Пути совершенствования системы разработки водоплавающих залежей нефти

Одним из важных факторов эксплуатации добывающих скважин на водоплавающих залежах есть резкое их обводнение даже на начальной стадии разработки. Как правило, рост обводнённости наблюдается по скважинам, оборудованным высокопроизводительными ЭЦН, или по скважинам, из которых проводится нерегулированый отбор жидкости. Причиной резкого обводнения при больших отборах жидкости является создание значительной депрессии на забое, которая и приводит к образованию конусов обводнения.
С целью ликвидации конусов обводнения и поддержания более высоких темпов отборов нефти из залежи в практике разработки применялись разные методы по созданию непроницаемых экранов и оторочек в пределах водонефтяного контакта. Однако, как правило, результат от их внедрения был непродолжительным и малоэффективным. Чаще всего добывающую скважину переводили на режим работы с минимальными отборами жидкости. Таким образом, стабильная работа скважины была обусловлена переводом ее на минимальные диаметры штуцера. Это значительно увеличивало сроки разработки таких скважин.
Из проведенного анализа разработки многочисленных водоплавающих залежей, можно сделать вывод, что основными факторами стабильной эксплуатации скважин с невысокой обводненностью продукции являются незначительные депрессии на забое скважин при ограничении отборов жидкости.
По данным американских исследователей, полученным в лабораторных условиях, установлено, что для вовлечения в фильтрацию коллекторов с разной проницаемостью необходимо создание определенного градиента давления.
По данным промысловых исследований, выполненных авторами на Леляковском месторождении Украины, также установлен факт подключения в разработку менее проницаемых пропластков с увеличением депрессии на забое. При малых режимах работы скважины создается депрессия, которая является достаточной для начала фильтрации с более высокими значениями проницаемости; при этом в работу вовлекается только небольшой интервал продуктивного горизонта. Перевод скважины на штуцер большего диаметра приводит к росту депрессии на забое и подключению дополнительных интервалов продуктивной толщи (рис.1).

Обработка промысловой информации позволила установить четкую зависимость между созданной депрессией на забое и очередностью подключения пропластков с различными фильтрационными характеристиками (рис.2). Этот вывод согласовывается с выводами американских ученых и его нельзя считать случайным. Принимая это за аксиому, можно предположить, что условие начала фильтрации в коллекторе правомерно как по горизонтали, так и по вертикали. А так как продуктивные горизонты почти повсеместно обладают коллекторской анизотропией (горизонтальная проницаемость в пласте, как правило, выше вертикальной), то при малых депрессиях создаются условия только для горизонтальной фильтрации.

При увеличении отборов из скважины в работу вовлекаются и коллекторы с меньшей проницаемостью. При этом могут быть созданы условия (достигнуты такие «критические» депрессии на забое), когда в работу могут быть вовлечены коллекторы спроницаемостью равной или даже ниже величины вертикальной проницаемости. В результате, наряду с горизонтальной фильтрацией, проявится и вертикальная, что обеспечивает создание конусаобводнения.
Таким образом, основным условием безводной эксплуатации скважины, которая разрабатывает водоплавающую залежь, есть режим ее работы с депрессиями на забое ниже критического значения, при котором включаются в работу коллектора с проницаемостью равной вертикальной.
Известно, что производительность скважины значительно возрастает от степени ее совершенства, как по степени, так и по характеру ее вскрытия. Более „совершенной” скважиной можно добиться значительных отборов жидкости при меньших депрессиях.
Одной из таких «совершенных» скважин можно считать горизонтальную скважину, способную дренировать значительную зону, обеспечивать значительные отборы при небольших градиентах давления.
С помощью математического моделирования процессов разработки авторами выявлены зависимости критических значений градиента давлений от проницаемости пласта для залежей нефти с разными значениями поверхностного натяжения (мН/м).
Учитывая вышеизложенное, авторами предложено осуществлять разработку «водоплавающих» залежей с помощью горизонтальных скважин. При этом, при бурении «пилотного» ствола определяют нефтенасыщенную толщину пласта и отбирают керн для лабораторного определения вертикальной и горизонтальной проницаемости коллектора. Бурение горизонтального ствола ведут параллельно напластованию в прикровельной части пласта.
Перед бурением горизонтального ствола по глубинным пробам, отобранным по другим скважинам месторождения, определяют величину поверхностного натяжения пластовой нефти, по которой, из полученных графических зависимостей критического градиента давления от вертикальной проницаемости пласта для определенного поверхностного натяжения (рис.3), определяют величину критического градиента давления, а затем определяют величину критической депрессии на забое по формуле:

где:
- величина критической депрессии на забое скважины (МПа) (при значениях, меньших критических, не происходит вертикального перемещения жидкости);
- критический градиент давления в коллекторе продуктивного пласта, МПа/м;
- расстояние от горизонтального ствола скважины до ВНК, м.

По величине из графика зависимости минимальной длины горизонтального ствола от критической депрессии на забое скважины, для конкретной горизонтальной проницаемости (рис.4), определяют расчетную минимальную длину горизонтального ствола, а расчетный дебит скважины (qн) - по известной формуле Joshi:

где:
К – абсолютная проницаемость, (мкм2);
h - эффективная нефтенасыщенная толщина, (м);
mн – вязкость нефти, (мПа*с);
fн(s) – относительная фазовая проницаемость для нефти;
Рк – давление на контуре питания, (МПа);
Рв – давление на забое скважины, (МПа);
Rк – радиус контура влияния, (м);
rc – радиус скважины, (м);
rн – плотность нефти, (т/м3);
Ω - фильтрационное сопротивление;
L - длина горизонтального ствола, (м);
Использование формулы Joshi часто бывает затруднено из-за неучета ряда особенностей строения и выработки продуктивных горизонтов. В связи с этим, при ее практическом применении, как правило, вводят определенные поправки [3, 4].
Эксплуатацию горизонтальной скважины осуществляют при депрессиях, меньших критических. Это обеспечивает оптимальные отборы безводной нефти.
В связи с подъемом ВНК в процессе разработки водоплавающей залежи расстояние будет постепенно уменьшаться, а, следовательно, будет уменьшаться и критическая депрессия. Учитывая это, необходимо в процессе эксплуатации корректировать отборы, постепенно снижая их.
Представленные материалы позволяют оценить важность природных факторов (в частности анизотропию), учет которых дает возможность выбрать наиболее оптимальные и эффективные пути совершенствования систем разработки водоплавающих залежей.

Автор: А.Г.Демидёнок, В.А.Питоня, Н.М.Галас, В.В.Николайчук(УкрНГИ, г. Киев)