Принципы классификации и высокоэффективной разработки месторождений с трудно извлекаемыми запасами углеводородов

3-й этап – применение методов искусственного воздействия на нефтяные пласты с целью восполнения природной пластовой энергии, увеличения темпа добычи нефти и выработки ее запасов;

4-й этап – научное  обоснование выделения эксплуатационных  объектов самостоятельной разработки в многопластовых системах, отличающихся коллекторскими свойствами и физико-химической характеристикой пластовых флюидов;

5-й этап – все более масштабно проводятся исследования по проблеме научного обоснования классификации эксплуатационных объектов с трудноизвлекаемыми запасами углеводородов с оценкой степени сложности выработки запасов нефти и газа. Это направление носит весьма актуальный характер как в настоящее время, так и на перспективу, в условиях быстрого наращивания месторождений с трудноизвлекаемыми запасами углеводородов. Решение проблемы 5-го этапа является главной задачей настоящей диссертационной работы.

Начиная с классических научных исследований Л.С. Лейбензона, получила дальнейшее развитие наука о фильтрации пластовых флюидов в пористых и трещинных средах продуктивных отложений.

Владимир Николаевич Щелкачев издает целый ряд научных  монографий по вопросам подземной гидравлики и гидродинамики. Особое место занимают работы по глубокому изучению упругих режимов нефте- и водонапорных пластовых систем.

Исаак Абрамович Чарный издает труды по подземной гидромеханике, гидравлике и подземной гидрогазодинамике.  В трудах раскрываются основы гидродинамической теории фильтрации.

В 1948 г. издаются первые научные основы разработки нефтяных месторождений с комплексным рассмотрением принципов разработки месторождений. В 1962 г. издается монография по проектированию систем разработки нефтяных месторождений, в которой обобщен богатый опыт научных исследований многих научно-исследовательских отраслевых институтов и практика разработки крупных нефтяных месторождений Башкирии (Туймазинское и Арланское) и Татарии (Ромашкинское).

В абсолютном большинстве  ранее выпущенных публикаций решение проблемы классификации связывались с ограниченным числом факторов, влияющих на эффективность выработки запасов нефти. Как, правило, за основу классификации принимались только такие факторы, как: природная характеристика коллекторов по проницаемости и величина динамической вязкости пластовой нефти.

В настоящей диссертационной работе обосновывается более обширный – многофакторный перечень базовых положений классификации месторождений, включающих:

- природно-географические и климатические условия размещения месторождений,

- их геолого-геофизическую характеристику (особенности структурного строения, состояние выдержанности продуктивных коллекторов в объеме объекта разработки, коллекторско-фильтрационные свойства продуктивных отложений и др.),

- экономику мирового рынка на жидкие и газообразные углеводороды и

- отраслевую политику современной потребности РФ в данном углеводородном сырье.

Вторая глава посвящена решению 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.

В третьей главе  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:

« k/µ_н»

Эксплуатационные объекты  с трудноизвлекаемыми запасами нефти, в соответствии с современными опытными данными,  характеризуются значениями k/µ_н, равными от 5,0×10^-3 мкм²/мПа.с и менее.

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.