Файл: Справочное руководство по проектированию разработки и эксплуатации нефтяных месторождений. Проектирование разработки.pdf

шение (/) текущего дебита к текущим извлекаемым запасам является постоянной величиной:

где / — постоянный коэффициент; q0 — максимальный годовой дебит нефти (ам­ плитудный дебит); Q0 — начальные извлекаемые запасы нефти.

С увеличением времени эксплуатации нефтяной залежи суммарный отбор нефти Qq из нее будет равным извлекаемым запасам нефти

извлекаемые запасы нефти, введенные в активную разработку к середине /-го

ществующем и в рассматриваемом годах.

После всех расчетов сравнивают годовые и накопленные отборы нефти при раздельной и совместной эксплуатации пластов, оценивают снижение добычи при различных вариантах объединения пластов в эксплуатационные объекты.

Вычисленные в процессе гидродинамических расчетов такие технологические показатели, как объем добычи нефти, жидкости, обводненность продукции, объем закачиваемой воды, число эксплуатационных и нагнетательных скважин при вариантах раздельной и совместной эксплуатации пластов, — основные, исполь­ зуемые для определения экономических показателей разработки каждого рас­ сматриваемого варианта.

Тщательное изучение и учет геологопромысловых особенностей продуктив­ ных пластов, объединяемых в эксплуатационные объекты, позволяет сделать предварительные выводы о рациональности их объединения, судя по накоплен­ ной добыче за основной срок эксплуатации и по коэффициенту нефтеотдачи. Окончательный выбор оптимального варианта может быть осуществлен путем сопоставления количественных и качественных показателей разработки место­ рождения по отдельным вариантам. В роли последних выступают экономические показатели. Для предприятия рациональным считается такой вариант разра­

106

ботки месторождения, который обеспечивает минимум приведенных затрат с уче­ том фактора времени, общих удельных затрат за основной период разработки и максимум прибыли на 1 руб. капитальных вложений.

Учитывая невосполнимость запасов и в соответствии с этим повышенное требование к коэффициенту нефтеотдачи, оптимальность объединения пластов для совместной эксплуатации необходимо оценивать по народнохозяйственному эффекту.

ГЛАВА III

ПРИНЦИПИАЛЬНЫЕ ОСОБЕННОСТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМ РАЗРАБОТКИ

ИВОЗДЕЙСТВИЯ НА НЕФТЯНЫЕ ПЛАСТЫ

ИПОРЯДОК ГИДРОДИНАМИЧЕСКИХ РАСЧЕТОВ

§1. ЗАДАЧИ И ОСОБЕННОСТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ПРОЦЕССА РАЗРАБОТКИ

Разработка залежи — вызов процесса движения пластовых жидкостей и управление его дальнейшим течением. Обычно это делают с помощью скважин. Надо только установить необходимое их число, схему размещения по площади залежи, время ввода в действие и режимы работы этих скважин. Среди указан­ ных скважин могут быть скважины различного назначения: добывающие (нефтя­ ные); нагнетательные (водяные или газовые); контрольные скважины разных типов (пьезометрические, наблюдательные и т. п.). Все эти вопросы должны быть разрешены при проектировании систем разработки. Намеченная система должна обеспечивать необходимый (диктуемый потребностями страны) уровень добычи нефти при возможно меньших народнохозяйственных издержках и при возможно более полном извлечении нефти из недр. Только при соблюдении этих условий система разработки может быть названа рациональной.

Решить указанную задачу непосредственно (прямым путем) в настоящее время еще невозможно, так как не существует метода, позволяющего определить число, схему, размещение, порядок и режим работы скважин, обеспечивающих тот или иной заданный уровень добычи нефти при минимальных издержках и вы­ сокой нефтеотдаче. Поэтому установить рациональную систему разработки той или иной залежи можно только путем рассмотрения и технико-экономического анализа большой совокупности самых различных схем и вариантов разработки. Для этого определяют основные показатели процесса разработки при осуществле­ нии различных схем и различных вариантов разработки. Другими словами, нужно как бы заставить данную залежь работать в различных технологических условиях. Решить эту задачу путем непосредственного промыслового экспери­ мента невозможно. Тем не менее указанную задачу можно решить либо путем моделирования, либо с помощью гидродинамических расчетов. На модели или путем расчетов вполне возможно заставить залежь «проработать» в самых разно­ образных условиях и получить при этом основные показатели процесса разра­ ботки для таких условий. Эти показатели — база для технико-экономического анализа, в результате проведения которого устанавливаются рациональная схема и наивыгоднейший вариант.

Таким образом, ряд вопросов, имеющих первостепенное значение при про­ ектировании системы разработки, может быть решен только с помощью гидро­ динамических методов.

К таким вопросам в первую очередь следует отнести:

1) определение наивыгоднейших схем размещения добывающих и нагнета­ тельных скважин и порядка их ввода в работу;

2) определение дебитов скважин как добывающих, так и нагнетательных в различные моменты процесса разработки; установление динамики текущей добычи нефти и сопутствующих ей воды и газа в целом по залежи;

107

3) определение сроков работы отдельных групп скважин, а также полного срока разработки залежи; выявление характерных особенностей продвижения границы раздела нефть — вода и нефть — газ. Причем все эти вопросы должны быть решены отдельно для каждого из рассматриваемых различных схем и ва­ риантов разработки.

Сущность гидродинамических методов заключается в определении количе­ ственной связи между поведением дебитов скважин и давлений на забоях этих скважин и на определенных контурах, скоростей и сроков перемещения отдель­ ных частиц пластовой жидкости в зависимости от формы залежи, параметров продуктивного пласта, вязкости нефти, воды и газа или их смесей, числа и взаим­ ного расположения скважин. Расчетные формулы для проведения гидродинами­ ческих расчетов базируются на основных законах фильтрации жидкостей в по­ ристых средах и законах взаимодействия отдельных скважин в процессе их совместной работы.

Чтобы получить качественные данные о ходе процесса разработки перед выполнением гидродинамических расчетов, необходимо собрать возможно более полные и вполне достоверные данные о залежи как объекте разработки. Эти дан­ ные должны охарактеризовать строение залежи, физические свойства пород и жидкостей в пределах залежи, условия эксплуатации скважин, кроме того, необходимы также сведения об окружающей залежь области.

Однако простого сбора данных еще недостаточно для проведения гидродина­ мических расчетов. В связи со сложным строением пластов необходима еще си­ стематизация и определенная идеализация исходных данных.

Дело в том, что залежи нефти обычно имеют весьма сложную форму как в плане, так и по вертикальному разрезу, а такие основные параметры пласта, как мощность, проницаемость и пористость, могут изменяться по площади в зна­ чительных интервалах. Это чрезвычайно усложняет определение основных по­ казателей процесса разработки с учетом всех деталей геологического строения залежи и всех особенностей изменения параметров продуктивного пласта.

В конечном итоге, используя современную высокопроизводительную вы­ числительную технику (ЭВМ или специализированные электроинтеграторы или определенную их комбинацию) можно было бы для той или иной конкретной залежи исследовать процесс разработки во всей его сложности с учетом всех особенностей данной залежи. Правда, это была бы трудоемкая работа. Однако основным препятствием является не трудоемкость такой работы, а то обстоятель­ ство, что для ее проведения почти никогда не бывает достаточно исходных дан­ ных. Дело в том, что при проектировании мы располагаем данными по сравни­ тельно ограниченному числу скважин. Как показывает практика, средние зна­ чения основных пластовых параметров, установленные по этому небольшому числу скважин, мало изменяются после бурения всех остальных скважин. В то же время характер изменения этих же параметров по площади залежи, как пра­ вило, изменяется очень сильно. Указанное обстоятельство в большинстве случаев делает бессмысленным выполнение гидродинамического прогноза хода процесса разработки с учетом всех деталей геологического строения в том виде, как они представляются нам на этой стадии. Только лишь в отдельных случаях, когда основные параметры пласта существенно отличаются на разных частях залежи, имеет смысл выполнять расчеты отдельно по этим частям.

С учетом сказанного после сбора, обработки и систематизации исходных данных для проектирования необходимо построить идеализированную расчетную

^схему залежи^ Так как вертикальные размеры залежи обычно малы по сравне­ нию с горизонтальными, при построении такой схемы, как правило, заменяют

действительную картину фильтрации ее проекцией на горизонтальную плоскость. Далее фактический постеленный переход от нефтенасыщенной части залежи к водоносной заменяют расчетным контуром нефтеносности с вертикальным водонефтяным контактом. Полученную фигуру расчетного контура нефтенос­ ности заменяют фигурой правильной геометрической формы: полосой, кругом, кольцом, сектором кольца или круга или, наконец, фигурой, состоящей из серии примыкающих друг к другу участков простых указанных форм.

Для построенной таким образом идеализированной расчетной схемы залежи принимается гипотеза об однородности пласта как по площади залежи, так и по

108

вертикальному разрезу. Параметры такого расчетного пласта устанавливают путем осреднения по определенным правилам фактических исходных данных. Для получения более полных данных о разработке пользуются расчетными схе­ мами неоднородного пласта. В дальнейшем все различные принципиальные схемы процесса и варианты расстановки скважин рассчитываются и анализируются для идеализированной расчетной схемы. В результате технико-экономического анализа выбирается рациональная система разработки. Таким путем более или менее правильно устанавливают рациональное число скважин на залежи и схему их размещения, наиболее эффективные режимы работы скважин, уровень добычи нефти по залежи и его изменение во времени, срок извлечения основных про­ мышленных запасов нефти, средние сроки работы различных групп скважин.

Необходимо, однако, учитывать, что это лишь общие и средние показатели процесса разработки. В действительности благодаря сложности геологического строения залежи дебиты отдельных скважин и сроки их работы, а также даже продуктивность и сроки разработки отдельных участков залежи могут значи­ тельно отличаться от средних проектных данных. Не следует догматизировать цифровые данные проекта и нужно помнить о принципиальном отличии проекта разработки от проекта того или иного предприятия или сооружения.

Понятно, что чем полнее и достовернее исходные данные об объекте, тем до­ стовернее выходные данные проекта. Поэтому для повышения качества проекти­ рования целесообразно применять двухстадийное, а в особо сложных случаях иногда и трехстадийное проектирование. В этом случае порядок выполнения работ следующий.

По данным разведочных скважин путем, указанным выше, составляется технологическая схема разработки, характеризующая возможность залежи и обосновывающая рациональную систему ее разработки. По этой схеме с целью получения достоверного и достаточно детального освещения залежи намечается бурение первоочередных скважин не подряд, исходя из организационно-техни­ ческих выгод проведения процесса бурения, а по разреженной сетке, по возмож­ ности; по всей площади залежи. По этим скважинам собирают обычные геологи­ ческие, геофизические и лабораторные данные и проводят в них широкий и все­ сторонний комплекс гидродинамических исследований с целью определения основных параметров пласта по всей площади залежи непосредственно по данным фильтрации реальной Пластовой жидкости.

Лишь после проведения такой программы исследований можно приступить к составлению проекта разработки, учитывающего основные характерные детали строения залежи и более достоверного, чем технологическая схема разработки. Однако и при таком порядке проектирования нельзя рассчитывать, что в проекте могут быть установлены заранее на весь срок разработки все детали хода про­ цесса. Несомненно, и в этом случае по мере развития процесса разработки (по мере накопления новых фактических данных), а также по мере появления новых технических возможностей в проект необходимо будет вносить отдельные уточ­ нения и коррективы.

Однако эти уточнения и коррективы будут менее значительными, чем при одностадийном проектировании, а возможность принятия неудачных систем и ошибочных рекомендаций снизится в несколько раз.

Из всего сказанного вытекает, что при проектировании необходимо пред­ усмотреть такой порядок проведения работ по разработке залежи, который поз­ волял бы дополнять запроектированную систему разработки в соответствии с выявленными изменениями условий эксплуатации и по мере накопления допол­ нительных данных о геологическом строении залежи, основных параметрах пласта и т. п.

§ 2. СИСТЕМЫ РАЗРАБОТКИ И ПРИНЦИПЫ ВЫБОРА МЕТОДА ИСКУССТВЕННОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ПЛАСТ

Процесс разработки нефтяной залежи может протекать как при влиянии только природных источников энергии, так и при использовании различных мето­ дов воздействия на пласт. При использовании различных методов воздействия на пласт процесс разработки будет протекать более интенсивно, а иногда и с боль­

109

шей полнотой извлечения запасов нефти. Достигнутый при этом выигрыш в тем­ пах, а в ряде случаев и в запасах потребует в свою очередь проведения дополни­ тельных работ и дополнительных материальных затрат. Поэтому возникает вопрос, мсжно ли для извлечения нефти использовать только природную энер­ гию, удовлетворит ли она нас как в отношении скорости, так и в отношении полноты извлечения запасов нефти или необходимо применять какое-то воздей­ ствие на пласт? В последнем случае необходимо установить вид воздействия (за­ качка воды, газа, пара или другого агента) и схему воздействия (закачка воды за контур или внутри или применение площадного заводнения, нагнетание газа в газовую шапку, в среднюю часть залежи, насыщенную нефтью, или же по всей площади залежи). Нужно также установить, какое следует поддерживать в пла­ сте, на линии или на линиях нагнетания давление (равное начальному пласто­ вому давлению, ниже или выше его). При нагнетании пара необходимо опре­ делить наиболее оптимальные его параметры.

В ряде случаев решить вопросы, необходимые при выборе принципиальной схемы воздействия на пласт — принципиальной схемы разработки данной за­ лежи, только на основании гидродинамических расчетов не представляется воз­ можным. Тогда проводят экономическую оценку различных вариантов воздей­ ствия на пласт. Лишь только после этого будет достаточно данных для выбора наилучшей в рассматриваемых условиях схемы воздействия на пласт.

Правильно ответить на вопрос о возможности использования только есте­ ственной энергии можно лишь на основании изучения внешней (законтурной) области залежи и газовой шапки, если таковая имеется. Необходимо выяснить значения основных параметров пласта в законтурной области, а главным образом се протяженность и наличие естественных источников поддержания пластового давления — зон питания пласта сточными водами.

Характеристика внешней области залежи устанавливается различными сред­ ствами, начиная с использования всех данных разведки не только исследуемой залежи, но и соседних. Однако основную, полноценную гидродинамическую характеристику внешней области, как правило, определяют по данным наблюде­ ния за падением давления в залежи в связи с отбором из нее жидкости.

На основании анализа изменения пластового давления в течение опытной эксплуатации залежи получают обычно обобщенное описание внешней зоны, характеризующейся коэффициентом Z, предложенным акад. АН СССР А. П. Кры­

бесконечности пласта.

Зная коэффициент Z, с помощью соответствующих расчетов по теоретическим формулам уже нетрудно предсказать изменение пластового давления при различ­ ных темпах разработки залежи. Точность этого предсказания находится в прямой зависимости от точности определения коэффициента Z, что в свою очередь зави­ сит от точности замеров пластового давления и продолжительности проводив­ шихся наблюдений. Для выполнения этих расчетов вполне допустимо восполь­ зоваться самым простейшим видом схематизации залежи — равновеликим по площади кругом (или его части при наличии установленных сбросов или зон выклинивания пласта) при постоянной добыче. Обычно имеет смысл рассмотреть три варианта разработки, отличающихся друг от друга по темпам. Например, для залежей небольших размеров следует рассмотреть сроки разработки за 7, 15 и 25 лет, для залежей более крупных — за 10, 20 и 30 лет. Наиболее про­ должительные сроки принимают главным образом для придания безусловности расчетам: если оказывается, что и в эти сроки невозможен процесс разработки залежи при влиянии природных источникоз энергии, то можно считать вопрос решенным окончательно в пользу поддержания пластового давления.

Уровень добычи нефти, который для простоты в этом расчете принимаем постоянным, определяется делением промышленных запасов нефти в залежи на предполагаемый срок разработки.

Если в залежи имеется газовая шапка, необходимо оценить возможности разработки залежи за счет естественной энергии. Для этого, так же как и в пре­

1 См. гл. IV.

110