Применение геолого-технологических моделей для определения эффективности методов увеличения нефтеотдачи Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

ГОРНОЕ ДЕЛО И ГЕОЛОГИЯ

УДК 665.6/.7

ПРИМЕНЕНИЕ ГЕОЛОГО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ МЕТОДОВ УВЕЛИЧЕНИЯ НЕФТЕОТДАЧИ

© 2005 г. А.Я. Третьяк, Н.В. Растеряев, В.К. Рычков

Современный этап развития нефтяной промышленности характеризуется снижением эффективности разработки нефтяных месторождений. Определяющим фактором этой негативной тенденции, наряду с известной диспропорцией между подготовкой запасов и их извлечением, явилось существенное ухудшение структуры запасов. Последнее обусловлено как вступлением большого числа высокопродуктивных залежей и месторождений в поздние стадии разработки, так и неблагоприятными качественными характеристиками запасов нефти вновь вводимых в разработку месторождений и залежей.

Высокопродуктивные месторождения и залежи, определявшие прирост и уровни добычи нефти в прошлом, вступили в позднюю стадию разработки, характеризующуюся интенсивным снижением добычи нефти, резким ростом обводненности продукции скважин. Большинство этих месторождений в значительной степени выработаны, причем большую долю их остаточных запасов составляют трудно извлекаемые запасы низко проницаемых пластов небольшой толщины, подгазовых частей.

Вводимые в разработку новые залежи и месторождения приурочены к коллекторам низкой проницаемости, характеризуются сложным строением продуктивных пластов, значительными водонефтяными и подгазовыми зонами, повышенной вязкостью нефти.

Извлечение остаточных и вновь вводимых в разработку трудно извлекаемых запасов связано со значительными осложнениями процессов разработки пластов, строительства и эксплуатации скважин. Разработка этих запасов с применением обычной технологии заводнения характеризуется низкими темпами добычи нефти, газа и коэффициентами извлечения углеводородов из пласта. Наблюдается резкий рост обводнения скважин и, в конечном счете, ухудшаются технико-экономические показатели. Традиционные методы и технологии разработки с заводнением во многих случаях оказываются недостаточно эффективными.

Аналогичная ситуация характерна не только для нефтяной отрасли нашей страны, но и для многих ведущих нефтедобывающих стран мира.

Надежность и точность оценки эффективности мероприятий по повышению нефтеотдачи пласта непосредственно связана с достоверностью прогнозирования динамики показателей разработки нефтяной залежи без осуществления воздействия.

Повышение эффективности извлечения нефти из недр в значительной мере зависит от создания новых технологий управления процессами в призабойной зоне и пласте. Разработанные теоретические основы, множество различных методов обработки призабой-ных зон, самих нефтяных пластов и технология их проведения достаточно широко используются на отечественных и зарубежных нефтяных и газовых месторождениях. При этом добывается несколько миллионов тонн нефти, однако успешность многих методов воздействия остается низкой и составляет порядка 40 %. Это объясняется тем, что применяемые методы обладают рядом недостатков: невысокая отдача и громоздкость применяемых технологий, значительный расход дефицитных и дорогостоящих химических реагентов, недостаточно полно разработанны теоретические основы проектирования процесса, недостаточно обоснованный выбор скважин для осуществления различных методов воздействия и их очередность, недостаточный учет свойств и строения призабойной зоны конкретной скважины, а также распределения нефтенасыщенности и ее динамики во времени, неизвестность путей обводнения скважины и степени во-донасыщенности пластов. Не всегда учитываются изменения, происходящие в пласте и призабойной зоне в процессе разработки залежей.

Решение важнейшей проблемы повышения эффективности разработки новых и особенно доразведки длительно разрабатываемых нефтяных месторождений возможно, на наш взгляд, только при использовании геолого-технологических моделей (ГТМ), отражающих процессы, которые происходят в пластах при их эксплуатации и применении мероприятий, увеличивающих нефтеотдачу (МУН). В Южно-Российском государственном техническом университете (НПИ) ведутся работы по созданию таких моделей. Модель дает возможность проводить анализ разработки, определять текущее состояние выработки запасов нефти

заводнением, оценивать эффективность применения методов повышения нефтеотдачи пластов и рассчитывать ожидаемую дополнительную добычу нефти от планируемых мероприятий. Модель опирается на данные промысловых замеров, которые фиксируются в технической документации и содержат сведения о пластовых процессах, а также на данные геофизических исследований, которые представляют обширную информацию о строении и фильтрационно-емкостных параметрах пластов. Основное требование к эксплуатации создаваемой модели заключается в постоянном пополнении данных, т.е. модель должна быть актуализированной. Только такая модель может обеспечить достижение главной цели ее создания - оперативного определения текущего состояния разработки и путей получения дополнительной добычи нефти.

Для выбора МУН и эффективной прогнозной оценки их влияния при разработке нефтяных залежей необходимо учитывать геолого-технологические условия в каждом конкретном случае. Наиболее перспективным при этом будет создание математических моделей месторождений. Недостатком такого подхода является сложность реализации модели и необходимость большого количества разнообразных исходных данных, не всегда доступных.

Для устранения этого недостатка и ускоренного получения моделей нами создается набор математических инструментов, учитывающий наиболее распространенные геологические типы месторождений и системы разработки. При этом, используя упрощенную модель в качестве начального эталона, пользователь может дополнять ее реальными данными для получения в итоге требуемого уровня детализации.

В зависимости от вида используемых математических моделей, могут требоваться следующие исходные данные для пласта: средняя пористость, средняя проницаемость, начальная нефтенасыщенность, коэффициент песчанистости, коэффициент расчлененности, коэффициент анизотропии, коэффициент неоднородности пласта, коэффициент вытеснения по воде; для жидкости: вязкость нефти, отношение вязкостей нефти и воды, объемный коэффициент нефти, плотность нефти, плотность воды; для системы разработки: расстояние между скважинами, радиус скважины, текущее пластовое давление, давление нагнетания воды, начальная приемистость нагнетательной скважины, накопленная добыча нефти и жидкости, схема размещения скважин.

Модель может создаваться как в целом для месторождения, так и для отдельных участков. Для работы с моделями и расчета прогнозной и реальной эффективности МУН создана компьютерная программа (условное название OilEx).

За основу организации данных в программе взята инфологическая модель, используемая в распространенных геоинформационных системах (таких, как ArcView). Основой интеграции всех данных по месторождению (участку) служит проект.

Он включает в себя табличную, графическую и специальную информацию. Для удобства доступа к

разнородным данным в программе организован многооконный интерфейс, но при этом открыты могут быть только необходимые в данный момент для работы окна.

В окне для работы с картами могут отображаться карты скважин, геология и любые другие данные. Для хранения графических данных используется стандартный формат ГИС ArcView. Возможно получение информации по любому объекту и отбор объектов (интерактивный или по заданным признакам). Для работы с табличными данными имеются средства поиска, сортировки отбора и т. д. В проекте может храниться несколько наборов геолого-технологических параметров, используемых для оценки эффективности МУН.

Рассмотрим возможности, предоставляемые трёхмерной геолого-технологической моделью. К ним относится решение следующих задач: выбор объектов (скважин, участков), на которых проводятся мероприятия, увеличивающие нефтеотдачу, прогноз ожидаемой эффективности МУН, обоснование видов МУН для конкретных геолого-физических условий и выбор оптимальной технологии применения МУН. Комплексное решение указанных задач используется при составлении технико-экономических обоснований (ТЭО), что существенно увеличивает эффективность применения МУН. Выбор объектов для применения МУН базируется на детальном анализе геологического строения пласта, начальных характеристик пласта, таких как распределение газо-, нефте- и водонасы-щенных толщин, проницаемости, степени геологической неоднородности и др. С другой стороны, очень важно изменение этих параметров в процессе разработки. С этой целью проводится детальный анализ текущей нефтенасыщенности, запасов, темпов падения добычи нефти, темпов обводнения, состояние работы фонда нагнетательных и добывающих скважин. Анализируется энергетическая характеристика залежи - распределение пластовых давлений и его изменение в процессе разработки. Отсюда можно сделать выводы об особенностях распределения текущих запасов, взаимодействия добывающих и нагнетательных скважин исходя из сложившийся структуры фильтрационных потоков. Модель позволяет осуществить не только подбор скважин для применения МУН, но и доказать обоснованность такого выбора. Геолого-технологическая модель включает в себя базу данных по месторождениям, геологическую и фильтрационную модели месторождения.

Геолого-технологическая модель позволяет выполнять:

- просмотр и редактирование базы данных по геологии, разработке, гидродинамическим исследованиям скважин по датам и видам геолого-технических мероприятий;

- обработку и визуализацию каротажного материала, трехмерную визуализацию геологического строения природного резервуара;

- построение, просмотр и печать геологических карт (структурные карты, карты параметров, карты запасов и т.д.), карт разработки (карты темпов отбора

нефти, воды, жидкости, карты пластовых и забойных давлений, текущей нефтенасыщенности и т.д.), и гидродинамических карт (карты идентифицированной гидропроводности, текущей и прогнозной нефтена-сыщенности и запасов);

- подсчет начальных, текущих и прогнозных удельных запасов нефти пласта, произвольного участка, скважинам;

- расчет остаточной нефтенасыщенности, неиз-влекаемых запасов и начальных и текущих извлекаемых запасов;

- расчет полей скоростей фильтрации;

- построение графиков показателей работы скважин и групп скважин;

- расчет показателей разработки и коэффициентов нефтеизвлечения по залежи и произвольным блокам, построение графиков;

- формирование выборок по скважинам по заданным параметрам (текущая обводненность, дебит нефти, нефтенасыщенность и т.д.);

- прогноз технологических показателей разработки (нефтенасыщенности, давлений, отборов нефти, воды) численными методами;

- трехмерная визуализация текущей выработки пласта заводнением;

- получение таблиц и графиков, характеризующих эффективность методов воздействия на пласт;

- расчет таблиц по текущим и прогнозным показателям разработки;

- вариантные расчеты технологического эффекта от применения различных видов геолого-технических мероприятий.

В настоящее время одним из наиболее распространенных способов определения эффективности методов увеличения нефтеотдачи являются характеристики вытеснения. Однако такая оценка не учитывает комплексное воздействие методов на пласт, проявляющееся в изменении ряда показателей: обводненности продукции, объемов нагнетаемой воды и отборов жидкости. Кроме того, в расчетах не участвуют геологические характеристики пласта, и эффективность МУН сильно зависит от выбора реагирующих скважин. В связи с этим в модели реализована методика определения технологического эффекта от применения МУН, которая адекватно учитывает действие всех указанных факторов. Предлагаемый метод позволяет оценивать эффективность МУН как по участкам, так и по отдельным скважинам. Каждый участок

включает обрабатываемую нагнетательную скважину и окружающие добывающие скважины. К таким участкам можно отнести, например, области применения полимерно-дисперсных систем. К скважинам относятся объекты применения методов обработки призабой-ной зоны, такие как закачка изоляционных материалов, кислотные обработки, вибровоздействие. Оценивается воздействие метода увеличения нефтеотдачи и интенсификации добычи по коэффициенту извлечения нефти кни, который определяется как отношение количества нефти пн , добытой из залежи, или ее части,

с начала разработки в течение времени t, к балансо-

п 6

вым запасам залежи П н :

k н

Q Н

Другим методом расчета эффективности МУН служит математическое моделирование технологии воздействия путем описания процесса фильтрации в пористой среде растворов активных примесей. Для этого можно использовать модель многокомпонентной фильтрации. Рассматривается процесс двухфазной трехкомпонентной (вода, нефть, загуститель) фильтрации в слоистом пласте, вскрытом произвольно расположенными добывающими и нагнетательными скважинами. Абсолютная проницаемость, пористость, толщина, начальная водонасыщенность различны в слоях и могут изменяться по их простиранию. Закачка реагента может производиться в нескольких скважинах с разной концентрацией и различаться по времени начала и окончания создания оторочки загустителя. Сам загуститель обладает необратимой сорбцией и влияет на проводимость.

Результатом моделирования являются поля распределения химреагентов, поля давления и водона-сыщенности, скоростей фильтрационных потоков флюидов, при этом определяются временные зависимости дебитов скважин, их обводненность, текущая и конечная нефтеотдача пласта и отдельных слоев. При моделировании можно изменять режимы закачки, вид и концентрацию химреагентов.

Таким образом, используя геолого-технологическую модель, можно проводить многовариантные вычислительные эксперименты и определять оптимальные режимы воздействия, позволяющие получить максимальную нефтеотдачу пласта.

Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт)

14 февраля 2005 г.