Нефтяная залежь с газовой шапкой

В случае изолированной нефтяной залежи с газовой шапкой распо­ложение скважин должно учитывать начальное положение газонеф­тяного контакта (ГНК) (рис.36а). Также, как и в случае нефтя­ной залежи, подстилаемой подошвенной водой, в купольной части залежи, вдоль длинной ее оси, следует пробурить центральный ряд добывающих скважин. Интервал перфорации должен располагаться в нижней части продуктивной толщи.

Подобного рода соображения могут быть использованы при рас­становке скважин на нефтяной залежи с газовой шапкой и подошвенной водой, но с одним существенным отличием: интер­вал перфорации в этом случае должен находиться в нижней части структуры и ближе к ВНК, чем к ГНК (рис.36б).

 Расположение скважин при вторичных и третичных методах добычи  

Основным недостатком методов добычи нефти на естественном ре­жиме является падение пластового давления, ведущее к развитию режима растворенного газа и, как следствие, снижению дебитов добывающих скважин и неоправданно низкой конечной нефтеотдаче. Даже водонапорный режим, будучи наиболее эффективным, из всех естественных режимов, часто не обеспечивает 100%-ной ком­пенсации отобранной нефти, внедряемой из законтурной зоны во­дой, что вынуждает прибегать к искусственному заводнению для поддержания пластового давления на должном уровне. Заводнение с закачкой предварительно обработанной морской воды является од­ним из наиболее часто используемых методов поддержания пласто­вого давления при разработке шельфовых месторождений. Другие вторичные методы добычи, такие как закачка растворителей, за­качка газа и/или воды с добавкой различных агентов, также являются конкурентоспособными технологиями, используемыми при разработке морских месторождений нефти.

При разработке относительно небольших по запасам месторождений с использованием вторичных методов добычи, основанных на за­качке воды в пласт, обычно применяется законтурное или приконтурное заводнение с системой расстановки скважин, повторяющей форму залежи или водо-нефтяного контакта (рис.29, а). В залежах со средними запасами нефти регулярные и нерегулярные площадные системы расстановки, как, например, обращенная пяти- или семиточечная система, обеспечивают, как правило, хорошие по­казатели разработки. При разработке крупных и гигантских место­рождений залежи обычно «разрезаются» рядами нагнетательных скважин на несколько частей, которые разрабатываются с исполь­зованием наиболее подходящих для каждой из частей сеток распо­ложения скважин.

В случае разработки крутопадающей нефтяной или газовой залеж с использованием заводнения нагнетательные скважины распола­гают в нижней части структуры, а отбор продукции осуществляет­ся из ее верхней части (рис.37 б). При использовании газа в качестве агента, закачиваемого в пласт для поддержания пластово­го давления, нагнетательные скважины располагаются в верхней части структуры, а добывающие — в нижней ее части с интерва­лом перфорации в нижней части продуктивной толщи (рис.37 в). Последнее правило остается справедливым при размещении сква­жин на месторождении, разрабатываемом с помощью закачки в пласт углеводородных растворителей.

Такое расположение скважин позволяет создать более благоприят­ные условия вытеснения нефти из залежи и тем самым отсрочить прорыв воды (газа, углеводородного растворителя) в добывающие скважины и увеличить период стабильной добычи нефти. Нагнета­ние в нижнюю часть структуры вытесняющего агента с плотнос­тью выше плотности нефти (например, воды) позволяет избежать более быстрого его продвижения по нижней части пласта и создает условия для более равномерного продвижения фронта вытеснения по всей продуктивной толще. Закачка газов или углеводородных растворителей в вышележащие части структуры предотвращает их преимущественное продвижение по верхней, прикровельной, час­ти пласта и обеспечивает более равномерное продвижение фронта вытеснения нефти. Как следует из теории фильтрации, создание подобного рода фильтрационных потоков в пласте обеспечивает и более полную степень вытеснения нефти, фронтом вытесняющего флюида, позволяя тем самым еще более отсрочить прорыв вытес­няющего агента в добывающие скважины и повысить эффектив­ность процесса разработки. 

Одной из важнейших характеристик разработки является коэффици­ент охвата пласта процессом вытеснения, называемый кратко коэф­фициентом охвата Е_А и определяемый как часть объема залежи, вовле­ченная в активную разработку.

Несколько отличное определение дано Уиллхайтом, в соответствии, с которым коэффициентом охвата Е_А счи­тается доля общей площади залежи, с которой нефть извлечена до остаточного насыщения. Необходимо отметить, что в любом случае ко­эффициент охвата не является постоянной величиной: он может меняться с течением времени и в значительной степени зависит от системы расстановки скважин.  Его значение на момент начала эксплуа­тации отражает качество системы расположения скважин.

Согласно результатам стохастического моделирования процессов извлечения нефти [6] коэффициент охвата зависит от расстояния между скважинами L следующим образом:

, (1)

Где d_f— так называемая фрактальная размерность;

D=1, 2, 3 для линейного, двух- и трехмерного течения жидкости;

С— константа, зависящая от расположения скважин, свойств пласта и насыщающих его флюидов.

Численные эксперименты указывают на следующие значения фрак­тальной размерности d_f :

линейное заводнение: ;

площадное заводнение: ;

обращенная пятиточечная система: .

Принимая во внимание этот результат, можно представить уравне­ние (1) для случаев линейного и площадного заводнения следую­щим образом:

; (2)

. (3)

Соотношение (2) означает, что при прямолинейном одномерном вытеснении нефти водой (например, при исследовании процесса вытеснения на кернах) эффективность охвата Е повышается с уве­личением межскважинного расстояния (длины образца при вытес­нении нефти водой на керне). Как следует из (3), в случая площадного заводнения значение коэффициента охвата Е_А умень­шается с увеличением расстояния между скважинами.

Учитывая, что коэффициент нефтеотдачи E_R может быть прибли­женно определен как произведение коэффициента охвата Е_А и ко­эффициента вытеснения E_D, т.е.

, (4)

мы приходим к важному заключению, что коэффициент нефтеотда­чи уменьшается с увеличением расстояния между скважинами. С дру­гой стороны, большие значения L означают большие извлекаемые запасы на скважину (т.е. более высокие значения параметра ). Из этого анализа следует, что при больших расстояниях между сква­жинами (разреженная сетка скважин) объем извлеченной из плас­та нефти может оказаться сравнительно небольшим, в то время как добыча по отдельным скважинам будет высокой. В другом край­нем случае, при очень плотной сетке скважин, нефтеотдача может быть очень высокой, но добыча по каждой из скважин может оказаться значительно ниже, чем в первом случае. Это означает, что существует оптимальное значение межскважинного расстоя­ния L (или, что, в сущности, то же, что и параметр плотности сетки скважин), обеспечивающее наилучшие показатели разработ­ки месторождения при выбранной системе размещения скважин.

Точное определение этого значения сложно и является предметом численного моделирования и оптимизации. Однако для приближен­ной оценки эффективности системы расположения скважин может использоваться следующая простая методика. Согласно статистичес­кому анализу разработки, зависимость нефтеотдачи от расстояния между скважинами L может быть записана в следующей форме :

, (5)

где b — коэффициент, зависящий от свойств пласта/жидкости и выбранной системы расположения скважин.

Выразим удельные извлекаемые запасы S_K как функцию расстоя­ния между скважинами L и нефтеотдачи E_R:

, (6)

Параметр а, в свою очередь, может быть оценен следующим обра­зом:

(7)

где в правой части представлены соответственно средние значения эффективной нефтенасыщенной мощности пласта, его пористости и начальной нефтенасыщенности в части пласта, для которой про­водится оценка.

Далее, вычисляя коэффициент нефтеотдачи и удельные извлекае­мые запасы нефти на скважину в соответствии с соотношениями (5) и (6) для одних и тех же значений L, можно построить график зависимости S_K от E_R, в которой большие значения обоих параметров соответствуют лучшим показателям разработки.

Необходимо отметить, что оба параметра могут использоваться как критерии оптимизации: нефтеотдача, умноженная на цену нефти, дает полный доход, а величина S_K умноженная на цену нефти и деленная на капиталовложения и эксплуатационные расходы, пред­ставляет соотношение прибыли и инвестиций.

В заключение позволим себе дать приблизительную оценку средних значений межскважинных расстояний и удельных извлекаемых за­пасов для месторождений норвежского континентального шельфа. По данным Норвежского нефтяного директората, к 2000 году будет добыто около 44% всех извлекаемых запасов нефти норвежс­кого континентального шельфа. Определив среднее расстояние меж­ду скважинами для этих месторождений приблизительно в 600 м и полагая, что коэффициент вытеснения нефти водой из кернов со­ставляет приблизительно 0.65, нетрудно получить следующие зна­чения параметров E_D и b в соотношении (5):

. (8)

Оценка удельных извлекаемых запасов на скважину получается при этом следующей:

(9) 

 Осн.: 5. [146-161]

Контрольные вопросы:

1.За счет чего осуществляется добыча нефти ло внедрения вторичных и третичных методов?

2. Какие режимы пласта вы знаете?

3. Из-за чего происходит переход упругого режима пласта в упруго-водонапорный?

4.Что происходит при падении пластового давления ниже давления насыщения?

5. На чем основываются МУН?

6. Что такое коэффициент охвата?

Лекция № 14. Способы эксплуатации скважин.

Если подъем жидкости или смеси с забоя на дневную поверхность происходит только за счет природной энергии W_П (W_И=0), то такой способ будем называть естественно-фонтанным. Если давле­ние на устье скважины больше давления насыщения (Р_у > Р_нас), то свободный газ в подъемнике отсутствует, а жидкость поднимается на поверхность только под действием собственной потенциальной энергии. Такой способ эксплуатации называется артезианским фонтанированием либо подъемом жидкости за счет гидростатического напора пласта. Следует заметить, что в настоящее время этот спо­соб имеет ограниченное распространение.

Если подъем продукции скважины на дневную поверхность про­исходит либо за счет природной и искусственной энергии, либо только за счет искусственной энергии, то такой способ эксплу­атации называется механизированным.

Рис. 38-Классификация различных энергетических источников подъема

продукции скважин и способов эксплуатации. 

Механизированный спо­соб эксплуатации может осуществляться в двух вариантах:

1. Искусственная энергия вводится в добываемую продукцию цент­рализованно, а распределение ее между добывающими скважи­нами происходит непосредственно в залежи. Такой способ ввода энергии в залежь и ее распределение осуществляются при ис­пользовании методов поддержания пластового давления.

Если при этом каждая конкретная добывающая скважина оборудована только колонной насосно-компрессорных труб (отсутствуют механичес­кие приспособления для подъема продукции скважины), указан­ный способ будем называть искусственно-фонтанным. Искусст­венно-фонтанный способ эксплуатации добывающих скважин получил довольно широкое распространение, особенно в России.

2. Искусственная энергия вводится непосредственно в каждую конк­ретную добывающую скважину с помощью какого-либо механи­ческого, электрического или гидравлического устройства. Ввод искусственной энергии в скважину осуществляется различными способами: компримированным газом (воздухом) или специальными глубинными насосами. При первом способе ввода энергии в сква­жину мы имеем дело с компрессорным (газлифтным) способом эксплуатации, при втором — с глубиннонасосным способом.

Особое место занимают некоторые способы эксплуатации добываю­щих скважин, осуществляемые за счет использования природной энергии жидкости и газа с применением специального подземного (внутрискважинного) оборудования, не являющегося источником энер­гии. К ним относятся:

а) эксплуатация скважин бескомпрессорным (внутрискважинным) газлифтом, теоретические основы подъема продукции при ко­торой аналогичны таковым при фонтанно-компрессорной экс­плуатации. Разница заключается в том, что для подъема про­дукции используется газ высокого давления, отбираемый из газоносных пропластков в данной скважине либо из отдельной газовой залежи. В этом случае отпадает необходимость использо­вания компрессоров;

б) эксплуатация скважин плунжерным лифтом, при которой подъем продукции, происходит за счет природной энергии выделяюще­гося из нефти газа с применением специальных плунжеров. Таким образом, в общем, виде схему используемых энергетических источников для подъема продукции скважин (а, следовательно, и способов эксплуатации) можно представить, как показано на рис. 38.Совершенно очевидно, что представленная схема не претендует на абсолютную полноту, а должна рассматриваться только в качестве классификационной.

Способ эксплуатации скважин, при котором подъем жидкости на поверхность происходит под действием пластовой энергии, называется фонтанным. 

Фонтанирование скважин происходит в том случае, если пе­репад давления между пластовым и забойным будет достаточ­ным для преодоления противодавления столба жидкости и по­терь давления на трение, т. е. фонтанирование происходит под действием гидростатического давления жидкости или энергии расширяющегося газа. Большинство скважин фонтанирует за счет энергии газа и гидростатического напора одновременно. 

Газ, находящийся в нефти, обладает подъемной силой, которая проявляется в форме давления на нефть. Чем больше газа раство­рено в нефти, тем меньше будет плотность смеси и тем выше под­нимается уровень жидкости. Достигнув устья, жидкость пере­ливается, и скважина начинает фонтанировать.