книги / Справочное руководство по проектированию разработки и эксплуатации нефтяных месторождений. Проектирование разработки

°бьмно лишь для начального периода разработки — периода разбуривания Месторождения и ввода в действие системы нагнетания. В результате помимо среднего давления на линии нагнетания определяют также давления на забоях Добывающих скважин. Если давление окажется выше минимально допустимого забойного, то это указывает на то, что предполагаемые темпы закачки обес­ печат требуемый уровень добычи нефти. В противном случае невозможно по­ лучить намеченную добычу при данных темпах закачки. Поэтому нобходимо либо повысить темп закачки либо пересмотреть уровень добычи нефти. Посколь­ ку перепады давления при отборе и закачке прямо пропорциональны соответ­ ствующим абсолютным величинам (отбора и закачки), то легко определить |отбор, обеспечиваемый данной закачкой, или, наоборот, закачку, обеспечиваю­ щую данный отбор.

Иногда в одной и той же водонапорной системе имеется не одна, а несколько залежей. Б процессе разработки такие залежи, как и отдельные скважины, взаи­ модействуют друг с другом. Это необходимо учитывать при проектировании как всей разработки, так и системы нагнетания воды. В этом случае к перепадам Давления, вызванным отбором и закачьой на данной залежи, необходимо до­ бавить перепады, обусловленные разработкой других залежей, разрабатывающих тот же пласт или пласты, гидродинамически связанные с данным пластом. Влия­ ние других залежей в подавляющем большинстве случаев можно рассматривать как работу точечного источника (стока), удаленного от точки, в которой опре­ деляется давление, на расстояние, равное расстоянию между центрами взаимо­ действующих залежей. Расход жидкости по залежи, влияющей на проекти­ руемую, равен разности отбираемого и закачиваемого агента по годам. При на­ личии нескольких взаимодействующих залежей перепады давления, обуслов­ ленные разработкой каждой из них, суммируются.

В случае внутриконтурного заводнения, когда в расчетах рассматриваются ряды нагнетательных скважин или отдельные очаги нагнетания (в форме пло­ щадного или избирательного заводнения), со всех сторон от которых осуществ­ ляется отбор, утечка воды или приток из внешней зоны при установившемся процессе отсутствуют.

Необходимо отметить, что с помощью приведенных способов определения количества нагнетаемой воды правильные результаты получают лишь в идеаль­ ных случаях. В действительности утечки воды возможны через литологические окна связи с другими пластами в зоне повышенного давления по рассматри­ ваемому пласту, вследствие негерметичности обсадных колонн в нагнетатель­ ных скважинах, негерметичности поверхностных водоводов. Это учитывается поправочными коэффициентами, значения которых можно получить по прак­ тическим данным при использовании подобных систем разработки в аналогичных условиях. Иногда могут наблюдаться обратные перетоки жидкости в рассма­ триваемый горизонт из соседнего (находящегося или не находящегося в разра­ ботке), но имеющего в отдельных зонах более высокое пластовое давление, через литологические окна или негерметичности колонн. Эти перетоки затрудняют расчеты.

где kb — фазовая проницаемость для воды в призабойной зоне нагнетательной скважины, мкм2 (обычно kB= 0,5—0,6/г, где k — абсолютная проницаемость); h — толщина пласта, см; рзн* Рн — соответственно давление на забое нагне­ тательной скважины и среднее давление на линии нагнетания, МПа,

181

Н — средняя глубина скважины, м; рпас — давление на выкиде насосов, МПа; Ртр — потери давления на трение в водоводах и в стволе скважины, МПа; |iB— вязкость нагнетаемой воды, мПа-с; £ — коэффициент, учитывающий загрязне­ ние призабойной зоны нагнетательной скважины (определяется по данным опыт­ ной закачки, а при составлении предварительной технологической схемы или схемы опытной эксплуатации, когда данных по опытной закачке может еще не

где L — длина рассматриваемого участка линии нагнетания; п — число нагне­ тательных скважин на выбранном участке; QH— суммарное количество закачан­ ной воды на том же участке. После несложных преобразований получим

Уравнение (VIII.7) легко решить последовательным приближением. Задавшись интуитивно величиной п и подставив ее в правую часть (VIII.7), найдем первое значение nlt подставив которое вторично в правую часть найдем второе значе­ ние п2 и т. д. Установив число скважин на том или ином участке, легко опре­ делить среднюю приемистость каждой из них по формуле (VIII.6). Однако не­ обходимо отметить, что в уравнения (VIII.5) и (VII 1.7) входит давление на за­ боях нагнетательных скважин, которое обусловливается давлением на выкиде насосов, используемых для заводнения. Можно применить насосы различных типов и в зависимости от этого иметь различное давление на забое нагнетатель­ ных скважин. Как видно из уравнения (VIII.7), чем выше давление на забое нагнетательных скважин, тем меньше при прочих равных условиях необходимое число нагнетательных скважин и, следовательно, меньше капитальные затраты на процесс заводнения. Однако, с другой стороны, для повышения давления каждой единицы объема закачиваемой воды необходимо затратить определенное количество энергии, и, следовательно, с уменьшением числа нагнетательных сква­ жин повышаются текущие расходы на заводнение. Очевидно, имеется какое-то вполне определенное число скважин и определенное давление на выкиде на­ сосов, которые обеспечивают получение минимальных общих затрат на завод' нение. Отсюда ясно, что правильный выбор давления нагнетания имеет большое значение.

А. П. Крыловым предложена простая приближенная формула для опре' деления наивыгоднейшего давления нагнетания:

где Сс — стоимость одной нагнетательной скважины, руб.; г\ — коэффициент полезного действия насосной установки; t — средняя продолжительность работы каждой нагнетательной скважины, ч; со — количество энергии, необходимой для сжатия 1 м3 воды на 1 МПа, (Дж/м3)/МПа; С — стоимость 1 Дж энергии»

182

руб.; К — коэффициент продуктивности нагнетательной скважины, (м^сутУМПа. Коэффициент продуктивности

20nkBh

(VI11.9)

цв£ In

Поскольку величина он еще не известна, а подлежит определению в дальней­ шем, ею можно задаться ориентировочно.

Определив по формуле (VIII.8) оптимальное давление нагнетания, нужно подобрать тип насосов, способных обеспечить давление, по возможности наи­ более близкое к этому значению, и установить рабочее давление нагнетания. Затем, подсчитав забойное давление нагнетательных скважин, по уравнениям (VIII.7) и (VIII.6) находят число нагнетательных скважин и приемистость одной скважины.

ГЛАВА IX

ГИДРОДИНАМИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ ПРИ ПЛОЩАДНОМ ЗАВОДНЕНИИ

Как уже отмечалось в гл. III, системы площадного заводнения характери­ зуются наиболее интенсивным воздействием на пласт и обеспечивают наиболее широкий охват процессом заводнения неоднородных и в особенности прерыви­ стых пластов. Благодаря этому их стали широко применять при разработке нефтяных месторождений с начала процесса разработки. Дебиты или перепады давлений для различных разновидностей площадных систем на начальной ста­ дии их работы можно рассчитать по сравнительно простым формулам, получен­ ным методом фильтрационных сопротивлений. На поздней стадии, когда на­ чинается обводнение добывающих скважин, процесс вытеснения нефти водой в таких системах значительно усложняется, и для правильного определения основных показателей процесса используют более сложные, хотя и весьма при­ ближенные методы.

обращенной семиточечной площадной системы можно считать правильный шести­ угольник с одной нагнетательной скважиной в центре и с шестью добывающими скважинами в его вершинах (рис. IX. 1,(3). Поскольку каждый такой элемент

а б

Рис. IX.1. Системы площадного заводнения (а —четырехточечная, б —семиточечная): 1 —нагнетательная скважина; 2 —добывающая скважина

183

смыкается с аналогичными соседними и каждая добывающая скважина попадает сразу в три элемента, то на одну нагнетательную скважину в четырехточечной системе приходятся две добывающие скважины.

До прорыва воды в добывающие скважины дебит q одной нагнетательной или двух добывающих скважин или перепад давления можно с достаточной точ­ ностью определить из уравнения

где d — расстояние от нагнетательной скважины до ближайшей нефтедобыва­ ющей (индексы «н» и «д» относятся соответственно к нагнетательным и добыва­ ющим скважинам). Это уравнение в свою очередь связывает радиус фронта вне­ дряющейся воды гф и дебит:

Если заданы дебиты во времени, то непосредственно по (IX.2) определяют соответствующие им значения Гф, а по (IX.1)— (ря — рд).

Если задан постоянный перепад давления (а обычно он постоянный), тогда по (IX. 1), задавшись предварительно рядом значений /ф, определяют соответ­ ствующие им значения q. Для тех же значений Гф соответствующие значения времени определяют по формуле

Приведенными уравнениями можно пользоваться при ц0 С 10 до момента появления воды в добывающих скважинах. Приближенно можно считать, что

пятиточечной системы является квадрат с нагнетатель­ ной скважиной в центре и четырьмя добывающими в

1 и 2 —см. рис. IХ.1

184

Рис. IX.3. Элемент и схема трубок тока при расчетедевятиточечной системы заводнения: 1 и 2 —см. рис. IX. 1

здесь d — половина диагонали расчетного элемента — кратчайшие расстояния от нагнетательной до нефтедобывающей скважины. Формулой (IX.5) можно

Если задан дебит'жак функция времени, то по (IX.2) определяют соответ­ ствующие значения Гф и затем по (IX.5) перепады давления.

При заданных постоянных перепадах давления время для ряда различных

но с одной нефтедобывающей скважиной в центре и шестью нагнетательными в вершинах (см. рис. IX.1, б). В этой системе на каждую добывающую скважину приходится две нагнетательные скважины. Для расчетов такой системы при Ро < 10 можно пользоваться формулами (IX.1), (IX.2), (IX.4) при Гф < 0,6, но следует учитывать, что в (IX.I) q — дебит одной добывающей или двух нагне­

в середине квадрата. На одну добывающую скважину приходится три нагнета­ тельные скважины. Такая система применима в основном для вторичных (или третичных) методов разработки. При внутриконтурном заводнении с начала раз­ работки больший интерес представляет обращенная девятиточечная система с нагнетательной скважиной в центре квадрата (элемента) (рис. IX.3, а). В такой системе на одну нагнетательную скважину приходятся три добывающие. По такой системе обеспечивается наибольший дебит при повышенных соотношениях вязкости нефти и воды: 4—5 и более.

185

| О 11 1 • \2

Рис. IX.4. Линейная фронтальная система заводнения: / и 2 —см. рис. IX. 1

Перепад давления или дебит одной нагнетательной (или трех добывающих) скважин определяют по уравнению

(IX.7)

+ f ( l" i ^ r + x ' n

где а — расстояние от нагнетательной скважины до четырех ближайших добы­ вающих, равное половине стороны расчетного элемента (квадрата).

При заданном постоянном перепаде давления время для различных поло­ жений фронта ВНК

четырех добывающих скважин, и до этого момента с достаточной для практики

тельных скважин с рядами нефтедобывающих принято называть линейной или фронтальной системой заводнения. При такой системе добывающие и нагнета­ тельные скважины желательно располагать не друг против друга, а в шахматном порядке (рис. IX.4): на одну нагнетательную скважину приходится одна добы­ вающая. Элементом системы может служить прямоугольник с нагнетательной скважиной в центре и четырьмя добывающими в углах.

Перепад давления или дебит одной нагнетательной (или одной добывающей)

186

Время при заданном постоянном перепаде давления для серии заданных зна­ ний Гф

Порядок проведения расчетов такой же, как и в вышеописанных случаях. Пользоваться приведенными формулами можно до момента начала обводнения Добывающих скважин, который приближенно определяется по формуле

нагнетательных скважин в первое время целесообразно, как это было предложено акад. А. П. Крыловым, сначала нагнетать воду не во все скважины «разрезаю­ щего» ряда подряд, а через одну, интенсивно отбирая нефть, а затем и какое-то количество воды из промежуточных скважин. При этом быстро наращивается Добыча нефти на месторождении, форсируется формирование сравнительно уз­ кого водяного «коридора», от которого ВНК затем более равномерно продвигается к эксплуатационным скважинам.

Вероятно, такой же порядок разработки целесообразен и при применении описанной линейной (фронтальной) системы разработки (при применении ее с на­ чала разработки залежи).

Если эксплуатируются только скважины «разрезающего» ряда, можно рас­ сматривать его как линейную цепочку попеременно чередующихся нагнетатель­ ных и добывающих скважин и считать их равнодебитными. Тогда дебит одной нагнетательной или добывающей скважины «разрезающего» ряда (или перепад давления при заданном дебите) можно определить из уравнения

Уравнениями (IX. 12) и (IX. 13) можно пользоваться с достаточной степенью точ­ ности при Гф С 1,5а. Примерно в этот момент начинают обводняться промежуточ­ ные скважины, временно являющиеся добывающими, и процесс существенно осложняется.

§ 2. РАСЧЕТЫ ПРОЦЕССА ОБВОДНЕНИЯ ДОБЫВАЮЩИХ СКВАЖИН

При расчете процесса обводнения добывающих скважин используют формулы и уравнения, полученные с учетом упрощающих предположений. Прежде всего выделяют один элемент рассматриваемой системы площадного заводнения. Остальные части считают работающими одновременно и с одинаковыми режимами.

187

Принимают далее, что забойные давления в нагнетательных и добывающих сква­ жинах постоянны, а поле линий тока в процессе фильтрации не меняется.

В действительности, в процессе вытеснения нефти водой при любом соотно­ шении их вязкостей в результате изменения фильтрационных сопротивлений раз­ личных участков по мере продвижения ВНК конфигурация трубок тока в той или иной степени непрерывно меняется. Однако без этого упрощающего, но заведомо приближенного предположения решение поставленной задачи усложняется. Далее плавные фактические линии тока заменяют ломаными, что позволяет слож­ ные трубки тока переменного сечения свести к серии последовательно соединен­ ных радиальных (а на отдельных участках и линейных) трубок тока.

Указанный метод расчета применительно к фронтальной (линейной) системе площадного заводнения описан в § 4 гл. VII, как случай однорядной системы внутриконтурного заводнения. Пятиточечную систему площадного заводнения можно также считать однорядной при а = L. При этом выпадает средняя (линей­ ная) часть трубок тока: все трубки тока будут представлены двумя участками, ра­ диальным расходящимся от забоя нагнетательной скважины и радиальным сходя­ щимся от точки сопряжения этих участков до забоя добывающей скважины. Более точный расчет пятиточечной системы с разбивкой трубок тока на четырех радиальных участках приведен в работе [8]. Составлены программы для выпол­ нения указанных расчетов на современных ЭВМ.

ГЛАВА X

ГИДРОДИНАМИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ ПОКАЗАТЕЛЕЙ РАЗРАБОТКИ ЗАЛЕЖИ НЕФТИ ПРИ ИЗБИРАТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЕ ВНУТРИКОНТУРНОГО ЗАВОДНЕНИЯ

Избирательная система разработки нефтяных месторождений впервые была предложена в начале 60-х годов [11]. По этой системе с учетом геологического строения продуктивного горизонта проводится избирательный выбор местополо­ жения как нагнетательных, так и добывающих скважин. В результате сводится к минимуму отрицательное влияние на показатели разработки объекта зональной неоднородности пласта (изменчивости геолого-физических параметров по пло­ щади), что приводит к интенсификации процесса разработки и улучшению его технико-экономических показателей.

Последовательность реализации избирательной системы разработки осущест­ вляется следующим образом [И, 12]:

1.На первом этапе залежь разбуривается по редкой сетке скважин (выбо­

рочно).

2.По результатам геофизических и гидродинамических исследований пробу­ ренных скважин уточняются геологическое строение и физические параметры продуктивных пластов.

3.На основании полученных данных создается непрерывно действующая математическая модель пластовой системы для решения задач прогнозирования и оптимизации разработки залежи, которая по мере изучения геологического строепия залежи уточняется.

4.С помощью этой модели по максимуму параметра Q выбирается местополо­ жение нагнетательных скважин (среди пробуренных), а затем по данным текущей эксплуатации определяются участки продуктивных пластов, не охваченные про­ цессом разработки (фильтрацией).

5.На модели избирательно (с учетом параметра Q) выбирается местоположе­ ние дополнительных нагнетательных и добывающих скважин, которые добуриваются. Указанные этапы избирательной системы повторяются многократно до полного завершения разработки объекта.

Проф. Н. С. Пискунов предложил параметр Q определять по следующей фор­ муле:

188

суммарная добыча нефти, воды, жидкости и объема закачиваемого агента; лн, Яд — число нагнетательных и добывающих скважин; R — безразмерная себе­ стоимость добычи нефти; Q3 — запасы нефти.

Частный случай этой системы разработки, когда принцип избирательности применен только к нагнетательным скважинам, называется избирательной систе­ мой заводнения. В этой системе проводится избирательный выбор местоположе­ ния только нагнетательных скважин [24].

Последовательность реализации избирательной системы заводнения осуще­ ствляется следующим образом: 1) залежь или отдельные ее участки разбуривают по равномерной сетке скважин; 2) в качестве нагнетательных выбирают сква­ жины с наибольшей степенью связанности (выдержанности) продуктивных пла­ стов по площади и разрезу на данном участке с окружающими добывающими скважинами (с повышенными коэффициентами продуктивности и по возможности рассредоточенными по площади).

Приведем расчетные зависимости для прогноза показателей разработки

ных. 1. Определение зональной неоднородности пласта.

Зональная неоднородность пласта определяется с помощью коэффициента вариации U\

п

(Х.2)

».м

где п — общее число замеров продуктивности (дебита) скважин; Ki — продуктив­ ность (дебит), соответствующая i-му замеру.

В табл. Х.1 приведены исходные данные для определения U\.

J..90