25002 (Моделирование процессов статического конусообразования при разработке нефтяных, газовых и нефтегазовых залежей)

20

Министерство образования Российской Федерации

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Курсовая работа

по курсу «Подземная гидромеханика»

тема: «Моделирование процессов статического конусообразования при разработке нефтяных, газовых и нефтегазовых залежей»

г. Тюмень 2010

Содержание

Введение…………………………………………………………..……………….3

1. Особенности разработки сложнопостроенных нефтегазовых и газоконденсатнонефтяных залежей………………………………......………….5

2. Моделирование процессов статического конусообразования при разработке нефтегазовых и газоконденсатнонефтяных залежей……........……7

1. Сущность проблемы конусообразования…………………………............7

2. Моделирование процесса статического конусообразования…………..11

2.2.1 Общие представления..................................................................................11

2.2.2 Математическая модель статического конусообразования Маскета-Чарного. Методы расчета предельных депрессий и дебитов несовершенных скважин...................................................................................................................13

1. Методы расчета предельных безводных и безгазовых дебитов несовершенных скважин, дренирующих нефтегазовые залежи с подошвенной водой…………………………………………………….......................................17

2.3.1 Методика расчета предельных безводных и безгазовых дебитов, основанная на гидравлической теории безнапорного притока.........................18

2.3.2 Потенциометрический метод расчета предельных безводных и безгазовых дебитов................................................................................................22

2.3.3 Методика расчета предельных безводных и безгазовых дебитов Курбанова-Садчикова, основанная на теории напорного притока...................23

2.3.4.Уточненная методика расчета предельных безводных и безгазовых дебитов....................................................................................................................24

Заключение……………………………………………………………………….34

Список литературы…………………………………………………………........35

Введение

В настоящее время большинство разрабатываемых месторождений нефти и газа относятся к категории сложнопостроенных. Специфика и основные сложности разработки таких залежей определяются условиями совместного залегания, в пласте нефти и газа, резко различающиеся по компонентному составу и физическим свойствам, а также наличием подошвенной воды. При разработке нефтегазовых и газоконденсатнонефтяных залежей существенным является очередность выработки запасов нефти и газа. Практически возможно осуществление следующих основных вариантов: опережающая разработка нефтяной зоны, одновременная разработка нефтяной зоны и газовой шапки и опережающая разработка газовой шапки. Любая из этих систем накладывает ограничения на условия извлечения одного из видов углеводородного сырья - нефти, газоконденсата или газа. Наиболее типичное осложнение при разработке нефтегазовых залежей - это внедрение нефти в газовую шапку, прорыв подошвенной воды или верхнего газа в нефтяную зону пласта.

Целью предлагаемого учебного пособия является рассмотрение вопросов моделирования процессов статического и динамического конусообразования при разработке нефтегазовых и газоконденсатнонефтяных залежей с подошвенной водой. Особенности разработки сложнопостроенных месторождений нефти и газа изложены в первом разделе пособия.

Для осуществления безводной и безгазовой эксплуатации скважин, дренирующих нефтегазовые залежи с подошвенной водой, необходимо определить предельные одновременно безводные и безгазовые дебиты, а также соответствующие им предельные депрессии. Рассмотрению этих задач на конкретных примерах с использованием различных методических подходов посвящен второй раздел пособия.

В рамках проблемы динамического конусообразования в третьем разделе работы излагаются подходы к расчету времени безводной (безгазовой) эксплуатации скважин, показана методика прогнозирования продвижения границы раздела нефть-вода или нефть-газ, а также рассматривается расчет коэффициента нефтеотдачи за безводный (безгазовый) период.

Настоящее пособие дополнено приложениями, в которых отражен цифровой, табличный и графический материал, предлагаемый для использования на занятиях студентов по курсу «Гидрогазодинамика», а также в практике нефтегазодобывающих предприятий.

1. Особенности разработки сложнопостроенных нефтегазовых и газоконденсатнонефтяных залежей

Извлечете запасов из газонефтяных и газоконденсатнонефтяных залежей обычно считается более сложным, чем разработка нефтяных месторождений. Специфические особенности указанных залежей (сложное геологическое строение, наличие в пласте нефти, газа, газоконденсата и воды) в определенной степени усложняют комплекс проблем, связанных с их разработкой. Это особенно характерно для крупных газонефтяных месторождений Западной Сибири (Самотлорское, Федоровское, Лянторское, Варьеганское и др.), в том числе для района Сургутского свода, где 48% текущих запасов нефти разрабатываемых месторождений приходится на долю нефтегазовых залежей.

Как показывают анализы, в связи с высокой выработкой более простых по геологическому строению залежей нефти перспектива развития нефтеотдачи в этом районе будет связана прежде всего с освоением слож-нопостроенных газонефтяных залежей.

Основные запасы нефти и газа газонефтяных залежей Сургутского района сосредоточены на двух объектах - Лянторском и Федоровском месторождениях, которые характеризуются сложным геологическим строением, малыми толщинами нефтяного пласта и большой долей порового объема нефтенасыщенного пласта. Извлечение этих запасов с наибольшей нефтеотдачей и наименьшими затратами является одной, из основных проблем разработки месторождений указанного типа.

Задачам рациональной разработки газоконденсатных (ГКЗ), газоконденсатнонефтяных (ГКНЗ) и нефтегазовых залежей (НГЗ) с подошвенной водой посвящен ряд работ как зарубежных, так и отечественных исследователей

В результате многолетних исследований, связанных с разработкой нефтегазовых залежей и нефтяных оторочек с верхним газом и подошвенной водой, дано обобщение мирового опыта разработки указанных залежей, разработана теория проектирования с учетом геологогидрогазодинамических особенностей НГЗ и ГКНГЗ и их классификация, рассмотрены актуальные проблемы проектирования и рациональной их разработки этих объектов.

Основные сложности при разработке нефтегазовых залежей связаны с технологическими трудностями извлечения нефти, зависящими от режима их разработки. При этом в основном проявляют себя режимы растворенного газа и упруговодонапорный; первый имеет главенствующее значение и определяет конечный коэффициент нефтеотдачи, в большинстве случаев несущественный. В связи с увеличением мирового спроса на нефть и истощением запасов крупных нефтяных месторождений возрос интерес к разработке нефтегазовых залежей и нефтяных оторочек. Как известно, рациональным способом извлечения запасов нефтяной оторочки считается опережающая выработка ее с сохранением энергии газовой шапки. Однако, как показывает мировая практика, иногда полезен способ одновременного извлечения запасов нефти и газа из нефтегазовых залежей с сохранением неподвижности газонефтяного контакта.

Определенный опыт разработки нефтегазовых залежей имеется и в нашей стране. Например, после осуществления ППД и барьерного заводнения на Бобриковской нефтегазовой залежи Коробковского месторождения ожидалось увеличение коэффициента нефтеотдачи до 55% при одновременном извлечении нефти и газа. Применение барьерного заводнения и уплотнение сетки скважин по пласту Б1 Бахметьевской площади дало увеличение годовых отборов нефти до 20-30%. Подобные результаты разработки нефтегазовых и газоконденсатнонефтяных залежей приведены в [47-53].

2. Моделирование процессов статического конусообразования при разработке нефтегазовых и газоконденсатнонефтяных залежей

2.1 Сущность проблемы конусообразования

Большинство нефтяных, газоконденсатнонефтяных, нефтегазовых и газовых залежей, разрабатываемых в настоящее время, подстилаются частично или полностью подошвенными водами или оконтуриваются краевыми водами или имеет место то и другое одновременно. Рациональная разработка указанных месторождений невозможна без знания особенностей и закономерностей продвижения границ раздела газ-вода, нефть-вода и газ-нефть к несовершенным скважинам. Как показывают промышленные испытания и анализы разработки залежей с верхним газом и подошвенной водой, конусообразование является, в ряде случаев, основной причиной обводнения или загазовывания нефтяных скважин, пробуренных в литологически однородных пластах. Преждевременное обводнение или загазовывание скважин, незнание закономерностей и причин этого явления ведет к потерям большой доли промышленных запасов нефти и, таким образом, снижению нефтеотдачи пласта, увеличению сроков разработки и в конечном итоге к большим материальным затратам на извлечение нефти из пласта. Отсюда тщательное изучение процессов продвижения подошвенных вод и верхнего газа, сложного явления деформации поверхности раздела фаз в пористой среде (конусообразования), особенностей и закономерностей обводнения пластов и скважин, совместного притока жидкостей к забою скважины и изучение природных факторов, способствующих увеличению безводного и безгазового периодов эксплуатации и улучшению технологических условий разработки залежей с целью наибольшего извлечения нефти из пласта, одна из основных задач увеличения нефтеотдачи на современном этапе.

Большое практическое значение имеет осуществление рациональной разработки газоконденсатнонефтяных и нефтегазовых залежей с водонапорным режимом, т.е. режимом, когда основной энергией, за счет которой происходит движение пластовой жидкости к забоям скважин, является энергия напора воды. Водонапорный режим характеризуется тем, что при стабилизации пластового давления весь отбор пластовой жидкости замещается поступлением воды в продуктивную часть коллектора. Происходящее при этом продвижение водонефтяного контакта (ВНК) приводит к тому, что скважины, находящиеся в водонефтяной зоне, обводняются, и добыча нефти сопровождается непрерывным ростом содержания воды4 Обводнение скважин приводит к росту себестоимости нефти и ухудшению показателей разработки. Так как конус характеризует локальное продвижение поверхности вода-нефть или газ-нефть, то, рассматривая режим работы отдельной скважины, необходимо проводить различие между продвижением краевых вод и напором подошвенной воды. В первом случае продвижение воды происходит вдоль напластования, что характерно для относительно тонких продуктивных пластов, залегающих с заметным углом падения. Второй случай характерен для пластов, залегающих с малым углом наклона. Так как в природе такие крайние случаи наблюдаются редко, то условно можно выделить три типа притока нефти при водонапорном режиме:

- нефть поступает к скважинам в основном под напором подошвенной воды, краевые воды малоактивны, то есть скорость продвижения границы раздела нефть-вода превышает скорость, с которой происходит стягивание контура нефтеносности;

- вытеснение нефти происходит за счет продвижения краевых вод вдоль напластования. Подошвенная вода при этом малоактивна, т.е. скорость продвижения контура водоносности в несколько раз больше скорости подъема поверхности подошвенной воды;

- приток нефти к скважинам осуществляется как за счет продвижения контурных, так и подошвенных вод, а также и за счет продвижения газонефтяного контакта (ГНК) при наличии газовой шапки.

Последний вариант наиболее сложен, хотя приближенно оценить происходящий при этом процесс можно, сведя его к одному из первых двух. Качественная сторона процесса конусообразования, т.е. форма поверхности раздела вода-нефть или нефть-газ не зависит от того, является ли подошвенная вода движущим фактором или она малоактивна. Но при этом качественном подобии физические причины, вызывающие образование конуса, различны.

В случае напора подошвенной воды ввиду высокого пластового давления в водоносной области и пониженного давления на забое нефтяной скважины граница раздела испытывает значительный перепад давления. При этом линии тока будут ортогональны исходной поверхности вода-нефть и направлены вверх (рис.2.1а). Приближаясь к забою скважины, на уровне вскрытой толщины пласта они начинают отклоняться. Вытеснение нефти происходит за счет продвижения ВНК, сопровождаемого образованием конуса воды. Причина образования конусообразной формы поверхности раздела вода-нефть (нефть-газ или газ-вода) заключается в том, что величина вертикальной составляющей скорости продвижения ВНК принимает максимальное значение вдоль оси скважины. Качественно подобная форма поверхности раздела образуется и в случае, когда подошвенная вода не принимает участие в вытеснении или она малоактивна. При этом поток нефти (газа) к несовершенной скважине на расстоянии, большем одного-двух значений продуктивной толщины от ее оси (внешняя зона), можно считать плоскорадиальным, где линии тока располагаются параллельно кровле и подошве пласта.