Согласно статистике, Российская Федерация относится к числу тех стран, где содержится наибольший процент труднодоступных запасов нефти. Так, по состоянию на 2021 год, число запасов нефти, которые относятся к категории труднодоступных, выросло до 75%. К тому же, большая часть нефти находится в пластах, имеющих низкие фильтрационно-емкостные свойства.
В связи с чем, возникает потребность в текущих условиях наращивать темпы добычи нефти в Российской Федерации, не только на действующих месторождениях, но и организовать поиск новых. Наиболее эффективным решением, которое позволит достигнуть поставленную задачу, является мобилизация и ускорение темпов развития многопластовых месторождений [3].
Использование в практике многопластового вида месторождения является эффективной возможностью нефтедобычи. Для того, чтобы провести разработку многопластового нефтяного месторождения, требуется выделить разбуренные скважины, в котором присутствуют пласты нефти. Содержание нефти в этих пластах должно быть достаточное.
На сегодняшний день чаще всего, в пластах нефти содержится часто не одинаковый показатель нефти. Это является одной из основных проблем. Поскольку, с одной стороны – неоднородность в пластах приводит к тому, что значительно уменьшается показатель нефтеотдачи объекта. А с другой стороны – наблюдается сильное ухудшение условий выработки коллекторов, что относят имеют малопродуктивную характеристику. Все это ведет к тому, что значительно снижаются технико-экономические показатели в области разработки крупных объектов нефтяных местонахождений.
В процессе разработки месторождений работа добывающих скважин характеризуется их дебитами по нефти, газу и воде; равномерностью подачи (или пульсирующим режимом); темпом обводненности нефти и увеличением газовых факторов по отдельным скважинам [4].
Таким образом, измерение количества нефти, газа и воды по отдельным скважинам добывающего фонда имеет исключительно важное значение, как для техники и технологии сбора и подготовки скважинной продукции, так и для анализа контроля и регулирования за процессом разработки месторождения. При измерении продукции скважин помимо измерения дебитов скважин особое внимание должно уделяться измерению и анализу темпов обводненности нефти изменению газового фактора по каждой скважине.
Более надежным способом можно считать измерение частотных спектров технологических звуков, генерируемых турбулентными потоками движения нефти из нефтяного пласта через перфорационные отверстия и по ним определять дебит.
Необходимо отметить, что точность измерения дебита с помощью частотных спектров недостаточна из-за пульсационных составляющих шумов работы насоса, возникающих при всасывании нефтеводогазовой смеси из перфорационных отверстий и микротрещин, которые накладываются на полезный сигнал[29].
В
данной работе предлагается разработать способ, в котором с помощью
четвертьволновых резонаторов снизить амплитуду шумов насоса на частотный спектр технологических
шумов нефтяных пластов. Данный способ позволяет для измерения дебита при
многопластовой добычи нефти использовать один лифт.
Задача наращивания темпов добычи нефти на действующих месторождениях была и остается актуальной в настоящее время. Одним из способов решения данной задачи может быть ускоренное вовлечение в разработку многопластовых месторождений. Под термином «многопластовые» нефтяные месторождения понимаются такие месторождения, на которых залежи разделены на пласты – объекты разработки, имеющие индивидуальную гидродинамическую систему, когда каждый объект характеризуется своими контрастно отличающимися флюидальными и фильтрационно-энергетическими свойствами, разделены между собой непроницаемыми породами [16]. Следует отметить, что большинство нефтегазовых месторождений Российской Федерации имеют многопластовую структуру.
Есть несколько подходов к разработке многопластовых нефтяных залежей. Первый заключается в том, что каждый пласт разрабатывается отдельной сеткой скважин. К преимуществам данного метода можно отнести лучшую выработку пластов, возможность управления процессами разработки, простоту в организации геофизических исследований на действующем фонде [11]. Однако данный подход требует больших экономических затрат на бурение, так как количество вводимых скважин будет расти пропорционально количеству эксплуатируемых объектов.
Второй подход предполагает эксплуатацию несколько объектов одной сектой скважин. Зачастую на многих месторождениях бурение скважин индивидуальной сеткой является нерентабельным, особенно это касается низкопроницаемых или имеющих малые нефтенасыщенные толщины пластов. В этих условиях единственным экономическиоправданным методом является возможность разрабатывать многопластовое месторождение единой сеткой скважин, что также позволяет «сгустить» сетку по каждому отдельному пласту.Существуют и смешанные системы, когда добывающие скважины бурятся на каждый пласт, а нагнетательные скважины вскрывают одновременно несколько объектов.
Однако любая одновременно-раздельная разработка нефтяного месторождениязапрещена государственными органами Российской Федерации без обеспечения надежногораздельного контроля динамики технологических параметров вырабатываемых пластов и безобеспечения управления выработкой отдельных пластов. Как минимум, должен быть обеспеченучет отборов добываемой жидкости и объемов закачиваемый воды для каждого объекта, атакже гидродинамический мониторинг энергетики каждого совместно разрабатываемогопласта.
Основные требования к комплексам ГДИС и ПГИ изложены в РД 153-39.0-109-01 иПостановлении Госгортехнадзора в области охраны недр №71 от 06.06.2003 г. пункт 113:«Одновременно раздельная эксплуатация нескольких эксплуатационных объектов однойскважиной допускается при наличии сменного внутрискважинного оборудования,обеспечивающего возможность реализации раздельного учета добываемой продукции,промысловых исследований каждого пласта раздельно и проведения безопасного ремонтаскважин с учетом различия давлений и свойств пластовых флюидов» [26,13].
Одним из основных элементов контроля разработки нефтегазовых залежей являютсягидродинамические методы (ГДИС) и промыслово-геофизические (ПГИ) исследованияскважин. Именно эти методы и их комплексы позволяют получать индивидуальнуюинформацию о текущих технологических параметрах, динамике изменения фильтрационныхсвойств и параметров совершенства вскрытия объектов [6].
Обеспечить непрерывный контрольдинамики изменения фазовых дебитов, фильтрационных и энергетических свойств пластов,текущих параметров ближней зоны (скин-фактора) позволяют, в частности, стационарныеинформационно-измерительные системы (СИИС). Внедрение подобных систем наместорождениях позволяет обеспечить:
- непрерывный контроль разработки каждого пласта в режиме реального времени;
- снижение затрат на проведение плановых исследований;
- сокращение потерь добычи нефти во время исследований;
- соблюдать требования государственных органов РФ по обеспечению
- непрерывного раздельного мониторинга добычи и выработки пластов.
Однако стандартные ГДИС в условиях одновременно-раздельной эксплуатацииспособны определять лишь интегральные параметры многопластовой системы, без разделенияфильтрационных и энергетических свойств по отдельным пластам. Одним из решений даннойпроблемы является внедрение оборудования одновременно-раздельной эксплуатации (ОРЭ), которые разделены на оборудование: одновременно-раздельной добычи (ОРД) иодновременно-раздельной закачки (ОРЗ) [5].
Одновременно-раздельная эксплуатация стала зарождаться достаточно давно. Профессиональное оборудование для ОРЭ впервые в отечественной практике стало производиться с 1930 гг. Именно в этот период разработаны первые прототипы оборудования специально для одновременно-раздельной эксплуатации. К тому же, разработка оборудования для ОРЭ и в целом развитие этого направления, приобрело значимость и после второй мировой войны.
Так, ряд отечественных исследователей в послевоенное время стали проводить опыты и исследования в области одновременно-раздельной эксплуатации. Нефтяная промышленность в таких регионах СССР, как – Татарстан, Башкортостан, Куйбышев и ряд других, активно развивалась под началом советского деятеля Н. К. Бабайкова. Он являлся одним из самых влиятельных и значимых деятелей в нефтяной сфере Советского союза. Именно поэтому Н. К. Бабайков контролировал почти все аспекты развития данной сферы [11].Таким образом, можно сделать вывод, что Н. К. Бабайков внес достаточно большой вклад в развитие нефтяной сферы СССР.
Развитие области одновременно-раздельной эксплуатации также контролировалось Н. К. Бабайкова. Под контролем Н. К. Бабайковаоткрывается первое в истории СССР Конструкторское бюро. Основной целью данного бюро является разработка высокоэффективного оборудования для одновременно-раздельной эксплуатации и формирования правил для его внедрения в нефтяные скважины. Расположение бюро выбрано в Баку. Именно там разработаны одни из первых схем ОРЭ. На рисунке 1.1. отобразим их.
Рисунок 1.1– Схемы одновременно-раздельной эксплуатации 1950-1970-х
В период с 1970 по 1972 гг., учеными и исследователями конструкторского бюро впервые разработаны схемы одновременно-раздельной работы, предназначенной для внедрения не только в один, а сразу в два нефтяных пласта внутри одной скважины. Таким образом, разработаны такие схемы как:
- первая группа схем, это - «фонтан-насос» и «фонтан-фонтан»;
- вторая группа схем, это - «насос-фонтант» и «насос-насос»;
- третья группа схем, это – «газлифт-газлифт»;
- четвертая группа схем, это – «закачка-закачка», «закачка-отбор», «отбор-закачка».
Также, бюро развивалось и по другим направлениям. Силами конструкторского бюро разработаны системы с двумя видами колонн НКТ. Так, такие системы разработаны с концентричной и параллельной колонной.
Рассмотрим разработку скважин в СССР в период с 1970 гг., за пять лет. Именно этот период является одним из самых значимых в нефтяной сфере. В этот период, под контролем Н. К. Бабайкова, было обнаружено и разработано более 2660 скважин с местонахождением нефти. Через еще пять лет, начиная с 1975 года, обнаружено и включено скважин чуть меньше, приблизительно 1900 скважин. Таким образом, нефтяная сфера является одной из самых значимых в условиях СССР. При помощи имеющихся ресурсов, возможностей, технологической подготовленности, удалось обнаружить и ввести в эксплуатацию около 5000 скважин на тот момент. При этом, показатель не внедренных скважин равнялся к тому моменту приблизительно 69000.
Современное развитие сферы одновременно-раздельной эксплуатации и некоторых других важных технологий в Российской Федерации, во многом опирается на опыт СССР. Особенно, это касается разработок бюро, сделанных в период с 1951 по 1961 гг. [9]. Таким образом, современные разработки во многом опираются на старый опыт. При этом, новыми исследователями и деятелями привносится что-то инновационное также.
Отдельно стоит отметить, что в период с 1951 по 1961 гг., учеными конструкторского бюро в г. Баку впервые разработана схема, которая включает в себя сразу несколько колонн НКТ, а также пакеры для нефтяных пластов. Особенностью данной схемы является то, что при ее реализации, нельзя смешивать продукцию этих элементов, а также требуется следить за тем, чтобы они были разобщены.
Примером являются объекты, расположенные в разных частях одного конкретного региона, а именно – Татарстана. Именно в этом регионе присутствуют объекты, в которых сочетаются два вида горизонтов. Так, в объектах Татарстана, присутствуют как девонские, так и угленосные горизонты. Для такого вида объектов не рекомендуется смешивать продукты. Основной проблемой при смешении продуктов из этих двух горизонтов в одном объекте, является то, что из низ может получиться продукт, который будет оценен в достаточно низкую цену. Поэтому возникла потребность разработать такую технологию, которая позволит изымать нефть из каждого горизонта поочерёдно, при этом, избегая смешивания.
Конструкторским бюро в области ОРЭ были разработаны и некоторые другие важные наработки.
Во-первых, ученым бюро удалось разработать специальную схему с обратным клапаном. Данные схемы имеют достаточно большое количество преимуществ. С одной стороны, они дают возможность беспроблемно организовать промывку. С другой стороны, обеспечить быстрое опрессовывание пакерных устройств. Эта технология активно используется в современной практике. В современной практике, эта технология применяется достаточно часто, однако новые возможности, позволили ее улучшить и модернизировать. Так, при помощи модернизации, внедрены специальные автономные клапаны с чипом. В этот чип записана программа, которая может быть далее реализоваться по определенному сценарию.
Бюро также потрудилось над тем, чтобы создать схемы, которые позволяют не смешивать межу собой продукты, при отборе нефти из различных пластов в скважинах. Таким образом, получилось добиться того, что при отборе нефти как из верхнего, так и из нижнего пласта, нефть не смешивается. Такая же технология активно используется и в современной практике. При этом, она значительно усовершенствована и является ключевым компонентом в системе новых конструкторских решений.
Конструкторское бюро проделало работу и в области создания таких конструкций, которые обеспечат более стабильную и надежную работу. Учеными, работающими в бюро, разработана такая конструкция, которая позволяет включить в работу сразу несколько пластов. При этом, использование того или иного пласта может регулироваться, либо они могут эксплуатироваться одновременно. Конструкция также позволяет определить, какой объем нефти был откачан с каждого пласта.
Одну из современных схем, используемых по сей день, отобразим на рисунке 1.2. Представленная на рисунке 1.2. схема, отображает вариант оборудования с использованием инжекторов и/или струйного насоса.
Рисунок 1.2 – Оборудование для одновременно-раздельной эксплуатации с применением инжекторов:
На рисунке изображено: а – прямая схема; б – обратная схема; в – инжектор с отодвинутым соплом; I и II низконапорный и высоконапорный пласты; 1 – колонна насосно-компрессорных труб; 2 – разобщитель; 3 – замок; 4 – диффузор; 5 – камера смешения; 6 – камера для входа подсасываемой жидкости; 7 – сопло; 8 – манжеты; 9 – кольцо упорное; 10,17 –распорная втулка; 11 – направляющий патрубок; 12 – упорная втулка; 13 – муфта; 14 – паркер; 15 – обсадная колонна; 16 – хвостовик; 18 – подвижная гайка; 19 – заглушка.
Отдельно стоит отметить, что учеными и испытателями конструкторского бюро, проводилась разработка и некоторых других схем. При этом, эти схемы не используются на данный момент в отечественной практике. Например, к таким схемам стоит отнести ту, в которой используется гидропоршневый насос. Причиной того, что они не используются в отечественной практике, является их неактуальность. Действительно, по состоянию на 2021 год, гидропоршневые насосы – это оборудование, что утратило актуальность и они малоэффективны в современных условиях. В работе со скважинами, на территории РФ, этот вид насосов перестал использоваться.