Наиболее полное извлечение нефти, газа и конденсата из ме сторождений— главное направление рационального использо вания недр.
Важное значение имеет осуществление во всех звеньях на родного хозяйства, в том числе во всех технологических процес сах разработки нефтяных и газовых месторождений, энергосбе регающих мероприятий. Необходимо стремиться к использова нию таких технологий извлечения и таких вариантов подъема на дневную поверхность, подготовки и транспорта нефти и га за, которые характеризуются по возможности меньшими затра тами энергии на тонну добываемых нефти и газа, ликвидиро вать потери и бессмысленное сжигание углеводородов.
Разработка нефтяных месторождений как учебная дисципли на принадлежит к категории инженерных дисциплин. Ей свой ственно не только качественное, но и, главным образом, коли чественное изучение нефтяных месторождений и протекающих в них процессов, а также подготовка инженерных решений — про ектов, представляемых не в описательном, а в количественном виде. Поэтому во всех разделах данного курса используются математические методы. Можно даже подчеркнуть, что разра ботка нефтяных месторождений — одна из наиболее насыщен ных математическими методами инженерных дисциплин. Объяс няется это обстоятельство отчасти тем, что инженеры-разработ чики не имеют непосредственного доступа к объектам своей деятельности (нефтяным пластам) и даже начинают их позна вать не путем непосредственных измерений, а на основе мате матической обработки данных геофизических и гидродинамиче ских исследований скважин. Процессы, протекающие в нефтя ных пластах во время их разработки, инженеры-разработчики могут распознавать количественно только по проявлениям этих процессов в скважинах путем решения так называемых обрат ных математических задач.
В курсе разработки нефтяных месторождений комплексно используют многие важные положения геологии, геофизики, фи зики пласта, подземной гидрогазомеханики, механики горных пород, технологии эксплуатации скважин и систем добычи неф ти, экономики и планирования.
Вместе с тем разработка нефтяных месторождений — это не конгломерат геологии, подземной гидромеханики, технологии до бычи нефти и экономики, а самостоятельная комплексная об ласть науки и инженерная дисциплина, имеющая свои специ альные разделы, связанные с учением о системах и технологи ях разработки месторождений, планированием и реализацией основного принципа разработки, проектированием и регулиро ванием разработки месторождений.
Г л а в а I
СИСТЕМЫ И ТЕХНОЛОГИЯ РАЗРАБОТКИ
НЕФТЯНЫХ м е с т о р о ж д е н и и
§ 1. ОБЪЕКТ И СИСТЕМА РАЗРАБОТКИ |
|
Н е ф т я н ы е и н е ф т е г а з о в ы е |
м е с т о р о ж д е н и я — |
это скопления углеводородов в земной коре, приуроченные к од ной или нескольким локализованным геологическим структурам, т. е. структурам, находящимся вблизи одного и того же геогра фического пункта. Залежи углеводородов, входящие в место рождения, обычно находятся в пластах или массивах горных по род, имеющих различное распространение под землей, часто — различные геолого-физические свойства. Во многих случаях от дельные нефтегазоносные пласты разделены значительными толщами непроницаемых пород или находятся только на отдель ных участках месторождения.
Такие обособленные или отличающиеся по свойствам пласты
разрабатывают различными группами скважин, иногда при |
|
этом используют различную технологию. |
|
Введем |
понятие об объекте разработки месторождения. |
О б ъ е к т |
р а з р а б о т к и — это искусственно выделенное в пре |
делах разрабатываемого месторождения геологическое образо вание (пласт, массив, структура, совокупность пластов), содер жащее промышленные запасы углеводородов, извлечение кото рых из недр осуществляется при помощи определенной группы скважин или других горнотехнических сооружений. Разработ чики, пользуясь распространенной у нефтяников терминологией, обычно считают, что каждый объект разрабатывается «своей сеткой скважин». Необходимо подчеркнуть, что сама природа не создает объекты разработки — их выделяют люди, разраба тывающие месторождение. В объект разработки может быть включен один, несколько или все пласты месторождения.
Основные особенности объекта разработки — наличие в нем промышленных запасов нефти и определенная, присущая дан ному объекту группа скважин, при помощи которых он разра батывается. При этом нельзя утверждать обратное, поскольку одними и теми же скважинами можно разрабатывать различ ные объекты путем использования технических средств для од новременно-раздельной эксплуатации.
Чтобы лучше усвоить понятие объекта разработки, рассмот рим пример. Пусть имеем месторождение, разрез которого по казан на рис. 1. Это месторождение содержит три пласта, от личающиеся толщиной, областями распространения насыщаю-
10
Геолого-физи- |
|
Пласт |
|
|
ческие свойства |
1 |
2 |
3 |
|
|
|
|||
Извлекаемые |
200,0 |
50,0 |
70,0 |
|
запасы |
нефти, |
|
|
|
млн. т. |
|
10,0 |
5,0 |
15,0 |
Толщина, м |
||||
Проницае |
100,0 |
150,0 500,0 |
||
мость, 10-3 |
|
|
|
|
мкм2 |
неф |
50 |
60 |
3 |
Вязкость |
||||
ти, 10-3 Па-с
Рис. 1. Разрез многопластового нефтяного месторождения
щих их углеводородов и физическими свойствами. В таблице приведены основные свойства пластов 1, 2 и 3, залегающих в пределах месторождения. Можно утверждать, что на рассмат риваемом месторождении целесообразно выделить два объекта разработки, объединив пласты 1 и 2 в один объект разработки (объект /), а пласт 3 разрабатывать как отдельный объект (объект II).
Включение пластов 1 я 2 в один объект обусловлено тем, что они имеют близкие значения проницаемости и вязкости нефти и находятся на небольшом расстоянии друг от друга по вертикали. К тому же извлекаемые запасы нефти в пласте 2 сравнительно невелики. Пласт 3 хотя и имеет меньшие по срав нению с пластом 1 извлекаемые запасы нефти, но содержит ма ловязкую нефть и высокопроницаемый. Следовательно, скважи ны, вскрывшие этот пласт, будут высокопродуктивными. Кроме того, если пласт 3, содержащий маловязкую нефть, можно раз рабатывать с применением обычного заводнения, то при раз работке пластов 1 я 2, характеризующихся высоковязкой нефтью, придется с начала разработки применять иную техно логию, например вытеснение нефти паром, растворами поли акриламида (загустителя воды) или при помощи внутрипластового горения.
Вместе с тем следует учитывать, что, несмотря на сущест венное различие параметров пластов 1, 2 я 3, окончательное ре шение о выделении объектов разработки принимают на основе анализа технологических и технико-экономических показателей
11
различных вариантов объединения пластов в объекты разра ботки.
Объекты разработки иногда подразделяют на следующие ви ды: самостоятельный, т. е. разрабатываемый в данное время, и возвратный, т. е. тот, который будет разрабатываться скважи нами, эксплуатирующими в этот период другой объект.
С и с т е м о й р а з р а б о т к и нефтяного месторождения сле дует называть совокупность взаимосвязанных инженерных ре шений, определяющих объекты разработки; последовательность и темп их разбуривания и обустройства; наличие воздействия на пласты с целью извлечения из них нефти и газа; число, со отношение и расположение нагнетательных и добывающих сква жин; число резервных скважин, управление разработкой место рождения, охрану недр и окружающей среды. Построить систе му разработки месторождения означает найти и осуществить указанную выше совокупность инженерных решений.
Важная составная часть создания такой системы — выделе ние объектов разработки. Поэтому рассмотрим этот вопрос бо лее подробно. Заранее можно сказать, что объединение в один объект как можно большего числа пластов на первый взгляд всегда представляется выгодным, поскольку при таком объеди нении потребуется меньше скважин для разработки месторож дения в целом. Однако чрезмерное объединение пластов в один объект может привести к существенным потерям в нефтеотдаче и в конечном счете к ухудшению технико-экономических пока зателей. На выделение объектов разработки влияют следующие факторы.
1. Геолого-физические свойства пород-коллекторов нефти и газаГ~Резко отличающиеся по проницаемости, общей и эффек тивной толщине, а также неоднородности пласты во многих слу чаях нецелесообразно разрабатывать как один объект, посколь ку они могут существенно отличаться по продуктивности, пла стовому давлению в процессе их разработки и, следовательно, по способам эксплуатации скважин, скорости выработки запа сов нефти и изменению обводненности продукции.
Для различных по площадной неоднородности пластов мо гут быть эффективными различные сетки скважин, так что объединять такие пласты в один объект разработки оказывает ся нецелесообразным. В сильно неоднородных по вертикали пла стах, имеющих отдельные низкопроницаемые пропластки, не сообщающиеся с высокопроницаемыми, бывает трудно обеспе чить приемлемый охват горизонта воздействием по вертикали вследствие того, что в активную разработку включаются только высокопроницаемые пропластки, а низкопроницаемые прослои не подвергаются воздействию закачиваемого в пласт агента (во ды, газа). С целью повышения охвата таких пластов разработ кой их стремятся разделить на несколько объектов.
2. Физико-химические свойства нефти и газа. Важное зна чение при выделении объектов разработки имеют свойства неф
12