Гидродинамическое обоснование рациональных систем размещения горизонтальных и вертикальных скважин тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.02.05, кандидат физико-математических наук Панков, Михаил Викторович

• Панков, Михаил Викторович
• кандидат физико-математических наук
• 1999

Оглавление диссертации кандидат физико-математических наук Панков, Михаил Викторович

Введение

Глава 1. Литературный обзор применения горизонтального бурения в нефтедобыче

1.1. Практические результаты применения горизонтальных скважин

1.2. Теоретические основы процесса вытеснения в системах вертикальных и горизонтальных скважин

Глава 2. Разработка пакета программ для трехмерного моделирования задач вытеснения в системах горизонтальных скважин

2.1. Постановка задачи и схема расчета

2.2. Сравнительные расчеты показателей вытеснения для трех регулярных систем расстановки скважин

2.2.1 Постановка задачи в двухмерном приближении.

2.2.2 Исследование влияния размерности задачи и положения горизонтального ствола скважины для девятиточечной системы вытеснения.

2.2.3 Пятиточечная система вытеснения.

2.2.4 Рядная система вытеснения.

2.3. Гидродинамические расчеты регулярных систем вытеснения для условий Крапивинского и Катыльгинского месторождений

2.3.1 Крапивинское месторождение

2.3.2 Катыльгинское месторождение

2.4. Гидродинамические расчеты показателей вытеснения для водоплавающей залежи

Глава 3. Практические приложения регулярных систем размещения горизонтальных скважин для месторождений с низкопроницаемыми коллекторами

3.1. Расчет участка Вахского месторождения пласта Юх2+

3.2. Расчет эффективности применения горизонтальных скважин для одного из участков Советского месторождения.

3.3. Обоснование горизонтального бурения на Оленьем месторождении 122 ЗАКЛЮЧЕНИЕ 135 список использованных источников 136 Приложение 1. Текст программы GORIZONT-DIM-3 (NDP-Fortran)

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Гидродинамическое обоснование рациональных систем размещения горизонтальных и вертикальных скважин»

Актуальность проблемы. Рентабельность разработки нефтяных месторождений определяется дебитом добывающих скважин. Увеличение дебита скважин является актуальной проблемой нефтедобычи, особенно для низкопроницаемых коллекторов Западной Сибири. Согласно основному закону подземной гидромеханики (закона Дарси) увеличить дебит добывающих скважин при максимальной депрессии можно за счет увеличения коэффициента продуктивности.

Наиболее эффективными методами увеличения продуктивности являются гидравлический разрыв пласта (ГРП) и горизонтальное бурение. При гидроразыве увеличение продуктивности достигается с помощью повышения проницаемости, призабойной зоны пласта, при горизонтальном бурении - за счет значительного увеличения вскрытой части пласта по сравнению с наклонно направленной скважиной и трансформацией фильтрационного потока от плоскорадиального (для совершенной скважины) в прямолинейно-параллельный.

Основное преимущество горизонтальных скважин (ГС) по сравнению с гидроразрывом пласта - управляемость процесса бурения и эксплуатации горизонтальных скважин. Для получения максимального эффекта от обеих технологий целесообразно проведение мини ГРП в ГС, что позволит увеличить площадь забоя скважины и свести к минимуму возможное отрицательное влияние анизотропии продуктивных пластов.

В России и за рубежом накоплен значительный опыт применения горизонтальных скважин в нефтедобыче, по проблеме бурения и эксплуатации ГС имеется обширная библиография [3,5,7-9,14,18-21,37-39,44,45,48-56,59,61,68-86], однако для месторождений Западной Сибири (и особенно Томской области) с низкопроницаемыми коллекторами эта технология практически не применяется (из восьми тысяч скважин ОАО "Томскнефть" горизонтальных не более пятидесяти).

К сдерживающим обстоятельствам широкого применения столь эффективной технологии относится также недостаточное научное обоснование преимуществ горизонтального бурения для конкретных условий месторождений с низкопроницаемыми коллекторами. Такому обоснованию с помощью методов гидродинамического моделирования посвящена настоящая работа. низкопроницаемыми коллекторами. Инструментом исследования является сравнительное численное моделирование процесса фильтрации в двухфазной трехмерной постановке, реализующей модель Баклея-Леверетта для различных систем вытеснения.

Научная новизна. Разработаны пакеты программ, реализующие квазитрехмерную и трехмерную двухфазные модели процесса вытеснения нефти водой в системах вертикальных и горизонтальных скважин. Расчетами по двум моделям доказана целесообразность использования для тонких пластов квазитрехмерного приближения с интегрированием исходной системы уравнений по толщине пласта. С помощью численного моделирования показано, что режим вытеснения нефти водой для месторождений с низкопроницаемыми коллекторами близок к поршневому. Положительным свойством этого режима является гидродинамическая устойчивость процесса вытеснения, отрицательным - снижение дебитов скважин в процессе разработки. Сравнительными расчетами регулярных систем вытеснения показано, что для месторождений с низкопроницаемыми коллекторами наиболее эффективными являются линейные системы горизонтальных нагнетательных и добывающих скважин, причем наибольший эффект от применения ГС проявляется при одновременном использовании в системе вытеснения как добывающих ГС так и нагнетательных ГС. Для условий Крапивинского месторождения переход от традиционной трехрядной системы вертикальных скважин к линейной системе горизонтальных нагнетательных и добывающих скважин позволяет увеличить дебит скважин при одинаковой депрессии в 12 раз. Для Катыльгинского месторождения трансформация девятиточечной системы вертикальных скважин в однорядную систему горизонтальных нагнетательных и добывающих скважин позволяет увеличить дебит добывающих скважин в 8 раз.

Практическая значимость работы состоит в том, что разработанные пакеты программ и полученные с его помощью результаты являются научной основой при проектировании эффективных и экономичных систем разработки нефтяных месторождений с низкопроницаемыми коллекторами, позволяющих кратно увеличить темп разработки и дебиты за счет применения линейных систем горизонтальных нагнетательных и добывающих скважин и обеспечить рентабельную разработку таких месторождений.

Обоснованность и достоверность. Полученный вывод о том, что режим вытеснения нефти водой для низкопроницаемых коллекторов близок к поршневому подтверждается поведением фактических кривых обводненности скважин в зависимости от накопленного объема нефти. Для этого режима характерным является наличие двух ярко выраженных этапов: продолжительный период с низкой обводненностью добывающих скважин и короткий период с резким увеличением обводненности до критического значения (более 95%).

Проведено решение тестовых задач с известными аналитическими решениями, а также решение тестовых задач с разбиением расчетной области на различное число разностных ячеек. Кроме того, часть тестовых задач решена двумя комплексами программ -разработанным в настоящей работе и известным комплексом программ гидродинамического моделирования. Расхождение в полученных решениях по основному интегральному показателю - коэффициенту нефтеизвлечения - не превышает 3-5%.

Апробация работы. Результаты работы докладывались на трех научных конференциях: октябрь 1994 - Конференция молодых специалистов ТГУ по направлению "Естественные науки", июнь 1996 - Научно-практическая конференция десятилетия ТомскНИПИнефть, декабрь 1998 - научно-практическая конференция молодых специалистов ОАО "Томскнефть".

Публикации. По теме диссертации опубликовано три работы, две находятся в печати.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, списка литературы и одного приложения. Список литературы насчитывает 86 наименований. Общий объем работы (включая 12 таблиц, 47 рисунков и одно приложение) составляет 168 страниц.

Заключение диссертации по теме «Механика жидкости, газа и плазмы», Панков, Михаил Викторович

Основные результаты работы состоят в следующем:

1. Разработан комплекс программ для расчета трехмерного вытеснения нефти водой в системах вертикальных и горизонтальных скважин. Для тонких пластов предложен также квазитрехмерный аналог этого комплекса. Тестовые расчеты показали хорошее совпадение результатов с аналитическими решениями, а также совпадение расчетов по трехмерной и квазитрехмерной моделям.

2. С помощью численного моделирования доказано (и это подтверждается анализом фактических кривых обводненности добывающих скважин в зависимости от накопленного объема нефти), что режим вытеснения нефти водой для низкопроницаемых коллекторов близок к поршневому, а это значит, что основная доля нефти отбирается в безводный период и система заводнения месторождений с учетом зональной и послойной неоднородности должна быть организована так, чтобы этот период был максимальным. Для скважин с преждевременной обводненностью это означает, что значительная часть нефти остается в виде целиков с начальной нефтенасыщенностью и одним из путей повышения нефтеотдачи является увеличение охвата вытеснением, что возможно с помощью нагнетания в пласт гелеобразующих систем, в том числе и через горизонтальные нагнетательные скважины.

3. Проведены сравнительные гидродинамические расчеты для регулярных систем вертикальных и горизонтальных скважин, позволившие доказать, что наиболее высокие дебиты горизонтальных добывающих скважин можно получить для линейных однорядных систем с применением горизонтальных нагнетательных скважин.

4. Полученные результаты использованы для решения задач разработки Вахского, Советского и Оленьего месторождений. Для Оленьего месторождения с помощью геолого-технологической модели найдены области с наибольшей плотностью остаточных запасов и для них предложена зарезка горизонтальных стволов по однорядной линейной системе.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Список литературы диссертационного исследования кандидат физико-математических наук Панков, Михаил Викторович, 1999 год

1. Азиз X., Сеттари Э. Математическое моделирование пластовых систем. М.: Недра, 1982.-245с.

2. Бабалян Г.А. Вопросы механизма нефтеотдачи. Баку: Азнефтеиздат, 1956. - 254с.

3. Багаутдинов А.К., Барков C.JL, Белевич Г.К. и др., Геология и разработка крупнейших и уникальных нефтяных и нефтегазовых месторождений России, под ред. В.Е. Гавуры. -М.: ВНИИОЭНГ, Том 2, 1996. - 352с.

4. Баренблатт Г.И., Ентов В.М., Рыжик В.М. Теория нестационарной фильтрации жидкости и газа. М.: Недра, 1972. - 288с.

5. Баренблатт Г.И., Ентов В.М., Рыжик В.М. Движение жидкостей и газов в природных пластах. М.: Недра, 1984. - 211с.

6. Берлин A.B., Сургучев M.JI. О факторах, влияющих на фазовые проницаемости' для нефти и воды. // Труды ВНИИ. 1984. - Вып.87. - С.33-40.

7. Борисов Ю.П. и др. Добыча нефти с использованием горизонтальных и многозабойных скважин. М.: Недра, 1964. - 306с.

8. Босис Ж. Состояние технологии и будущее горизонтальных скважин. Доклад на ХШ Мировом нефтяном конгрессе. Пер. ВНИИОЭНГ. Буэнос-Айрес, 1991.

9. Буевич Ю.А., Мамбетов У.М. К теории совместной фильтрации несмешивающихся жидкостей // Инженерно-физический журнал. 1991. - Т.60, №1. - С.98-107.

10. Булыгин Ю.Я. Гидромеханика нефтяного пласта. М.: Недра, 1974. - 230с.

11. П.Бурдынь Т.А., Горбунов А.Т., Лютин JI.B., Сургучев М.Л., Цынкова О.Э. Методы увеличения нефтеотдачи пластов при заводнении. М.: Недра, 1983.

12. Вайнер М.И. Неавтомодельная схема замещения жидкостей в однородной пористой среде // Труды МИНХиГП. 1972. - Вып.101 - С.63-69.

13. Гавура В.Е. Геология и разработка нефтяных и газонефтяных месторождений. М.: ВНИИОЭНГ, 1995.

14. Геология и разработка крупнейших и уникальных нефтяных и нефтегазовых месторождений России / Абдулмазитов Р.Д., Баймуламетов К.С., Викторин В.Д. и др.; под ред. В.Е. Гавуры. М.: ВНИИОЭНГ, Том 1, 1996. - 280с.

15. Годунов С.К., Рябенький B.C. Введение в теорию разностных схем. М.: Наука, 1973. — 322с.

16. Горбунов А.Т., Забродин Д.П., Султанов Т.А., Табаков В.П., Мухаметзянов Р.Н. Возможность разработки низкопродуктивных коллекторов системой горизонтальных скважин//Нефтяное хозяйство. 1993.- №3.-С.24-26.

17. Григорян A.M. Разветвленно-горизонтальные скважины Григоряна следующая ступень развития нефтедобывающей промышленности // Доклад на Седьмом Европейском Симпозиума по увеличению нефтеотдачи пластов, 27-29 октября 1993 . - М. - 1993.

18. Григулецкий В.Г., Никитин Б.А. Стационарный приток нефти к одиночной наклонно-направленной скважине в анизотропном пласте // Нефтяное хозяйство. 1993. - №2. -С.20-21.

19. Ентов В.М., Зазовский А.Ф. Гидродинамика процессов повышения нефтеотдачи. М.: Недра, 1989.-233с.

20. Желтов Ю.В., Хавкин А.Я. Вопросы доразработки заводненных залежей. // НТИС. Сер. -"Нефтепромысловое дело". М.: ВНИИОЭНГ, 1982. - №9. - С.9-10.

21. Зарубин Ю.Я. Обменная модель вытеснения в пористых средах. // Изв. АН СССР, Сер. "Механика и жидкости и газа". 1991. - №1 - С.91-97.

22. Индельман П.В., Кац P.M., Швидлер М.И. Исследование процессов неустойчивого вытеснения с помощью численного моделирования. // В сб. "Численное решение задач фильтрации многофазной несжимаемой жидкости". Новосибирск, 1977. - С.97-114.

23. Кадет В.В., Селяков В.И. Перколяционная модель равновесной трехфазной фильтрации // Изв. АН СССР. Сер. "Механика жидкости и газа". - 1989. - №1. - С.109-114.

24. Казаков Е.П. Исследование нелинейных физических эффектов в теории двухфазной фильтрации жидкости в пористой среде // Труды ТатНИПИнефть. 1984. - №54. -С.114-124.

25. Кац P.M., Таранчук В.Б. Обзор работ по исследованию устойчивости фильтрационных течений // Динамика многофазных сред. Новосибирск, 1981. - С. 18-29.

26. Кисиленко Б.Е. Влияние соотношения вязкостей и скоростей вытеснения на характер продвижения водо-нефтяного контакта и нефтеотдачу пласта (по данным лабораторных исследований) // Нефтяное хозяйство. 1963. -№11.- С.35-40.

27. Кисиленко Б.Е. Экспериментальное изучение характера продвижения водо-нефтяного контакта в пористой среде // Изв. АН СССР, Сер."Механика и машиностроение". 1963. - №6. - С.80-84.

28. Кисиленко Б.Е. К вопросу об устойчивости продвижения водо-нефтяного контакта // ПМТФ.- 1961. №6. - С.194-195.

29. Коновалов А.Н. Задачи фильтрации многофазной несжимаемой жидкости. Новосибирск: НГУ, 1988. 126с.

30. Кричлоу Г.Б. Современная разработка нефтяных месторождений проблемы моделирования. - М.: Недра, 1979. - 303с.

31. Курбанов А.К. Об уравнениях движения двухфазных жидкостей в пористой среде // В сб. "Теория и практика добычи нефти". М.: Недра, 1968. - С.281-286.

32. Новые направления в моделировании процессов разработки // ВНИИОЭНГ, Сер. "Нефтепромысловое дело", Зарубежный опыт. Эксперсс-информация 1995 . - вып.8, -С. 1-4.

33. Об итогах дискуссии по статье акад. А.П.Крылова "Экономически допустимое разрежение сетки скважин с точки зрения нефтеотдачи" // Нефтяное хозяйство. 1981. -№3.-С.31-32.

34. Отчет по НИР "Рациональные системы разработки нефтяных и нефтегазовых залежей при разбуривании их горизонтальными скважинами. Методические рекомендации." М.: Отчет ВНИИнефть по договору Д 92.093.95,1992.

35. Панфилов М.Б. Влияние характера распределения фаз на относительные проницаемости при фильтрации несмешивающихся жидкостей // Труды МИНХ и ГЛ., 1979. -Вып. 146. - С.102-109.

36. Подземная гидродинамика: задачи и возможности / Мирзаджанзаде А.Х., Аметов. И.М., Ентов В.М., Рыжик В.М. // Нефтяное хозяйство. 1987. - №12. - С.

37. Проблемы совершенствования разработки месторождений // Нефтяное хозяйство. 1983.- №8.-С.26-31.

38. Разработка месторождений нефти с помощью горизонтальных скважин / Довжок Е.М., Тищенко A.C., Саттаров М.М и др. // Нефтяное хозяйство. 1990. - №8. - С.31-36.

39. Разработка газовых месторождений горизонтальными скважинами / Гриценко А.И., Зотов Г.А., Степанов Н.Г. и др. // Газовая промышленность 1994. - №11. - С.23-25.

40. Релаксационная фильтрация / Молокович Ю.М., Непримеров H.H., Пикуза В.И., Штанин A.B. Изд-во Казанского университета, Казань, 1980. - 122с.

41. Самарский A.A., Николаев Е.С. Методы решения сеточных уравнений. М.: Наука, 1975.- 220с.

42. Санкин В.М., Леви Б.И. Учет работы горизонтальных скважин в математических моделях нефтяного пласта // Нефтяное хозяйство. 1993. - №5. - С. 15-17.

43. Сериков Ю.И., Миронов Т.П. К вопросу о добыче нефти и газа горизонтальными скважинами // Нефтепромысловое дело. 1994. - №6. - С.20-21

44. Стратегия и тактика научно-технического прогресса в ОАО "Сургутнефтегаз" / Матвеев Н.И., Нуряев В.П., Ерохин В.П., Захарченко Н.ЩОАО "Сургутнефтегаз") // Нефтяное хозяйство. 1997. - №9. - С.21-23.

45. Сургучев М.Л. Темп разработки нефтеотдача (обзор исследований) // Нефтяное хозяйство.- 1981. — №11. — С.25-29.

46. Сургучев М.Л., Желтов Ю.В., Синкин Э.М. Физико-химические микропроцессы в нефтегазоносных пластах. М.: Недра, 1984. - 215с.

47. Сургучев М.Л. Вторичные и третичные методы увеличения нефтеотдачи пластов. М.: Недра, 1985.-309с.

48. Сургучев М.Л., Табаков В.П.(ВНИИ), Кивиренко В.М.(ВНИИОЭНГ) Перспективы применения горизонтальных и многозабойных скважин для разработки нефтяных месторождений // Нефтяное хозяйство. 1991. - №9. - С.18-21.

49. Теоретические основы рациональной разработки нефтяных месторождений / Желтов Ю.П., Рыжик В.М., Мартос В.Н. и др. // Теоретические основы поисков, разведки и разработки месторождений нефти и газа. М.: Наука, 1984. - С.261-266.

50. Технология повышения нефтеотдачи пластов / Халимов Э.М., Леви Б.И., Дзюба В.И., Пономарев С.А. М.: Недра, 1984. - 286с.

51. Хавкин А.Я. Физические аспекты многофазной фильтрации в пористой среде. М.: ВНИИОЭНГ, Сер. "Геология, геофизика и разработка нефтяных месторождений", 1991. -С.5-13.

52. Черных В.А. Гидродинамические принципы применения горизонтальных скважин при разработке месторождений нефти и газа // Нефтепромысловое дело-1995 №7 - С.13-19.

53. Швидлер М.И. Статистическая гидродинамика пористых сред. М.: Недра, 1985. - 288с.

54. Шнирельман А.И. О характере фильтрационного течения в сильно неоднородной пористой среде // Труды ВНИИ. 1988. - Вып.ЮЗ. - С.131-138.

55. Шрайбер А.А. К статической теории полидисперсного двухфазного течения с коагуляцией и дроблением частиц // Изв. АН СССР. Сер. "Механика жидкости и газа". -1991. -№1. С.61-70.

56. Ювченко Н.В. Некоторые задачи притока к горизонтальным скважинам. М.: ВНИИОЭНГ, 1989. - 190с.

57. Aalund L., Rappold К. Horizontal drilling taps more oil in the Middle East // Oil and Gas J. -1993.-Vol.91, №25.-P.47-51.

58. Critical reservoir parameters affecting success of horizontal wells / Tegrani D.H., Peden J.M. // Материалы Седьмого Европейского Симпозиума по увеличению нефтеотдачи пластов, 27-29 октября 1993. М. - 1993. - Т.2. - С. 175-184.

59. David J.Knoff. Plenty of action left in Northen Europe's Middle-Aged Offshore // Oil and Gas J. 1994. - Vol.92, №33. - P.53.

60. Folefac A.W., Archen J.S. Modeling of horizontal well performance to provide insight in coning control. 25-27 April 1989. - P.729-739.

61. Improved reciveiy means exploration efficiencies // Improved recovery week. 1992. - Vol.1, №18.-P. 1-6.

62. Gardner I.W., Ipme I.G. An investigation of phase behvior (macroscopic bypassing interactionin C02 flooding) // Soc.Petr.Eng.J. 1984. - Vol.24,№5 - P.508-520.

63. Horizontal wells seen boost for Canadian oil flow // Oil and Gas J. 1993. - Vol.91, №21. -P.35.

64. Joshi S.D. Augmentation of well productivity slant and horizontal wells // JPT. 1988. - №6. -' P.729-739.

65. Joshi S.D. Horizontal Wells Successes and Failures // JPT. 1994. - Vol.33, №3. - P. 15-17.

66. Koen A.D. Newest technology gives lift to aging Wilmington production // Oil and Gas J. -1995.-Vol.93, №15.-P.23-26.

67. Larson R.G., Scriven L.E., Davis H.T. Percolation theory of residual phases in porous media // Nature. 1977. - Vol.268, №4. - P.409-413.

68. Madsen Т., Lil O., Velvin M. Improving oil recovery from Oserberg Gamma North by horizontal wells // Материалы Седьмого Европейского Симпозиума по увеличению нефтеотдачи пластов, 27-29 октября 1993. М. - 1993. - Т.2. - С. 154-163.

69. Murphy P.G. Performance of horizontal wells in the Helder field // JPT. 1990. - №6. - P.792-800.

70. Other production enhansement move forward // World Oil. 1992, IV. - Vol.213, №4. - P.29.

71. Peaceman D.W. Interpretation of well-block pressures in numerical reservior simulation with nonsquare grid blocks and anisotropic permeability // Soc.Petr.Eng.J., 1983. - №6. - P.531-543.

72. Renard I., Sabatier J.-C. Integration of horizontal drilling into reservoir management practice // Материалы Седьмого Европейского Симпозиума по увеличению нефтеотдачи пластов, 27-29 октября 1993. М. - 1993. - Т.1. - С.61-70.

73. Sidve Hodva. Planning and well evaluations improve horizontal drilling results // Oil and Gas J. 1994. - Vol.92, №44. - P.38-44.

74. Texaco claims record for horisontal displacement // Oil & Gas J. 1993. - Vol.91, №9. - P.33-36.

75. W.Gregory Deskins, William J. McDonald, Thomas B. Reid. Survey shows successes, failures of horizontal wells // Oil and Gas J. 1995. - Vol.93, №25. - P.39-45.

76. Waterflood with horizontals as injectors set / U.S. First // Advanced Recovery Week. -1992,6/1.- Vol.3, №l.-P.l-3.