книги / Справочное руководство по проектированию разработки и эксплуатации нефтяных месторождений. Проектирование разработки

С П Р А В О Ч Н О Е

Р У К О В О Д С Т В О П О П Р О Е К Т И Р О В А Н И Ю Р А З Р А Б О Т К И

И Э К С П Л У А Т А Ц И И Н Е Ф Т Я Н Ы Х М Е С Т О Р О Ж Д Е Н И Й

П Р О Е К Т И Р О В А Н И Е Р А З Р А Б О Т К И

Под редакцией д-ра техн. наук Ш. К. ГИМАТУДИНОВА

МОСКВА «НЕДРА» 1983

УДК 622.276.1/.4 (031)

Справочное руководство по проектированию разработки и эксплуа­ тации нефтяных месторождений. Проектирование разработки. Ш. К. Гиматудииов, Ю. П. Борисов, М. Д. Розенберг и др. М., Недра, 1983, 463 с.

Рассматриваются методы комплексного проектирования раз­ работки нефтяных месторождений, даются практические рекомен­ дации и необходимый справочный материал.

Приводится характеристика физических и физико-химических свойств коллекторов и пластовых жидкостей, рассматривается методика расчета технологических показателей, анализа и регу­ лирования процесса разработки.

Для инженерно-технических работников нефтяной промыш­ ленности, а также студентов нефтяных вузов и факультетов.

Табл. 61, ил. 129, список лит. — 50 назв.

ПРЕДИСЛОВИЕ

Одно из средств ускоренного выполнения решений партии и пра­ вительства по наращиванию темпов развития народного хозяйства — повышение научно-технического уровня проектно-'конструкторских работ, выполняемых промышленностью в крупных объемах. Высокое качество проектов — залог успешного осуществления предприятиями технологических процессов на совре­ менном научно-техническом уровне с хорошими экономическими показателями Опыт нефтедобывающей промышленности показывает, что неудачи в проведении некоторых мероприятий связаны с недостаточной проработкой проектов их осу­ ществления.

В настоящем справочном руководстве приведены исходные данные и реко­ мендации, обобщены основы по выбору рациональной технологии процессов в области разработки нефтяных месторождений, технологии эксплуатации сква­ жин, сбора и подготовки к транспорту нефти, воды и газа.

Справочное руководство состоит из двух книг. В первой приведены матери­ алы по проектированию разработки нефтяных месторождений, а также расчет­ ные методы оценки свойств пластовых жидкостей и характеристик коллекторов. Вторая книга посвящена вопросам проектирования технологии эксплуатации скважин, методов повышения их дебитов, промыслового хозяйства и систем сбора нефти, воды и газа.

Как известно, проектирование технологических процессов разработки и эксплуатации нефтяных месторождений связано с решением задач разнообразного профиля. В справочном руководстве основное внимание уделяется методам расчета технологических процессов и технико-экономических показателей, рас­ четным методам выбора рациональных схем их осуществления, методам расчета технологических процессов, разработанных в основном советскими инженерами и учеными. Следует при этом отметить, что в отечественной литературе опубли­ кованы различные варианты решения одних и тех же задач, разработанных уче­ ными отраслевых и учебных нефтяных институтов страны. Так, например, по учету неоднородности коллекторских свойств пластов имеются методики нефтя­ ных проектных и научно-исследовательских институтов Татарии и Башкирии, Гипровостокнефти (г. Куйбышев) и др. Они отличаются некоторыми деталями расчетов при сравнительно небольшой разнице общих принципов учета неодно­ родности свойств коллекторов. Поэтому в руководстве описана методика лишь Всесоюзного нефтегазового исследовательского института (ВНИИ), ученые кото­ рого вложили наиболее существенный вклад в разработку теоретических основ учета неоднородности строения и свойств коллекторов при проектировании разработки нефтяных месторождений. Для ознакомления с другими методиками следует обратиться к трудам соответствующих институтов, где также опублико­ вано множество вариантов решения и других задач разработки и эксплуатации нефтяных месторождений. При отборе их делался упор на освещение опробован­ ных и хорошо зарекомендовавших себя схем расчетов.

Известно, что на разных стадиях разработки месторождений теоретический уровень и точность расчетов по ряду причин могут быть неодинаковыми. По­

3

ЧАСТЬ I

ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КОЛЛЕКТОРОВ

ИПЛАСТОВЫХ ЖИДКОСТЕЙ

ГЛАВА I

СВОЙСТВА КОЛЛЕКТОРОВ

Параметры, характеризующие свойства коллекторов продуктивных пластов, оценивают по данным лабораторных исследований кернового материала

ирезультатам геофизических и гидродинамических исследований скважин. Эти данные, обычно изменяющиеся в широких пределах, характеризуют высокую степень неоднородности распределения большинства параметров горных пород

ипластовых систем. При проектировании технологических процессов нефте­ добычи возникает задача учета и отображения неоднородности строения и свойств коллекторов и определения их характеристик по пласту.

Многие важнейшие свойства коллекторов зависят от давления, температуры, степени насыщенности порового пространства газожидкостными смесями. Для построения этих зависимостей проводят трудоемкие экспериментальные иссле­ дования с использованием специальной аппаратуры высокого давления. По­ этому в ряде случаев применяют расчетные методы построения упомянутых зависимостей или используют эмпирические соотношения, устанавливающие связи между различными характеристиками горных пород и пласта в целом по результатам анализа данных, накопленных в процессе разработки нефтяных месторождений.

§ 1. ВИДЫ НЕОДНОРОДНОСТИ ГЕОЛОГО-ФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ПРОДУКТИВНЫХ ПОРОД

В пределах залежи в той или иной степени изменяется характеристика коллекторов и строения продуктивных пластов. Поэтому в зависимости от задач, которые ставят различные исследователи при отображении неоднородности пла­ стов, учитывается изменчивость какого-либо одного признака или группы гео­ лого-физических свойств продуктивных пластов. В связи с этим в литературе опубликовано множество формулировок понятия и видов неоднородности про­ дуктивных пластов.

При решении задач проектирования технологических процессов разработки и эксплуатации нефтяных месторождений особо важное место отводится учету изменчивости фильтрационных и емкостных свойств горных пород, а также учету пространственной геометрии строения пластов, сложенных проницаемыми поро­ дами, их прерывистости. Иначе говоря, при расчетах приходится учитывать в основном два вида неоднородности свойств и строения коллекторов — измен­ чивость проницаемости и пористости пород и объемную неоднородность их стро­ ения [28].

Следует особо подчеркнуть, что в ряде случаев при учете неоднородного строения пластов приходится сталкиваться с масштабностью ее проявления. Например, в некоторых случаях считают, что коллектор сложен только двумя однородными участками различной проницаемости, в пределах которых можно принимать проницаемость и пористость пород постоянными. Такая схематизация строения неоднородного пласта при крупномасштабном учете изменения его свойств допустима при решении, например, задач рациональной расстановки скважин на залежи. При изучении же закономерностей стягивания контуров водоносности на той же залежи может потребоваться учет неоднородного стро­ ения и свойств пластов в более мелком масштабе расстояний. Проявление не­

5

где pi — вероятность появления случайной величины; f (*) — плотность ее рас­ пределения.

Зависимость между центральными и условными моментами определяется следующими соотношениями:

Дисперсия D (*), характеризующая степень разбросанности распределения параметров горных пород около математического ожидания, представляет собой математическое ожидание квадрата соответствующей централизованной вели­

Асимметрия распределения характеризуется третьим центральным моментом. Коэффициент асимметрии

(При симметричном распределении все моменты нечетных порядков равны нулю).

Строение вершины распределения оценивается по эксцессу

при нормальном распределении, Ех положительна.

Следует особо подчеркнуть, что с помощью упомянутых методов оценки степени неоднородности пород нельзя определить границу между однородными и неоднородными породами. Дело еще осложняется тем, что неоднородность пород не является параметром, присущим только самой породе. Например, не­ однородность фильтрационных свойств (проницаемость) может изменяться и про­ являться в большей или меньшей степени под влиянием свойств пластовых газо­ жидкостных смесей, физико-химических характеристик воды и нефти и т. д. По­ этому этот вопрос актуален в связи с внедрением в практику исследований моде­ лей неоднородных коллекторов (один из нерешенных в теории неоднородности

пород).

При моделировании неоднородного пласта затруднения возникают и в том случае, если используют естественные керны или блоки песчаников, вырезанные на выходах пластов на поверхность. Так как размеры кернов незначительны, при моделировании не воспроизводится неоднородность необходимого масштаба (уровня). Поэтому в последние годы стала развиваться практика моделирования неоднородных пород искусственными пористыми средами.

Одна из методик основана на замене сложной гистограммы (или кривой плот­ ности) распределения проницаемости пород простейшей гистограммой, состоящей из двух ступеней. При этом случайный характер распределения воспроизводится участками двух значений проницаемости пород, вероятность появления каждого из которых равна 0,5 [13]. Тогда степень неоднородности моделируемого пласта и самой модели удобно оценивать величиной

где kо и kj — математические ожидания соответствующих групп распределения проницаемости пород, границы между которыми определяются медианой распре­ деления Ме; k(j и kM— наибольшее и наименьшее значения проницаемости в исследуемом распределении.

Расчеты показывают, что для месторождений Татарии, Башкирии и Самар­ ской Луки в Куйбышевской области коэффициент неоднородности N изменяется в пределах 2,7—3,1.

По результатам ряда исследований распределение проницаемости образцов керна для месторождений Волго-Уральской области описывается логарифмически нормальным законом, который характеризуется следующей функцией и плот­

где а и е — параметры распределения; In е — математическое ожидание слу­ чайной величины In х. Среднее значение этой функции

о2

8

Стандартное отклонение закона при ^ границах 0 < х < оо

Считается, что более универсально и лучше отражает распределение парамет­ ров коллекторов нефти и газа гамма-рас­ пределение, интегральная функция кото­ рого имеет вид

однородного пласта, устанавливаются путем выравнивания статистических рядов наблюдаемых параметров, определяемых по данным анализа кернов или по ре­ зультатам геофизических и гидродинамических исследований скважин. Пред­ ставительность статистического ряда зависит от числа проведенных наблюдений

и от охвата ими пласта.

Выравнивать статистический ряд (находить теоретическую формулу функции распределения, которой подчиняются анализируемый признак или свойства пласта) удобно графическим способом с помощью так называемой вероятностной бумаги. Она строится для каждого распределения таким образом, чтобы график

Q

соответствующей функции распределения представлял прямую линию. С по­ мощью вероятностной бумаги устанавливают и числовые характеристики, и пара­ метры распределения. Например, в случае нормального распределения матема­ тическое ожидание исследуемого параметра будет соответствовать накопленной частоте, равной 0,5 (или 50%), т. е.

где Хх и хг —-параметры, соответствующие накопленным частотам 0,159 п 0,84. В случае логарифмически нормального закона распределения

10