Совершенствование разработки трудноизвлекаемых запасов на основе комплексного анализа информации

На правах рукописи

Автореферат диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Совершенствование разработки трудноизвлекаемых запасов на основе комплексного анализа информации о сдВиговых дислокациях юрских залежей

Специальность 25.00.17 – Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений

АФОНИН ДЕНИС ГЕННАДЬЕВИЧ

Тюмень – 2009

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования "Тюменский государственный нефтегазовый университет" (ГОУ ВПО "ТюмГНГУ") Федерального агентства по образованию

Научный руководитель – доктор технических наук

Гогоненков Георгий Николаевич

Официальные оппоненты: - доктор геолого-минералогических наук, доцент Попов Иван Павлович;

- кандидат технических наук Соколов Сергей Викторович

Ведущая организация - Федеральное государственное унитарное предприятие "Западно-Сибирский научно – исследовательский институт геологии и геофизики" (ФГУП "ЗапСибНИИГГ")

Защита состоится 12 ноября 2009 г. в 16.00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.273.01 при ТюмГНГУ по адресу: 625039, г. Тюмень, ул. 50 лет Октября, 38., ауд. 225

С диссертацией можно ознакомиться в библиотечно-информационном центре ТюмГНГУ по адресу: 625039, г. Тюмень, ул. Мельникайте, 72 а, каб. 32.

Автореферат разослан 12 октября 2009 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор технических наук, профессор Г.П. Зозуля

Общая характеристика работы

Актуальность проблемы . В результате интерпретации данных сейсморазведки 3D перспективных зон северной части Западно-Сибирской низменности выявлен особый тип тектонических дислокаций, представляющий собой протяженные системы множества относительно коротких кулисообразных нарушений с вертикальными амплитудами до 100 м. Их генетической основой являются зарождающиеся (малоамплитудные) горизонтальные сдвиги в породах фундамента. Одним из критериев отнесения запасов углеводородного сырья к трудноизвлекамым (ТИЗ) является раздробленность месторождения тектоническими нарушениями, с одной стороны, создающими барьеры проницаемости, с другой, – образующими зону трещиноватости вблизи разломов. Большая часть таких запасов сосредоточена в верхнеюрских отложениях (пласты Ю₁ ) Пур-Тазовской нефтегазоносной области. Наиболее крупные месторождения – Харампурское нефтеконденсатное и Фестивальное нефтегазовое находятся в длительной разработке, которая ведется с малой эффективностью. Не достигаются утвержденные запасы коэффициента извлечения нефти (КИН), при обводненности 60 % на первом месторождении КИН = 0,15, а на втором при обводненности 41 % КИН = 0,1. Поэтому актуальность поиска технологий разработки залежей со сложным геологическим строением, позволяющих повысить нефтеизвлечение, не вызывает сомнения.

Российскими учеными (С.Н. Беспалова, О.В. Бакуев, B.C. Вышемирский, Г.Н. Гогоненков, С.В. Дворов, М.Ю. Зубков, А.Э. Конторович, А.И. Тимурзиев, А.А. Трофимук и др.) описано влияние тектонических нарушений залежей на текущую разработку. Однако не определены особенности подходов к проектированию разработки подобных месторождений, осложненных сдвиговой тектоникой, что в результате влияет на конечную нефтеотдачу. Сложная морфология, интенсивная дизъюнктивная нарушенность и блоковое строение требуют для эффективной эксплуатации таких объектов научно обоснованной и надежной геологической модели разломов, формирующих структуры горизонтального сдвига для применения современных моделей фильтрационных потоков.

Таким образом, вопрос учета дизъюнктивных деформаций (сдвиговой тектоники) при проектировании разработки становится актуальным, а его решение в значительной степени способствует повышению нефтеотдачи пластов.

Цель работы

Повышение нефтеотдачи на основе комплексного анализа геолого-промысловой информации о дизъюнктивных деформациях (сдвиговой тектонике) и создание научно обоснованной гидродинамической модели залежей нефти для юрских отложений на примере Харампурского месторождения.

Основные задачи исследований

1. Анализ разработки юрских залежей, содержащих трудноизвлекаемые запасы углеводородов, Пур-Тазовской нефтегазоносной области Западно-Сибирской нефтегазоносной провинции (ЗСНГП).

2. Выделение перспективных зон продуктивности юрских залежей Харампурского месторождения, осложненного дизъюнктивными нарушениями, с целью повышения эффективности выработки трудноизвлекаемых запасов нефти.

3. Исследование влияния сдвиговой тектоники на эффективность эксплуатации юрских залежей.

4. Изучение с использованием математического моделирования влияния системы поддержания пластового давления на работу добывающих скважин с учетом непроницаемых экранов, обусловленных блоковым строением продуктивного горизонта.

5. Реализация результатов исследований в проектных документах на разработку Харампурского месторождения и месторождений-аналогов.

Научная новизна выполненной работы

1. Впервые для залежей нефти юрских отложений выявлена зависимость влияния расстояния от тектонических разломов сдвигового типа до забоя эксплуатационных скважин на эффективность их работы, позволяющая прогнозировать объем безводной добычи и формировать рациональный вариант разработки на месторождениях-аналогах.

2. На основе комплексного анализа информации о сдвиговых дислокациях юрских залежей разработана методика адаптации системы разработки, обеспечивающая вовлечение большего объема остаточных запасов, чем при эксплуатации стандартной системой.

3. Научно обосновано и экспериментально подтверждено, что при эксплуатации залежей, структура которых обусловлена непроницаемыми экранами, наиболее эффективным является размещение нагнетательных скважин вдоль линии непроницаемых экранов, что гарантирует поддержание оптимального их энергетического состояния.

Практическая ценность и реализация

1. Обоснована оптимальная система разработки юрских отложений Харампурского месторождения - обращенная пятиточечная система размещения с избирательным (адаптивным) размещением элементов, учитывающих разломно-блоковое строение залежи, что позволяет увеличить эффективность выработки на 8,5%.

2. Результаты диссертационной работы использованы в проектных технологических документах "Дополнение к технологической схеме разработки Харампурского месторождения" и "Дополнение к технологической схеме разработки Фестивального месторождения", утвержденных Центральной комиссией по разработке (ЦКР). Полученные расчетные КИН превышают ранее принятые значения на 2,3 % по Харампурскому и на 0,25 % по Фестивальному месторождениям. Дополнительная добыча нефти за счет адаптированных систем разработки, а также запланированных геолого-технологических мероприятий по Харампурскому месторождению составит 11254,6 тыс. т. (7,01 %), по Фестивальному - 3952,6 тыс. т. (8,9 %).

Апробация результатов исследований

Основные положения диссертационной работы докладывались на: Международной научной конференции "Проблемы развития нефтяной промышленности Западной Сибири" (Тюмень, 2004 г.), VI Международном технологическом симпозиуме "Новые ресурсосберегающие технологии недропользования и повышения нефтегазоотдачи" (Москва, 2007 г.), рабочем заседании департамента разработки нефтяных и газовых месторождений в ОАО "ЦГЭ", на заседаниях ЦКР Роснедра, на семинарах и заседаниях кафедры "Разработка и эксплуатация нефтяных месторождений" ТюмГНГУ, научно – технического совета ТюмГНГУ (2009 г.).

Публикации

Результаты выполненных исследований отражены в 8 печатных работах, в том числе 2 статьи в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Объем и структура работы

Диссертационная работа изложена на 165 страницах машинописного текста, содержит 17 таблиц, 73 рисунка. Состоит из введения, 4 разделов, основных выводов и рекомендаций, списка использованных источников, включающего 102 наименования.

Содержание работы

Во введении показана актуальность темы диссертационной работы, сформулированы цель и основные задачи.

В первом разделе анализируется опыт разработки и проектные решения по 11 месторождениям Пур-Тазовской нефтегазоносной области, содержащим юрские отложения. Вопросам изучения образования и развития дизъюнктивных нарушений посвящены работы ведущих отечественных и зарубежных ученых и исследователей, таких как: Ю.Е. Батурин, Е.Б. Бачурин, Н.С. Богданов, B.C. Вышемирский, Г.Н. Гогоненков, С.И. Грачев, С.Б. Денисов, А.С. Кашик, А.Э. Конторович, А.С. Лаврик, Р.Р. Лукманов, Р.И. Медведский, И.П. Попов, А.П. Телков, А.И. Тимурзиев, А.А. Трофимук, В.С. Черняк, С.С. Эльманович, Artur G. Sylvestr, Yaroszewski Wojciech и др. Несмотря на то, что технологические документы разрабатывались различными проектными институтами, основные проектные данные совпадают: плотность сетки скважин колеблется от 20 до 49 га/скв (в среднем 32 га/скв), расстояние между скважинами от 500 до 1000 м (в среднем 600 м), системы размещения скважин преимущественно активные площадные пяти- или семиточечные, также присутствуют рядные с применением горизонтальных скважин.

Из анализа состояния разработки Харампурского месторождения определено, что основная проблема эксплуатации - это преждевременное обводнение скважин. В результате обводнения добывающих скважин (более 40%) происходит их выбытие из системы разработки. В результате, упорядоченная проектная система превращается в бессистемную (выборочную, неупорядоченную). Появляются зоны остаточной нефти (целики), не охваченные разработкой, или трудноизвлекаемые запасы. На Харампурском месторождении трехрядная система с соотношением добывающих и нагнетательных скважин 3:1, не учитывающая разломы и энергетическое состояние отдельных блоков, вызвала резкое понижение пластового давления, что в совокупности с низкой проницаемостью приводит к потере запасов.

При прогнозе показателей добычи Харампурского месторождения по общеизвестным характеристикам вытеснения выявлено, что утвержденные ГКЗ РФ извлекаемые запасы не достигаются по Северному куполу на 44%, по Южному - на 35%. Изначально неверное представление разработчиков проектного документа о геологическом строении объекта (в связи с отсутствием информации), и, как следствие, внедрение не рациональной системы размещения скважин, бесспорно можно назвать одним из основополагающих факторов неудовлетворительной выработки. Исходя из оцененного характера выработки запасов по юрским залежам, можно сделать вывод о неэффективности реализуемых регулярных систем разработки, которые не адаптированы к реальным геологическим моделям пластов. Следовательно, на аналогичных малоизученных месторождениях эффективнее внедрять избирательную систему размещения. В этой связи в первом разделе детально рассмотрены особенности геологического строения юрских отложений Харампурского месторождения. Установлена высокая расчлененность пластов, широкий диапазон изменения эффективных толщин, низкие значения пористости, проницаемости, песчанистости, высокая остаточная нефтенасыщенность.

По результатам интерпретации сейсморазведки 3D на Харампурском месторождении выявлен особый тип разломов осадочного чехла, связанный с оперяющими системами кулисных сбросов (взбросов) горизонтальных сдвигов фундамента. Генетической основой систем кулисообразных нарушений в осадочном чехле являются зарождающиеся (малоамплитудные) горизонтальные сдвиги в толще консолидированных пород фундамента. Выделены две системы сдвигов – одна с азимутом северо-запад 40 ¸ 50°, вторая северо-восток 30 ¸ 40°. Вызванные горизонтальными сдвигами фундамента разрывы в осадочном чехле являются разрывами растяжения и образуют мощные вертикальные каналы миграции углеводородов из глубокозалегающих материнских пород в расположенные выше ловушки.

В пределах изучаемой территории преимущественно распространены ступенчатые сбросы. По высоте проникновения встречаются разрывы, затухающие на верхней границе доюрского комплекса, и разрывы, проникающие в чехол и затухающие в различных горизонтах мезозойско-кайнозойского комплекса.

Таким образом, проведенный анализ позволил выявить факторы, влияющие на эффективность разработки юрских залежей на примере Харампурского месторождения.

Во втором разделе приведены результаты определения эффективных (перспективных) зон разработки на основе выявления разломов (сдвигов) путем построения детальных параметрических геологических моделей резервуаров на основе комплексного изучения сейсмических и промыслово - геофизичеких данных.

Параметрические детальные цифровые геологические модели целевых объектов Ю₁ ¹ , Ю₁ ² , Ю₁ ³ и Ю₁ ⁴ Харампурского месторождения строились и рассчитывались с применением комплекса программ DV-Discovery (ЦГЭ) и Tigress (фирма PGS). Для построения моделей использовались петрофизические параметры в межскважинном пространстве. Для повышения достоверности данных применена технология совместного расчета сейсмических атрибутов и статистического анализа корреляционных связей сейсмических атрибутов и эффективной толщины (Нэф), коэффициента проницаемости (Кп) в процессе седиментационного анализа кубов сейсмических атрибутов (совместно с ведущими специалистами ОАО "ЦГЭ").

Основные этапы использованной методики следующие:

1. Выбор оптимального предварительного положения палеогеоизохронной поверхности (седиментационного слайса) в пределах пласта путем совместного анализа временных разрезов, карт атрибутов, принципиальных (седиментационных) моделей пластов по данным ГИС и статистических зависимостей сейсмических атрибутов от петрофизических свойств, полученных при интерпретации данных ГИС.

2. Локальная коррекция положения палеогеоизохронной поверхности в окрестности каждой скважины с одновременным анализом седиментационного слайса сейсмического куба (куба атрибута) и кросс-плота зависимости значений слайса и Нэф, Кп.

3. Расчет осредненных во временном окне карт сейсмических атрибутов.

4. Совместный визуально-качественный анализ полученных карт сейсмических атрибутов и принципиальных геологических моделей с целью проведения дальнейшего статистического анализа методом множественной регрессии.

В ходе работы также был проведен анализ 295 промыслово-геофизических исследований (ПГИ), выполненных в 212 скважинах. Сводная информация по исследованиям ПГИ представлена в таблице 1.

Таблица 1 - Сводная таблица по результатам интерпретации ГИС по перфорированным пластам горизонта Ю₁

Обобщая полученную по данным ПГИ информацию, можно сделать вывод, что основными источниками обводнения являются:

- прорыв закачиваемых вод по пласту от нагнетательных скважин к добывающим;

- поступление воды в продукцию из нижележащих неперфорированных водонасыщенных пластов по заколонному пространству;

- свободная вода, поступающая из пласта Ю₁ ³ , так как он расположен ближе всего к водонефтяному контакту.

Было проведено изучение возможности существования трещинных коллекторов и зон АВПД в отложениях Харампурской группы месторождений путем: фиксации поглощений промывочной жидкости и газонефтеводопроявлений, отмеченных в процессе бурения скважин; обнаружения потенциала течения ПС; сравнения скоростей распространения волн различной длины; сравнения горизонтального горного давления с пластовым давлением; анализа результатов испытаний объектов и их гидродинамических исследований.

Анализ геолого-геофизической информации, имеющейся в "ЦГЭ" по разведочным скважинам Харампурского месторождения, показал следующее. В процессе разбуривания юрских отложений поглощения промывочной жидкости и газонефтеводопроявления ни в одной из скважин не отмечены. Это указывает либо на отсутствие открытой трещиноватости в разрезе, либо на поглощения в незначительных объемах, не отмеченных при бурении.

Для 8 произвольно выбранных скважин, вскрывших отложения юры, произведена оценка статического потенциала и сравнение с зарегистрированными аномалиями кривой ПС. Расчеты и сопоставление показали, что зарегистрированные аномалии ПС по величине несущественно отличаются от статических потенциалов. Таким образом, открытая трещиноватость по данным ПС не выявлена.

Детальный анализ имеющихся индикаторных диаграмм и результатов обработки гидродинамических исследований по объектам испытания горизонта Ю₁ показал, что расчетные гидропроводности удаленной части пласта и призабойной зоны отличаются друг от друга несущественно. Соответственно, проницаемости обеих зон также близки. Отсюда следует, что призабойная зона не засорена шламом вследствие процесса бурения. Часть индикаторных диаграмм представляют собой прямые, что свидетельствует о линейном характере фильтрации флюидов.

Таким образом, обоснована уточненная геологическая модель исследуемого месторождения, которая позволила провести вычислительные эксперименты при помощи гидродинамических моделей и характеристик вытеснения с целью адаптации системы разработки к сложному геологическому строению залежи.

В третьем разделе представлены результаты применения комплексного подхода к проектированию размещения скважин на Харампурском месторождении с целью повышения эффективности выработки трудноизвлекаемых запасов нефти в связи с дизъюнктивными деформациями юрской залежи.

Было выделено шесть девятиточечных, семь семиточечных, и одиннадцать пятиточечных элементов системы разработки, на которых оценивалась прогнозная выработка запасов по характеристикам вытеснения. Выявлено, что оптимальной системой разработки юрских отложений Харампурского месторождения будет являться обращенная пятиточечная система размещения с избирательным размещением элементов, учитывающих разломно-блоковое строение залежи. Таким образом, реализуемую в настоящий момент трехрядную систему размещения предложено транспонировать, а в зонах нового бурения заложить новую систему - пятиточечную.

По известному рисунку каркаса разломов, выделенному по результатам исследований второго раздела работы, проведено восстановление ориентировки осей напряжений. Для этого привлекались данные по закономерностям азимутального распределения, генетические и кинематические характеристики разломов. Ориентировка осей напряжений определялась путем восстановления кинематики вертикальных и горизонтальных движений (по кубу 3D), выраженных в углах встречи оперяющих кулис к плоскости сдвига и анализа углов скола в системе материнский сдвиг – оперяющий сброс.

Восстановлено положение оси σ_1max главных нормальных сжимающих напряжений (горизонтальное сжатие): меридиональное ССЗ 350-360° – ЮЮВ 170-180°. Генеральные направления простирания осей главных нормальных сжимающих (σ_1max ) и растягивающих (σ_3min ) напряжений в пределах площади взаимно ортогональны и ориентированы в створе меридиональных и широтных азимутов. При этом выяснилось, что ориентировка осей напряжений и направление основного тектонического нарушения сдвигового типа совпадают. Полученные дополнительные данные промысловых экспериментов по гидропрослушиванию и трассерным исследованиям позволили в пласте Ю₁ выявить как проницаемые, так и многочисленные непроницаемые экраны.

Так как непроницаемые экраны гидродинамически разделяют месторождение на несколько блоков (фильтрационные потоки в районе экранов подвергаются искривлению, и, как следствие, давление передается значительно медленнее), в работе представлены результаты вычислительных экспериментов в пределах определенного блока с целью распространения полученных результатов на остальные зоны пласта, где выделены непроницаемые экраны. В качестве опытного участка был выбран южный участок горизонта Ю₁ Харампурского месторождения, а адаптация его системы разработки проведена с применением современного программного продукта "HydraSym", разработанного творческим коллективом ТюмГНГУ (А.В. Стрекалов и др.)

Эффективность разработки нефтяного месторождения принято оценивать конечным коэффициентом извлечения нефти (КИН). Для сравнения классической и адаптивной системы разработки кроме конечного за время эксперимента КИН, использована также динамика КИН. В разделе сравниваются показатели разработки пятиточечной системы размещения, определенной на Харампурском месторождении как оптимальной, и адаптивной сетки скважин.

Сформулированы принципы адаптации сетки к условиям сдвиговых дислокаций:

1) под адаптивной понимается сетка скважин, где нагнетательные скважины расположены непосредственно вдоль и по обе стороны непроницаемого экрана, с целью выравнивания профиля нагнетания, посредством отражения гидравлических потоков от непроницаемых экранов. Добывающие скважины размещаются в окрестности нагнетательных скважин на расстоянии, соответствующем принятой в проекте разработки плотности сетки скважин. Ориентировка рядов добывающих скважин – субмеридиональная (вдоль оси максимальных нормальных сжимающих напряжений);

2) частичное перепрофилирование нагнетательных и добывающих скважин – с учетом разломов на разбуренных


29-04-2015, 01:02