2. Изучения и проектирование систем разработки нефтяных месторождений.

Далее рассматривается решение проблем изучения и проектирования систем разработки нефтяных месторождений с применением современных геолого-гидродинамических компьютерных числовых моделей. При этом, охватывается широкий спектр известных технологических процессов воздействия на продуктивные отложения, обеспечивающих эффективную выработку трудноизвлекаемых запасов нефти и газа.

Приводятся принципильные особенности моделирования наиболее эффективных методов искусственного воздействия на пласты с целью увеличения нефтеизвлечения на объектах с трудноизвлекаемыми запасами углеводородов, таких как:

- закачка воды, обогащенная различными химическими компонентами,

- закачка полимеров, пен и растворителей,

- смешивающееся вытеснение нефти газом высокого давления,

- тепловое воздействие на продуктивные пласты путем нагнетания теплоносителей или создание различных модификаций процессов внутрипластового горения.

Важным элементом является возможность создания моделей с двойной пористостью и проницаемостью, осложненной элементами неоднородности дренируемых коллекторов.

Содержание второй главы носит проблемно-постановочную задачу численного моделирования многофакторной классификации месторождений с трудноизвлекаемыми запасами углеводородов с охватом аспектов проектирования эффективных систем разработки.

Научно обоснованы методические основы аналитических исследований классификации месторождений с трудноизвлекаемыми запасами углеводородов с количественной оценкой степени сложности их выработки.

Методическая основа работы базируется на учете ряда главных - базовых положений, охватывающих предельно обширный комплекс природно-географических, климатических, геологических, технологических и других условий (характеристик).

Цель проведения классификации по разработанной и предлагаемой к широкому использованию методике связана с решением ряда отраслевых задач по выбору высокоэффективных систем разработки как новых изучаемых эксплуатационных объектов (на этапе завершения разведки и первичного подсчета запасов углеводородов), так и объектов, находящихся на ранней стадии промышленной разработки. Более того, при перспективном отраслевом планировании ввода в разработку новых месторождений, «классификация» позволит осуществлять четкое ранжирование месторождений по степени сложности выработки запасов углеводородов и инвестировании капиталовложений.

Приведена детальная расшифровка главных - базовых положений, которые позволили бы после их исследований классифицировать и относить эксплуатационные объекты к той или иной степени сложности выработки запасов углеводородов, возможности или невозможности на современном этапе ввода их в разработку.

Положение 1– географическое размещение эксплуатационных объектов.

а) объект размещен в районе акватории водяного бассейна (озера, моря, океана) на глубинах и удаленности от материка, доступных или препятствующих его вскрытию бурением и разработку, промышленно освоенными техническими средствами и технологиями,

б) объект расположен в районе со сложным рельефным состоянием Земной поверхности (горные массивы, интенсивная заболоченность), что препятствует проведению буровых работ и строительству промысловых систем эксплуатации скважин, транспорта и сбора добываемой продукции, промышленно освоенными техническими средствами и технологиями,

в) объект находится в границах заповедной территория (под охраной государства) - в районе, где не допускается нарушение экологической чистоты атмосферы и окружающей среды.

Положение 2 – климатические и сейсмические условия района размещения эксплуатационных объектов.

а) чрезмерно низкие температуры воздуха в течение длительного периода года, препятствующие нормальным условиям строительства и обслуживания технических средств, используемых при разработке месторождения. Влияние этого фактора связано, прежде всего, с экономическим фактором;

б) сложный характер проявления сезонной и многолетней мерзлоты определенной толщины, требующей применения специальных технологий строительства скважин и их нестандартных конструкций,

в) отсутствие или проявление высокой сейсмической неустойчивости горных отложений с явлениями тектонических сдвигов.

Положение 3 – особенности геологического (структурного) строения продуктивных отложений эксплуатационных объектов.

а) многопластовые объекты или объекты, продуктивные отложения которых расчленены тектоническими (или литологическими) нарушениями на отдельные участки (зоны) с полной гидродинамической разобщенностью по площади объектов. Запасы углеводородов каждого участка (зоны) должны быть достаточными для окупаемости процессов их выработки современными технологиями и техническими средствами,

б) эксплуатационные объекты, залегающие на больших глубинах с большими или малыми подвижными запасами углеводородов, выработка, которых экономически рентабельна или нерентабельна.

Положение 4 – коллекторские – фильтрационные характеристики продуктивных отложений эксплуатационных объектов.

Фильтрационные характеристики продуктивных отложений относятся к числу важнейших природных параметров, обеспечивающих или не обеспечивающих получение экономически рентабельных дебитов скважин.

Фильтрационная характеристика коллекторов оценивается только в комплексном виде известным коэффициентом подвижности флюида, насыщающего данный коллектор, то есть, как отношение фазовой проницаемости коллектора к вязкости флюида, насыщающего данный коллектор.

Решение проблемы выделения эксплуатационных объектов с трудноизвлекаемыми запасами нефти путем учета количественных ограничений только коэффициента проницаемости коллекторов (как делают многие авторы) – совершенно недопустимо.

Положение 5 - физико-химические свойства пластовой нефти эксплуатационных объектов.

Физико-химические свойства пластовой нефти эксплуатационных объектов оказывают существенное влияние на сложность и степень выработки запасов нефти из пласта или системы пластов.

Важную роль при этом, играет величина вязкости нефти в пластовых условиях и промышленное (или непромышленное) содержание редких металлов (ванадия, никеля, вольфрама и др.).

В 1983 году на Международной конференции в Лондоне принята классификация физической характеристики нефти (по плотности и вязкости):

легкая нефть – ρ_н < 0,870 г/см³ и µ_н < 10 мПа.с,

средняя нефть - ρ_н = (0,870 - 0,920) г/см³ и µ_н = (10 – 30) мПа.с,

тяжелая нефть - ρ_н > 0,920 г/см³ и µ_н > 30 мПа.с.

В современной практике разработки залежей нефти, вязкость которых превышает 30 мПа.с (категория тяжелых нефтей), в обязательном порядке применяются методы увеличения нефтеизвлечения (МУН). Следовательно, все эксплуатационные объекты, вязкость нефти которых превышает 30 мПа.с, относятся к категории с трудноизвлекаемыми запасами углеводородов.

Промышленное наличие редких металлов в углеводородном сырье является ценнейшим фактором, когда данные залежи углеводородов с любой категорией должны вводиться в разработку.

Положение 6 – гидродинамическое природное режимное состояние эксплуатационных объектов.

Из истории изучения и опыта разработки нефтяных месторождений известны различные исключительные режимные состояния эксплуатационных объектов:

а) объекты с пластовым давлением, соответствующим гидростатическому напору,

б) объекты с аномально высоким пластовым давлением (АВПД),

в) объекты, нефти которых содержат очень большое количество растворенного газа,

г) объекты, нефти которых содержат очень большое количество тяжелых фракций (парафинов),

д) объекты, содержащие нефти, у которых давление насыщения нефти газом близко или равно начальному пластовому давлению.

Объекты а) и б) могут быть представлены двумя режимными состояниями: упругим режимом гидродинамически замкнутых залежей нефти и упруговодонапорным режимом с контурным или подошвенным контактом залежи нефти с водонапорным бассейном. Гравитационный режим нами не рассматривается, так как он играет роль только в условиях глубокого гидродинамического истощения объектов.

Объекты с аномально высоким пластовым давлением (АВПД) и с нефтью, содержащей очень большое количество растворенного углеводородного газа (в пределах 400 – 800 нм³/т) и, как следствие, отличающиеся очень низкой физической вязкостью (доли единиц мПа.с) безусловно относятся к категории объектов с высокоэффективной выработкой запасов нефти и газа. Опыт и аналитические исследования показали, что высокоэффективная выработка запасов углеводородов может осуществляться только за счет использования большого запаса упругой энергии пластовых систем и насыщающих их жидкостей без применения капиталоемких методов искусственного воздействия.

Такие объекты нельзя относить к категории залежей нефти. Это объекты углеводородов с равноценным содержанием запасов жидкой фазы – нефти и газовой фазы – природного углеводородного газа. В этом случае, следует изменить и методику подсчета запасов с выделением категории запасов углеводородов. И при вводе в разработку подобных залежей углеводородов следует обустраивать месторождения с полной эффективной утилизацией нефти и углеводородного газа.

Объекты, нефти которых содержат очень большое количество тяжелых фракций (преимущественно парафинов) – в природных условиях кристаллизация парафиновых фракций таких нефтей происходит при температурах, как правило, близких (или равных) пластовой температуре данного объекта. Разработка таких объектов сопряжена с определенной сложностью выбора технологий воздействия на пласт, которые не приводили бы к охлаждению пласта. Такие залежи могут относиться к категории с трудноизвлекаемым запасам нефти тем более при наличии и других отрицательных геологических факторов.

Объекты, содержащие нефти, у которых давление насыщения нефти газом близко или равно начальному пластовому давлению - в большинстве случаев такие нефти имеют низкую газонасыщенность. Выработка запасов такой нефти осуществляется с обязательным применением методов ППД. Такие залежи, как и в предыдущем случае, могут относиться к категории с трудноизвлекаемым запасам нефти при наличии и других отрицательных геологических факторов.

Объекты тяжелой высоковязкой нефти с природным режимом любой характеристики – требуют обязательного применения технологий воздействия на пласт агентами, повышающими фильтрационную характеристику пластовой нефти (наиболее эффективными технологиями являются методы теплового воздействия). Такие объекты, безусловно, относятся к типу с трудноизвлекаемыми запасами нефти.

Положение 7 – региональная или общеотраслевая потребность в нефти как энергетического, так и химического сырья на данном этапе времени и ближайшую перспективу.

Заинтересованность государства в высоких темпах добычи нефти в основном связана или с вводом в разработку крупных нефтяных месторождений, запасы нефти которых, составляют от 100 и более миллионов тонн, или месторождений, не требующих больших капиталовложений для выработки запасов нефти (как, правило, легкой характеристики). Многочисленный отечественный опыт показывает, что при вводе в разработку крупных нефтяных месторождений особая сложность возникает с выбором и внедрением технологических процессов выработки запасов нефти. В абсолютном большинстве случаев, при разработке таких месторождений применяются методы внутриконтурного нагнетания воды и, как следствие, возникает прогрессирующий рост обводнения добываемой продукции до экономически нерентабельных пределов (более 90 %). При этом выработка извлекаемых запасов нефти остается на относительно низком уровне. Так, например, по Западно-Сибирьскому уникальному Самотлорскому месторождению обводненность добываемой продукции достигла 92 % при выработке извлекаемых запасов всего в пределах 65 %.. По Ромашкинскому месторождению Урало-Волжской провинции – при обводненности, также, более 90 %, извлекаемые запасы нефти истощены на 88 %.

Таким образом, при решении проблем положения 7 следует особое внимание уделять проектированию и применению высокоэффективных технологий выработки запасов углеводородов с учетом всех базовых факторов, присущих данному месторождению, и с обязательной оценкой технико-технологической и экономической степени сложности выработки запасов нефти в перспективе.