Разработка нефтяных месторождений

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Формула З.С. Алиева и В.В. Шеремета для полосообразной зоны дренирования пласта, полностью вскрытой ГС:

qÃÑ

2 kL

(ðê ðñ)

.

(15.4)

B

2rc

2rc

R

h 2r

0

1

ln

ê

c

h 2rc

h

2h

С учетом анизотропии пласта по проницаемости формула имеет вид:

qÃÑ

2 kL

(ðê ðñ)

,

(15.5)

B0

1

h r

ln

rc

Rê 2h1v

hv

r

h v

4 (r h v)

1

c

c

1

c 1

ãäå

h

h

r ;

v

kâåðò

.

1

2

c

kãîð

Формула В.Г. Григулецкого:

q

2

kâåðò kãîð h(ðê ðñ)

,

(15.6)

ÃÑ

ln 4Rê

h ln

h

B

2 r

0

L

L

c

ãäå

kãîð

параметр анизотропии.

k

âåðò

Формула Т.В. Козловой и В.Д. Лысенко:

qÃÑ

kh

(ðê ðñ)

.

(15.7)

B0

L

2 m

h

h

ln

ln

4m L

L

L

2 r

c

Анализ результатов расчетов по указанным формулам при одних и тех же исходных данных показывают, что:

расчетные величины дебитов горизонтальных скважин отличаются друг от друга, в первую очередь, из-за разной геометризации зоны дренирования пласта, однако они достаточно сопоставимы;

ограничений на длину горизонтального участка не вводится, дебит ГС растет практически пропорционально длине горизонтального участка;

211

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

с увеличением толщины пласта расчетный дебит ГС увеличивается;

анизотропия пласта по проницаемости существенно влияет на дебит ГС; рост параметра анизотропии v

kâåðò /kãîð от 0,03 до 3,16 увеличивает расчетный дебит

ГС более чем в 50 раз (З.С. Алиев и В.В. Шеремет,

Д.И. Слепцов); производительность ГС пропорциональна депрессии и

проницаемости пласта; дебит ГС обратно пропорционален радиусу контура пи-

тания.

Горизонтальные скважины используются как в качестве добывающих, так и нагнетательных.

15.2. РАЗМЕЩЕНИЕ ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ СКВАЖИН НА ПЛОЩАДИ МЕСТОРОЖДЕНИЯ

При проектировании системы заводнения с применением ГС необходимо соблюдать принцип, согласно которому расстояние от нагнетательной скважины до горизонтального ствола должно быть пропорционально запасам нефти и обратно пропорционально продуктивности. Это обеспечи- вает более равномерную выработку запасов.

Оптимальная длина горизонтального участка по экономическому критерию составляет 300 500 м при глубинах от 1200 до 2600 м.

Основные принципы размещения горизонтальных скважин:

âпластах небольшой толщины траекторию ГС целесообразно располагать в средней по толщине части, параллельно кровле и подошве пласта;

âнизкопроницаемых пластах значительной толщины с преимущественно вертикальной трещинностью в водоплавающих залежах с активной подошвенной водой горизонтальный ствол следует располагать параллельно и ближе к кровле;

âпрерывистых и линзовидных пластах следует использовать ГС с синусоидальным профилем;

212

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

âусловиях слоисто-неоднородного пласта с наличием непроницаемых разностей ствол ГС должен быть пологонаклонным от кровли до подошвы;

âприконтурных зонах ГС следует размещать параллельно контуру нефтеносности или границе нефть вытесняющий агент;

âцентре залежи ГС целесообразно располагать параллельно большой оси структуры;

при наличии ВНК или ГНК для исключения преждевременных прорывов воды или газа горизонтальные стволы следует размещать как можно дальше от них.

Горизонтальные скважины размещаются на площади либо как составляющие проектной системы разработки, либо индивидуально для выработки остаточных запасов на разрабатываемых месторождениях или из природоохранных зон. В проектных системах разработки ГС обычно используют в совокупности с вертикальными.

Расстановка горизонтальных скважин может быть различной: линейной лобовой или шахматной (одно- и трехрядная), площадной и радиальной (для режимов истощения). В сложных природно-климатических условиях ГС располагают совместно с вертикальными в кустах скважин. Некоторые варианты размещения ГС показаны на рис. 15.2.

При исследовании работы трех- и пятирядных систем С.В. Коротковым было показано, что их применение из-за интенсивного экранирования нецелесообразно. За исклю- чением низкопроницаемых коллекторов. Используя метод фильтрационных сопротивлений Ю.П. Борисова и результаты электрогидродинамического моделирования, автором предложены расчетные формулы для определения дебитов ГС в разных системах разработки.

Системы ÃÑ-ÃÑ предполагают различное размещение скважин.

Линейная система: дебит горизонтальной скважины определяют по следующей формуле:

qÃÑ

2 kh(ðñí ðñ)

.

(15.8)

B

ln

2 sh

b

2 ln

sin

L

2h ln

h

0

a

L

2a

2 rc

213

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Рис. 15.2. Варианты расстановки скважин:

à однорядная лобовая система расположения ГС; á однорядная шахматная система расположения ГС; â рядная система расположения вертикальных и горизонтальных скважин; ã кустовое размещение ГС

Первое слагаемое в знаменателе представляет собой внешнее фильтрационное сопротивление, второе слагаемое учитывает дополнительные сопротивления, связанные с

214

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

конечной длиной ГС, третье слагаемое обусловлено сопротивлением за счет искривления потока в вертикальной плоскости вблизи ГС.

Шахматная система: дебит ГС для этой системы рас- считывают следующим образом:

qÃÑ		2 kh(ðñí ðñ) 86400							,	(15.9)
	B	R R 2 ln	sin	L 2h ln			h
0		1 2			L
				2a			2 rc
ãäå R1 внешнее сопротивление, определяемое как и
для вертикальных			скважин		ñ	прямолинейными				рядами

и со смещением скважин в различных рядах по Н. Кристеа;

		ch	4	b	ch		3 3 b
R ln				a					a	;	(15.10)
1		ch	4	2 b		ch		4 b
				a					a
R	2				aL				геометрический фактор.
2				2 b			ab

Рядные системы ГС и ВС также предполагают использование различных систем размещения скважин.

Линейная система:

qÃÑ

2 kh (ðñí

ðñ) 86400

.

B

ln 2 sh b ln

a

ln sin

L

h

ln

h

0

a

2 rÂÑ

2a

L 2 rÑÃ

Шахматная система:

qÃÑ

2 kh (ðñí ðñ) 86400

,

B

R

R

ln sin L

h

ln

h

0

1

2

2a

L

2 rÑÃ

(15.11)

(15.12)

ãäå R1 определяется по формуле (15.10);

			L			1
	1						a
			ab			2
R								.	(15.13)
2			8,49b
									215

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Четырехканально-пятиточечная система:

qÃÑ

2 kh (ðñí ðñ) 86400

,

(15.14)

B0

1

a

n 1 n(A) ln

1,107

0,94

B

L

ãäå n 0,91

экспериментальный параметр; À 2 ln

a

r

ÂÑ

L

2,351; Â

h

h

ln sin

ln

.

2 rÃÑ

2a

L

При проведении сравнительных расчетов по сопоставлению дебитов горизонтальных и вертикальных скважин была использована формула М. Маскета для дебита скважины в пятиточечном элементе обращенной системы:

qÂÑ	2 kh(ðïë ðñ)				,	(15.15)
		d
	ln		0,619
		rÂÑ

ãäå d расстояние от добывающей до нагнетательной скважины в элементе.

Представляет интерес сопоставление дебитов ГС для систем, где в качестве добывающих и нагнетательных применяются только вертикальные скважины (ВС) (система ВС-ВС), только горизонтальные (система ГС-ГС) и их со- четание (система ГС-ВС).

Расчеты показали, что для линейного размещения дебит ГС больше для системы ГС-ВС по сравнению с системой ВС-ВС в 1,3 1,8 раза для всех диапазонов длины горизонтального участка от 100 до 500 м и всех значений отношений a/b îò 0,25 äî 4,0 (ðèñ. 15.3).

Для системы ГС-ГС по сравнению с системой ГС-ВС величина относительного дебита варьируется в диапазоне 1,4 5,8.

Для шахматного размещения скважин имеет место аналогичная картина. Параметр a/b в этом случае оказывает неоднозначное влияние: небольшое значение относительного дебита отмечается при его значении от 2,0 до 2,5.

Таким образом, применение ГС как добывающих, так и нагнетательных является более предпочтительным по сравнению с другими системами.

216

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Рис. 15.3. Зависимость относительного дебита qÃÑ ÃÑ/qÃÑ ÂÑ от длины

горизонтального участка и параметра a/b для линейной системы:

1 L 100 ì; 2 L 200 ì; 3 L 300 ì; 4 L 400 ì; 5 L500 ì

Горизонтальные скважины применяют и при разработке водоплавающих газонефтяных залежей для предотвращения прорывов газа и воды (рис. 15.4).

Скважины такой конструкции позволяют осуществить разработку как нефтяной, так и газовой залежей достаточ- но высокими темпами по сравнению с обычной вертикальной скважиной.

Рис. 15.4. Схема конструкции многоярусной скважины

217

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

В последние годы ГС применяются и для разработки залежей высоковязкой нефти. Эта технология называется SAGD (steam assisted gravity drenage) и предусматривает бурение двух ГС таким образом, чтобы их горизонтальные участки находились на расстоянии около 10 м друг от друга по вертикали. Верхняя скважина является паронагнетательной, а нижняя куда стекает нагретая нефть добывающей.

Но наиболее масштабные проекты применения ГС связаны с разработкой морских нефтяных месторождений.

218

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Раздел II

МЕТОДЫ УВЕЛИЧЕНИЯ НЕФТЕОТДАЧИ ПРОДУКТИВНЫХ ПЛАСТОВ

Глава 16

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ МЕХАНИЗМА НЕФТЕИЗВЛЕЧЕНИЯ

При современном уровне науки и техники, казалось бы, не составляет большого труда создать эффективную технологию, которая обеспечивала бы полной извлечение нефти из продуктивных пластов. По грубым оценкам, насчитывается не менее 300 технологий нефтеизвлечения. Тем не менее проблема полного извлечения нефти до сих пор не решена, и пока нет перспектив для ее успешного решения.

Основной технологией разработки нефтяных месторождений является заводнение, которое обеспечивает экономически выгодное извлечение нефти из пластов, но при этом почти 2/3 геологических запасов остается в недрах. Главное в этой проблеме механизм взаимодействия породы с нефтью и водой, который относится к группе явлений адгезии, объединяемых термином «прилипание». Под прилипанием понимают процесс, ведущий к сближению и установлению между двумя телами связи, разрыв которой требует приложения внешней силы или влияния теплового воздействия.

Для прилипания частицам необходимо преодолеть некоторый энергетический барьер за счет внешней силы или энергии. На интенсивность прилипания влияет не только процесс сближения частиц, но и явления на молекулярном уровне в зоне непосредственного контакта. Очевидно, что

219

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

изучив механизм и динамику развития процесса прилипания веществ друг к другу в зависимости от термобариче- ских, физико-химических, электрических, молекулярных, поверхностных и других условий, можно решить задачу об эффективном нарушении этого контакта.

Процессы гидрофобизации или гидрофилизации породы целесообразно рассматривать состоящими из двух элементов: прилипания с установлением и прогрессирующим ростом во времени молекулярной связи между телами и адгезии количественной меры этого результата.

Адгезия обусловлена теми же причинами, что и адсорбция. Количественно адгезия характеризуется удельной работой, затрачиваемой на разделение тел, которая рассчи- тывается на единицу площади соприкасающихся поверхностей и зависит от способа их разделения: сдвига вдоль касательной (по поверхности раздела) или отрыва по нормали к поверхности. При этом адгезия нередко бывает больше, чем когезия, характеризующая силу сцепления частиц внутри тела.

Предельного значения адгезия достигает как при контакте твердого тела и жидкости, так и при контакте двух несмешивающихся жидкости вследствие полного контакта по всей поверхности соприкосновения.

Адсорбция это поглощение вещества поверхностным слоем твердого или жидкого сорбента. Если вещество поглощается всей массой жидкого сорбента, то процесс называется абсорбция.

Адсорбция и абсорбция относятся к явлению сорбции (от лат. sorbeo поглощаю). Поглощающие тело это сорбент, поглощаемое вещество – сорбат (сорбатив).

Поглощение вещества из газовой фазы всей массой твердого тела называется окклюзией, удаление отсорбированного вещества с поверхности адсорбента десорбцией.

Адсорбция на поверхностях твердых тел квалифицируется по характеру сил, связывающих адсорбируемые молекулы с поверхностными атомами твердого тела. Существует два вида адсорбции: физическая и химическая (хемосорбция). Они различаются прочностью связи между адсорбируемым веществом и адсорбентом, обратимостью физической и необратимостью химической адсорбции.

220