Системы разработки

Система разработки залежи — совокупность мероприятий, обес­печивающих научно обоснованное управление процессом извлече­ния нефти из недр. Это можно сделать в процессе бурения эксплуа­тационных и нагнетательных скважин. Следует только устано­вить необходимое их число и схему размещения, время ввода в действие и режимы их работы. Эти вопросы должны решаться при проектировании системы разработки месторождения.

Установить рациональную систему разработки непосредственно прямым путем не представляется возможным, так как не сущест­вует метода, позволяющего сразу определить число скважин, схему их размещения, режим эксплуатации скважин. Поэтому такую задачу можно решить только путем построения большого числа самых различных схем и вариантов разработки и технико-эконо­мического их анализа.

Нефтяное месторождение в процессе вытеснения нефти водой можно эксплуатировать при воздействии только естественных источников пластовой энергии или при применении того или иного способа воздействия на пласт. В связи с этим до решения задачи о целесообразности заводнения необходимо оценить возможности использования природной энергии при разработке месторождения. Для этого следует выполнить гидродинамические расчеты про­цесса разработки нефтяной залежи при упругом режиме, режиме растворенного газа и режиме вытеснения газированной нефти водой. По результатам этих расчетов определяют запасы нефти, которые можно извлечь за счет естественных источников пласто­вой энергии, и время перехода к тому или иному виду заводне­ния нефтяной залежи.

Заводнение — один из основных видов воздействия на пласты, применяемых при разработке нефтяных месторождений.

В настоящее время в практике разработки нефтяных месторож­дений нашли применение следующие виды заводнения: 1) закон­турное; 2) приконтурное; 3) внутриконтурное, путем разрезания залежи нефти рядами нагнетательных скважин на площади само­стоятельной разработки различной конфигурации и размеров; 4) сочетание законтурного и внутриконтурного; 5) площадное, как первичный способ разработки — предельный случай разре­зания залежи; 6) очаговое; 7) избирательное.

Законтурное заводнение применяют при разработке сравни­тельно небольших по запасам залежей нефти. При этом виде заводнения воду закачивают в ряд нагнетательных скважин, расположенных за внешним контуром нефтеносности. При проек­тировании этой системы заводнения в качестве нагнетательных целесообразно использовать разведочные скважины, расположен­ные за контуром нефтеносности.

Приконтурное заводнение проектируется тогда, когда затруд­нена гидродинамическая связь нефтяной зоны пласта с законтурной областью, а также для повышения эффективности законтур­ного заводнения. В этом случае ряд нагнетательных скважин размещают па внешнем или внутреннем контуре нефтеносности или же в водонефтяной зоне.

Внутриконтурное заводнение — наиболее широко распростра­ненный вид заводнения, при котором обширная по площади и большая по запасам нефтяная залежь рядами нагнетательных скважин разрезается па площади для самостоятельной разработки. Размер и форма отрезаемых площадей в каждом конкретном слу­чае зависит от требуемых темпов разработки месторождения и нефтеотдачи. Один из частных случаев внутриконтурного заводне­ния — поперечное разрезание залежей на полосы самостоятель­ной разработки (блоковая система заводнения).

Средние, относительно большие по площади и запасам, месторождения разрабатываются при сочетании законтурного и внутриконтурного заводнений. При разработке залежей в этом случае значительно сокращается срок ее разработки; не происходит консервация площади и вынужденное прекращение работы эксплуатационных скважин внешних батарей в начальной стадии их обводнения; более полно проводится рациональная доразработка пласта; обеспечиваются условия продления периода фонтанирования скважин; эффективно используется напор воды, закачиваемой в пласт через центральные скважины. Наиболее широко распространенный вид этой системы — сочетание закон­турного заводнения с продольным разрезанием заложи по оси структуры или с центральным очаговым заводнением.

Площадное заводнение как предельный случай разрезания — наиболее интенсивная система воздействия на пласт, обеспечива­ющая высокие темпы разработки нефтяных месторождений. При этой системе эксплуатационные и нагнетательные скважины размещают по классически правильным схемам пяти-, семи-, и девятиточечной или линейно-площадным системам, когда ряды нагнетательных и эксплуатационных скважин чередуются при шахматном размещении скважин в рядах.

Очаговое заводнение применяют, как правило, в дополнение к той или иной системе законтурного или внутриконтурного за­воднения с целью интенсификации процесса разработки и увели­чения нефтеотдачи. При этой системе заводнения группу нагнета­тельных скважин (очаги) размещают в зонах развития коллек­тора, которые в недостаточной степени охвачены воздействием основной системы заводнения. В принципе при детально изучен­ном геологическом строении очаговое заводнение можно применять и как самостоятельную систему заводнения с начала разработки месторождения.

Избирательную систему заводнения применяют при разра­ботке зонально неоднородных прерывистых залежей нефти. Сущ­ность этой системы заключается в целенаправленном выборе местоположения нагнетательных скважин с учетом геологического строения продуктивного горизонта, что обеспечивает такое взаим­ное расположение нагнетательных и эксплуатационных скважин, при которой создаются условия максимальной интенсификации процесса разработки и сводятся к минимуму влияния зональной неоднородности, прерывистости и линзовидности пласта. Нагнета­тельные скважины при такой системе заводнения размещают хаотично в зонах повышенной продуктивности пласта.

Имеющийся опыт разработки нефтяных месторождений пока­зывает, что метод заводнения можно применять на месторождениях с самыми различными геолого-физическими условиями — практи­чески при всех типах коллекторов с различной их характеристи­кой и при большом диапазоне значений вязкости нефти.

На основе обобщения опыта проектирования и анализа разра­ботки месторождения можно наметить область применения той «ли иной системы заводнения, указать диапазон изменения от­дельных элементов системы заводнения.

Так, например, в зависимости от геолого-физических условий проектируемого месторождения следует применять: 1) законтур­ное заводнение на залежах шириной не более 5 км; 2) заводнение с разрезанием па полосы (площади, блоки) для залежей с благо­приятной геологической характеристикой и со значительной шириной (более 5 км), а также при меньшей ширине, если залежи приурочены к сравнительно выдержанным по площади пластам, но характеризуются пониженной проницаемостью коллекторов, повышенной вязкостью нефти или резким ухудшением условий фильтрации на границах залежи; 3) площадное заводнение для разработки залежей со сравнительно однородным строением пластов, но имеющих низкую проницаемость коллекторов или высокую вязкость нефти; 4) избирательное заводнение при высо­кой степени неоднородности и прерывистости пластов; 5) очаговое заводнение для увеличения интенсивности принятой основной системы заводнения на всех стадиях разработки.

При законтурном и внутрнконтурном заводнениях ширина полос но должна превышать 5 км. Наиболее широкие полосы (4—5 км) свойственны залежам с высокой проницаемостью пла­стов и небольшой вязкостью нефти. С некоторой долой условности можно считать, что такие полосы выделяются в основном при подвижности нефти в пластовых условиях более 200 мкм²/(Па*с). При меньшей подвижности следует разрезать залежи на полосы меньшей ширины.

При ширине площадей (полос) 4—5 км между рядами нагне­тательных скважин целесообразно размещать пять рядов эксплуа­тационных, при меньшей ширине — как пять, так и три ряда эксплуатационных скважин в зависимости от характеристики месторождения, при ограниченном отборе — семь и более рядов.

Ширина площади (полос), число эксплуатационных рядов, а также расстояние между нагнетательными и первыми рядами

эксплуатационных скважин зависят от плотности сотки эксплуа­тационных скважин.

Однако без проведения гидродинамических расчетов и тохнико-экономического обоснования невозможно дать четкие рекоменда­ции о целесообразной плотности сотки скважин в различных геолого-физических условиях. На основе обобщения опыта раз­работки можно лишь говорить об общей направленности подхода к выбору плотности сетки скважин.

В процессе проектирования разработки залежи выбирается не оптимальная плотность сетки скважин, а система разработки с заводнением при том или ином соотношении отдельных ее эле­ментов.

Рассмотренная выше характеристика систем заводнение и об­щие рекомендации по отдельным элементам систем заводнения являются лишь ориентирами для выбора реальных вариантов систем разработки при их проектировании.

§ 2. Размещение скважин и обоснование расчетных вариантов

Под начальными условиями при проектировании разработки нефтяной залежи понимаются: начальное пластовое давление и температура, свойства пластовых флюидов при этих условиях.

За граничные условия принимаются условия па контурах пи­тания и на забоях нагнетательных и эксплуатационных скважин; расстояния от зоны отбора до контура питания и линий нагнета­ния; радиусы нагнетательных и эксплуатационных скважин; давления на линиях нагнетания, забоях нагнетательных и эксплу­атационных скважин; изменения давления (выше начального пластового или ниже давления насыщения).

Одной из основных проблем разработки нефтяных месторож­дений является проблема размещения скважин. Наиболее полно эта проблема решалась в свое время Ю. П. Борисовым, которым задача о рациональном размещении скважин рассматривалась в двух вариантах. Первый вариант следующий.

1. Задан средний уровень текущей добычи нефти. Требуется так разместить скважины, чтобы получить минимальные затраты.

2. Определены наличные материальные ресурсы. Следует так разместить скважины, чтобы получить максимальную текущую добычу нефти.

Во втором варианте ставятся следующие вопросы.

1. Задай средний уровень добычи нефти Q_cp (срок разработки Т). Требуется так разместить скважины, чтобы их общее число было минимальным.

2. Имеем число скважин. Нужно разместить их на площади залежи так, чтобы добиться минимального срока разработки.

Обе эти постановки задачи идентичны. 10. П. Борисовым задача о рациональном размещении скважин решалась во второй поста­новке для условий однородного пласта. В результате решения задачи в указанной идеализированной постановке второго варианта Ю. П. Борисов сделал следующие выводы.

1. В залежах полосовой формы нужно несколько реже ставить скважины в первом ряду и сгущать в последнем. В остальных рядах расстояния между скважинами и между рядами должны быть одинаковыми.

2. В залежах круговой формы сгущение сетки скважин должно постепенно увеличиваться от периферии к центру.

Из опыта разработки нефтяных месторождений следует, что результаты решения задачи о размещении скважин использова­лись в практике разработки лишь частично. А именно принимались неодинаковыми расстояния между рядами и скважинами в рядах: расстояние между рядами принималось большим, чем расстояние между скважинами в рядах (батареях) как в круговых, так и в полосообразных залежах. В последующем на основе опыта разра­ботки нефтяных месторождений наряду с неравномерными рас­сматривались при проектировании и реализовались на практике равномерные сетки скважин при заводнении.

Результаты решения задачи о рациональном размещении сква­жин неприменимы для реальных неоднородных пластов для систем с законтурным и тем более с внутриконтурным заводнением.

При определении схемы расположения эксплуатационных и нагнетательных скважин исходят из того, что задаются шириной и формой отрезаемых площадей, расстояниями от линий нагнета­ния до первых рядов эксплуатационных скважин, перепадов давлений — элементов, определяющих интенсивность системы воз­действия для данных геолого-промысловых условий разработки залежи (неоднородных пластов и флюидов).

Таким образом, задача о рациональном размещении скважин становится многовариантной и решается в процессе установления рациональной системы разработки нефтяного месторождения в целом.

На основе опыта проектирования разработки рассматриваемая проблема может быть сформулирована следующим образом.

Заданы общая площадь и запасы нефти месторождения, пара­метры пластов и пластовых флюидов, граничные условия на нагнетательных и эксплуатационных скважинах (перепады давления или дебиты). Следует определить оптимальные размеры «отреза­емых» площадей при внутриконтурном заводнении, параметры размещения скважин (расстояния от линий нагнетания L₀, рас­стояния между рядами L и скважинами в рядах 2σ) и тем самым определить так называемую плотность сетки скважин.

Конкретизируем постановку задачи и рассмотрим последова­тельность ее решения на примере полосовой залежи, разра­батываемой при поперечном ее разрезании.

Заданы общая длина и ширина полосовой залежи (запасы нефти), параметры пласта и флюидов, перепад давления и дебиты.

Определить оптимальную ширину отрезаемых полос S_i и пара­метры размещения скважин (L₀, L, 2 σ).

Получить аналитическое решение поставленной задачи в общем виде для реальных условий практически невозможно. Поэтому задача решается путем рассмотрения многочисленных вариантов по интенсивности систем воздействия и плотностей сеток скважин. Из вариантов выбирается рациональный в соответствии с крите­рием рациональности.