Объект и системы разработки

Глава 3

СИСТЕМЫ И ТЕХНОЛОГИЯ РАЗРАБОТКИ

НЕФТЯНЫХ И ГАЗОВЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

Объект и системы разработки

Нефтяные и нефтегазовые месторождения – это промышленные скопления углеводородов в земной коре, приуроченные к одной или нескольким локализованным геологическим структурам, т.е. структурам, находящимся вблизи одного и того же географического пункта. Залежи углеводородов, входящие в месторождения, обычно находятся в пластах или массивах горных пород, имеющих различное распространение под землёй, часто – различные геолого-физические свойства. Во многих случаях отдельные нефтегазоносные пласты разделены значительными толщами непроницаемых пород или находятся только на отдельных участках месторождения.

Такие обособленные или отличающиеся по свойствам пласты разрабатывают различными группами скважин, иногда при этом используют разную технологию.

Введём понятие об объекте разработки месторождения. Объект разработки – это искусственно выделенное в пределах разрабатываемого месторождения геологическое образование (пласт, массив, структура, совокупность пластов), содержащее промышленные запасы углеводородов, извлечение которых из недр осуществляется при помощи определённой группы скважин. В объект разработки может быть включён один, несколько или все пласты месторождения.

В приведенном определении:

месторождение – означает, что некоторое скопление углеводородов в геологической структуре присовокуплено к какому-либо географическому пункту или объединено по какому-либо иному признаку, не относящемуся к геологическому строению;

искусственно выделенное – выделенное разработчиком из соображений общности при создании технологии разработки;

промышленные запасы – запасы, которые экономически или по иным соображениям могут быть подвергнуты извлечению. Они в свою очередь подразделяются на разведанные (А, В, А + В, С₁), оценочные (С₂), перспективные (С₃), прогнозные (Д₁, Д₂). Перспективные и прогнозные запасы часто носят название «ресурсы».

Основные особенности объекта разработки – наличие в нём промышленных запасов нефти и определенная, присущая данному объекту группа скважин, при помощи которых он разрабатывается.

Рисунок 3.1 – Разрез многопластового нефтяного месторождения

Чтобы лучше усвоить понятие объекта разработки, рассмотрим пример. Пусть имеем месторождение, разрез которого показан на рисунке 3.1. Это месторождение содержит три пласта, отличающиеся толщиной, областями распространения насыщающих их углеводородов и физическими свойствами (таблица 3.1). Можно утверждать, что на рассматриваемом месторождении целесообразно выделить два объекта разработки, объединив пласты 1 и 2 в один объект разработки (объект I), а пласт 3 разрабатывать как отдельный объект (объект II).

Таблица 3.1 – Геолого-физические свойства пластов месторождения

Геолого-физические показатели	Пласт
Извлекаемые запасы нефти, млн. тонн	200,0	50,0	70,0
Толщина, м	10,0	5,0	15,0
Проницаемость, 10-3 мкм2	100,0	150,0	500,0
Вязкость нефти, 10-3

Включение пластов 1 и 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 сравнению с пластом 1 извлекаемые запасы нефти, но содержит маловязкую нефть и высокопроницаемый. Следовательно, скважины, вскрывшие этот пласт, будут высокопродуктивными. Кроме того, если пласт 3, содержащий маловязкую нефть, можно разработать с применением обычного заводнения, то при разработке пластов 1 и 2, характеризующихся высоковязкой нефтью, придётся с начала разработки применять иную технологию, например вытеснение нефти горячей водой, растворами полиакриламида (загустителя воды) или при помощи внутрипластового горения.

Вместе с тем следует учитывать, что, несмотря на существенное различие параметров пластов 1, 2 и 3, окончательное решение о выделении объектов разработки принимают на основе анализа технологических и технико-экономических показателей различных вариантов объединения пластов в объекты разработки.

Объекты разработки иногда подразделяют на следующие виды: самостоятельный, т.е. разрабатываемый в данное время, и возвратный, т.е. тот, который будет разрабатываться скважинами, эксплуатирующими в этот период другой объект.

Основной целью разработки является извлечение промышленных запасов углеводородов в конечные (установленные) сроки при минимуме материальных затрат и обязательном соблюдении требований по защите окружающей среды и недр.

Возможные варианты формулировки цели разработки – максимальное извлечение углеводородов при заданных объёмах материальных затрат, конкуренция и т. д. К материальным затратам следует отнести деньги, материалы, реагенты, оборудование и др.

Системой разработки нефтяного месторождения следует называть совокупность взаимосвязанных инженерных решений, определяющих объекты разработки; последовательность и темп их разбуривания и обустройства; методы воздействия на пласты с целью извлечения из них нефти и газа; число, соотношение и расположение нагнетательных и добывающих скважин; число резервных скважин, управление разработкой месторождения, охрану недр и окружающей среды. Построить систему разработки месторождения означает найти и осуществить указанную выше совокупность инженерных решений.

Важная составная часть создания такой системы – выделение объектов разработки. Поэтому рассмотрим этот вопрос более подробно. Выделение объекта разработки достаточно сложная инженерная проблема, зависящая от горно-геологических и физических свойств пород и пластов, физико-химических свойств пластовых флюидов, техники и технологии эксплуатации, условий управления процессом разработки и др. Заранее можно сказать, что объединение в один объект как можно большего числа пластов на первый взгляд всегда представляется выгодным, поскольку при таком объединении потребуется меньше скважин для разработки месторождения в целом. Однако чрезмерное объединение пластов в один объект может привести к существенным потерям в нефтеотдаче и, в конечном счёте, к ухудшению технико-экономических показателей.

На выделение объектов разработки влияют следующие факторы.

1. Геолого-физические свойства пород-коллекторов нефти и газа. Резко отличающиеся по проницаемости, общей и эффективной толщине, а также неоднородности пласты во многих случаях нецелесообразно разрабатывать как один объект, поскольку они могут существенно отличаться по продуктивности, пластовому давлению в процессе их разработки и, следовательно, по способам эксплуатации скважин, скорости выработки запасов нефти и изменению обводненности продукции.

Горно-геологические и физические свойства пород и пластов обусловливают неоднородность по разрезу и площади месторождения, что приводит к существенным отличиям по продуктивности, пластовым давлениям, режимам работы пластов и, тем самым, по способам эксплуатации, скорости извлечения углеводородов и изменению обводненности извлекаемой продукции. К горно-геологиче-ским свойствам относятся – форма месторождения (антиклиналь, синклиналь и др.); литология (песчаники, известняки, доломиты и др.); наличие тектонических нарушений (сбросы, экраны, подъемы и др.); наличие и местоположение водонефтяных (газовых) контактов, газовых шапок.

2. Физико-химические свойства нефти и газа. Важное значение при выделении объектов разработки имеют свойства нефтей. Пласты с существенно различной вязкостью нефти бывает нецелесообразно объединять в один объект, так как их можно разрабатывать с применением различной технологии извлечения нефти из недр, с различными схемами расположения и плотностью сетки скважин. Резко различное содержание парафина, сероводорода, ценных углеводородных компонентов, промышленное содержание других полезных ископаемых также может стать причиной невозможности совместной разработки пластов как одного объекта вследствие необходимости использования существенно различной технологии извлечения нефти и других полезных ископаемых из пластов.

3. Фазовое состояние углеводородов и режим пластов. Режимы работы пластов, которые определяются характером сил, движущих пластовые флюиды, бывают:

· упругий, обусловленный расширением сжатых в пластовых условиях нефти и газа, а также деформацией горных пород;

· естественный упруговодонапорный, обусловленный наличием выхода пластов на дневную поверхность и пополнением пласта водой или обширной водоносной области в пласте;

· растворённого газа, который обусловливается выделением из нефти растворённого в ней газа и его расширении. Обычно наблюдается в пластах с плотными покрышками, затрудняющими сегрегацию (разделение гетерогенной среды на гомогенные составляющие) газа за счёт гравитации и образование газовой шапки;

· гравитационный, обусловленный стеканием нефти на забой при сильном истощении пластовой энергии за счёт сил тяжести;

· искусственный, возникающий за счёт различных способов воздействия на пласты (заводнение, закачка различных жидкостей и агентов, тепловое воздействие и др.).

Различные пласты, залегающие сравнительно недалеко друг от друга по вертикали и имеющие сходные геолого-физические свойства, в ряде случаев бывает нецелесообразно объединять в один объект в результате различного фазового состояния пластовых углеводородов и режима пластов. Так, если в одном пласте имеется значительная газовая шапка, а другой разрабатывается при естественном упруговодонапорном режиме, то объединение их в один объект может оказаться нецелесообразным, так как для их разработки потребуются различные схемы расположения и числа скважин, а также разная технология извлечения нефти и газа.

4. Условия управления процессом разработки нефтяных месторождений. Чем больше пластов и пропластков включено в один объект, тем технически и технологически труднее осуществлять контроль за перемещением разделов нефти и вытесняющего её агента (водонефтяных и газонефтяных «контактов») в отдельных пластах и пропластках, труднее осуществлять раздельное воздействие на пропластки и извлечение из них нефти и газа, труднее изменять скорости выработки пластов и пропластков. Ухудшение условий управления разработкой месторождения ведет к уменьшению нефтеотдачи.

Наличие большого числа пластов и пропластков, которые могут требовать разных способов поддержания давления и отбора продукции, контроля за перемещением водонефтяных контактов и вытесняющих агентов – все это может вызвать необходимость дифференциации месторождения на объекты разработки.

5. Техника и технология эксплуатации скважин. Могут быть многочисленные технические и технологические причины, приводящие к целесообразности или нецелесообразности применения отдельных вариантов выделения объектов. Например, если из скважин, эксплуатирующих какой-то пласт или группы пластов, выделенные в один объект разработки, предполагается отбирать настолько значительные дебиты жидкости, что они будут предельными для современных средств эксплуатации скважин, то дальнейшее укрупнение объектов окажется невозможным по технической причине.

В заключение следует ещё раз подчеркнуть, что влияние каждого из перечисленных факторов на выбор объектов разработки должно быть сначала подвергнуто технологическому и технико-экономическому анализу и только после него можно принимать решение о выделении объектов разработки.