Основы технологических расчетов и разработка нефтяных месторождений

Проектирование разработки нефтяных месторождений вклю­чает подготовку исходной информации и создание моделей пласта, проведение технологических и экономических расчетов, расчетов по выбору способов и технологического оборудования по добыче нефти.

Подготовка исходных данных для технологических расчетов

При расчете технологических показателей разработки место­рождений необходимо располагать исходными данными, т. е. геолого-промысловой характеристикой месторождения.

Геолого-промысловая характеристика

Геолого-промысловую характеристику в основном представляют: общие сведения о районе месторождения - географическое и административное расположение района месторождения; рельеф местности, гидросеть, климат; экономические сведения; характеристика условий разбуривания и обустройства место­рождения с выделением участков, осложненных или не подле­жащих разбуриванию (резко пересеченный рельеф, водоемы, заболоченность, населенные пункты, санитарные зоны и др.); геологическая характеристика месторождения - история ге­ологического изучения района и месторождения; стратиграфия; тектоника; нефтегазоносность; гидрогеологические условия ме­сторождения;

геологическая характеристика залежи (продуктивного пла­ста, эксплуатационного объекта) - детальная корреляция про­дуктивной части разреза в скважинах, положение ВНК и ГНК; геометрия залежи (тектоническая структура, контуры нефтегазоносности, размеры залежи, нефтяных, газовых, подгазовых и водонефтяных зон, тип залежи);

литолого-физическая характеристика коллектора - вещест­венный состав и структурные особенности пород; проницаемость, пористость, начальная нефтенасыщенность коллектора, зависи­мость проницаемости и пористости от давления, тип коллектора (пористый, трешиновато-пористый и т. д.); неоднородность строения (объемная неоднородность) продуктивных пластов (расчлененность на пропластки и слои, песчанистость, их рас­пространенность, сложность границ коллектора, литологическая связанность, выклинивание и т. д.); теплофизические свойства;

свойства пластовых флюидов: нефти в пластовых условиях (давление насыщения нефти газом, газосодержание, плотность, вязкость, объемный коэффициент, усадка, коэффициент объем­ной упругости; зависимости вязкости, объемного коэффициента и газосодержания от давления; теплофизические свойства); разгазированной нефти (плотность, кинематическая вязкость, мо­лекулярная масса, температура начала кипения и начала засты­вания, температура насыщения нефти парафином, фракционный и компонентный состав, содержание серы, парафина, асфальтенов и силикагелевых смол); растворенного, выделившегося при однократном разгазировании, и природного нефтегазовых зале­жей газа (компонентный состав, абсолютная и относительная плотности, сжимаемость); пластовой воды (плотность, вязкость, газосодержание, объемный коэффициент, коэффициент объем­ной упругости, общая минерализация и ионный состав, харак­теристика возможных последствий при смешивании ее с зака­чиваемой водой и изменении начальных условий);

энергетическая и эксплуатационная характеристики за­лежи - пластовые давления (начальное, текущее) и темпера­тура, геотермический градиент; характеристика законтурной зоны залежи, ее связь с нефтяной зоной и областью питания, возможный естественный режим залежи; закономерности в из­менении пластовых давлений и температуры; допустимое их снижение при разработке; условия, осложнения эксплуатации скважин; гидродинамическая связь между скважинами, пла­стами;

запасы нефти и газа (по категориям, объектам, зонам объ­ектов).

Эту характеристику дополняют графические обобщения: об­зорная карта района месторождения, геолого-геофизический раз­рез отложений, структурные карты, геологические профильные разрезы, карты изменения по площади проницаемости, пористо­сти, нефтенасыщенности, нефтенасыщенной толщины, распро­странения выделенных пластов, слоев, зональных интервалов, распространения свойств пластовых флюидов, изобар, рас­пределения температур и др. Геолого-промысловая характери­стика охватывает широкий круг вопросов, изучаемых в физике пласта и нефтепромысловой геологии, и составляет геолого-промысловую часть технологической схемы или проекта разра­ботки месторождений. На основе геолого-промысловой характе­ристики строят расчетную схему и модель пласта, а также обос­новывают рекомендации по выбору системы разработки и условий ее успешной реализации (порядок разбуривания залежи требования при вскрытии пластов бурением, оптималь­ные интервалы перфорации, геологические ограничения на дебиты и приемистости скважин и т. д.).

Геолого-промысловое изучение объекта разработки

Источниками получения исходных данных для составления проектных документов служат пробуренные на данном месторож­дении скважины. При наличии очень скудной информации ино­гда можно воспользоваться данными по аналогичным месторождениям или предлагаемыми в литературе различными расчетными и графическими зависимостями для нахождения некоторых параметров пород и пластовых жидкостей. При бурении скважин отбирают образцы горных пород - керны, а при наличии рыхлых пород - шлам. В лабораториях по образцам терригенных (осадочных) и карбонатных пород изучают вещественный состав, текстуру, структуры. Лабораторными методами по образцам пород определяют физические свойства коллекторов: пористость и соотношения трех основных в пустот (трещин, каверн, пор), проницаемость (абсолют­ную и фазовые), нефтегазоводонасыщенность, коэффициент вытеснения нефти водой. Физические свойства пластовых жидкостей исследуют в лабораториях по глубинным пробам. Методы лабораторного определения свойств пород и жидкостей изуча­ются детально в курсах физики пласта и геологии. Следует подчеркнуть, что существуют ОСТы и ГОСТы на определение свойств нефтей, воды, пород и т. д.

В скважинах проводятся различные промыслово-геофизические, термодинамические и гидродинамические исследования. По данным промыслово-геофизических исследований проводят льное расчленение продуктивных отложений (установление логического типа пород), выделяют коллекторы (терригенные, карбонатные), разделяют коллекторы на продуктивные и водоносные, определяют пористость, нефтегазонасыщенность, проницаемость. При термодинамических исследованиях изу­чают распределение температуры в скважине, определяют про­филь притока нефти или поглощения закачиваемой воды по разрезу пласта.

По данным исследований составляют сводный (по видимым толщинам пластов) и нормальный (по средним истинным тол­пам пластов в их нормальном залегании) геолого-физические разрезы, осуществляют детальную корреляцию продуктивных отложений (прослеживание по простиранию продуктивных го­ризонтов, пластов или пачек; установление их непрерывности на определенной площади; оконтуривание их распространения)., .Методика выполнения этих работ изучается в курсе геологии.

Получаемая информация используется для геометризации формы залежей и месторождения. Геометризация формы за­лежи включает построение структурных карт кровли и подошвы продуктивного пласта, геологических профильных разрезов, оп­ределение положения поверхностей ВПК и ГНК, проведение линий внешнего и внутреннего контуров этих контактов на структурных картах, геометризацию объема по карте толщин коллектора. Для более наглядного отображения геологического строения месторождения строят блок-диаграммы (аксонометри­ческое изображение залежи в трех плоскостях в косоугольной или прямоугольной проекции) и блок-схемы (пространственное отображение корреляционных схем).

При разделении пород на проницаемые (коллектор) и не­проницаемые (неколлектор) обосновывают предельные значения емкостно-фильтрационных параметров. Обычно выделяют два предела: абсолютный или физический - значения параметров, начиная с которых породы имеют нефтегазонасыщенность, от­личную от нуля; нижний или технологический - значения па­раметров, начиная с которых породы имеют такую нефтегазо­насыщенность, при которой фазовая проницаемость для нефти (при определенном режиме вытеснения, т. е. системе разработки месторождения) становится больше нуля. Геометризация за­лежи, разделение пород на коллектор и неколлектор, определе­ние значений параметров существенно осложняются неоднород­ностью пластов.

Неоднородность пласта

Все реальные нефтяные пласты неоднородны по своему геоло­гическому строению и свойствам в силу изменения условий осад­кообразования и последующего преобразования пород. В соот­ветствии с ОСТ 39-035-76 под неоднородностью понимается свойство нефтяного пласта-коллектора, обусловленное измене­нием его структурно-фациальных и литологических свойств, ока­зывающих влияние в основном на движение пластовой жидкости к забоям скважин и подлежащих учету при установлении по­тенциальных возможностей нефтяного пласта. Различают не­однородность литологическую (гранулометрическую, упаковоч­ную, цементационную, минеральную, поровую), проницаемостную, пористостную и объемную (толщинную, площадную). Не­однородность нефтяных залежей изучают детерминированным или вероятностным методами. Лучшие результаты дает их ком­плексное использование.

При детерминированном (причинно-следственном, причинно-обусловленном) методе, полагая, что одно явление (причина) при конкретных условиях обусловливает другое явление (дей­ствие, следствие), по данным исследований скважин и пластов строя карты распределения параметров пластов по площади (карты равных толщин пласта - изопахит, проницаемостей, пористостей, вязкостей нефти; карты распространения зональных интервалов или слоев и др.) и схемы распределения по разрезу, строят блок-диаграммы. При этом важная роль отводится детальной корреляции продуктивного пласта, что позволяет точно определить толщины пластов, детально расчленить разрез выяснить прерывистость пластов по простиранию и постоянство свойств слагающих его пород, выделить отдельные слои (пропластки) и зоны (линзы).

Вероятностный метод обоснован следующим. Так как доступ в залежь имеется посредством скважин, то по результатам проводимых исследований скважин и пластов локально (в известных размерах области пласта) устанавливают параметры за­лежи. Значения этих параметров изменяются по объему (пло­щади, толщине) пласта в широких пределах. Изменения, можно полагать, носят случайный характер. Поэтому считают, что данные исследований - это выборка из генеральной совокупности параметров (залежи), что позволяет использовать аппарат ма­тематической статистики, теории вероятностей и теории случай­ных функций. В соответствии с законом больших чисел при уве­личении объемов выборки выборочные характеристики сходятся по вероятности к генеральным, т. е. их надежность возрастает, погрешность уменьшается.

Такая обработка данных исследований позволяет построить модель пласта. В зависимости от метода получают детерминиро­ванную или вероятностную модель пласта.