СПОСОБ РАЗРАБОТКИ НЕФТЯНОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ Российский патент 1996 года по МПК E21B43/20 E21B43/24 

1. Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности к способам разработки месторождений высоковязких нефтей, основанных на нагнетании теплоносителя в пласт.

Cущность существующих технологий разработки месторождений с нагнетанием теплоносителя в пласт заключается в том, что продуктивный объект вскрывают сеткой добывающих (ДС) и нагнетательных (НС) скважин с формированием площадных или линейных систем теплового воздействия.

В научных и геологических основах, предложено для разработки нефтяных месторождений применение треугольных, квадратных и линейных схем размещения скважин. Для воздействия на пласты водой, теплоносителем или другим агентом обычно формируются площадные 5-ти, 7-ми, 9-ти и более обращенные элементы или одно-, двух- и более рядные схемы размещения добывающих и нагнетательных скважин [1, 2]
В основе одной из наиболее распространенных технологий теплового воздействия на пласт лежит принцип создания "тепловой оторочки" заданных конечных размеров. Этот способ явился экономически более эффективным в сравнении со способом беспрерывной закачки теплоносителя до конца разработки объекта воздействия.

Недостатком данного способа является то, что его применяют обычно в вариантах однонаправленного вытеснения нефти от нагнетательных скважин к добывающим. Это приводит к тому, что в зависимости от схемы размещения скважин и характера неоднородности объекта разработки формируются области, не охваченные вытеснением или так называемые "целики нефти". Практика показывает, что запасы нефти таких "целиков" в некоторых случаях соизмеримы с запасами областей, охваченных вытеснением. Кроме того, в силу малых скоростей перемещения теплового фронта, добывающие скважины вынуждены работать в течение длительного времени в неблагоприятных "холодных" условиях. Улучшить способ, т.е. достичь увеличения охвата пласта воздействием и интенсифицировать работу добывающих скважин можно путем применения комбинированного воздействия на пласт теплоносителем через систему нагнетательных и добывающих скважин. При этом в нагнетательные скважины ведут закачку теплоносителя, одновременно в добывающих скважинах осуществляют паротепловые обработки призабойной зоны (ПТОС). Пример такой технологии описан в работе [3]
К модификациям способа "тепловых оторочек" относятся такие технологии, в которых с целью увеличения коэффициента теплоиспользования нагнетание теплоносителя осуществляют не непрерывно, а циклично с нагнетанием холодной воды в промежутках между циклами. Способ разработки нефтяных месторождений по указанной технологии описан в работе [4]
Авторами данной заявки на изобретение предлагается способ разработки нефтяных месторождений теплоносителями, который сочетает в себе лучшие качества технологий "тепловых оторочек", комбинированного воздействия на пласт через систему нагнетательных и добывающих скважин, циклического воздействия на пласт теплоносителем и ненагретой водой.

Авторам не удалось обнаружить существование близких аналогов, поэтому за прототип принят способ разработки [6] как наиболее близкий по комплексу технологических решений к заявляемой технологии.

Цель изобретения создание эффективного способа извлечения вязкой нефти, при котором обеспечивается: высокий охват объекта разработки тепловым воздействием; интенсификация добычи нефти и увеличение конечного нефтеизвлечения; существенное снижение капиталовложений на строительство паронагнетательных скважин специальных конструкций.

Сущность изобретения для случая разбуривания залежи по равномерной треугольной сетке заключается в реализации следующей цепочки технологических решений и технологических приемов:
1) формируют укрупненные 10-точечные площадные элементы теплового воздействия "большие треугольники" с девятью равномерно расположенными по периметру и одной скважиной в центре большого треугольника (фиг.1);
2) нагнетательные скважины располагают по вершинам большого треугольника, остальные семь скважин добывающие;
3) разработку элемента осуществляют методом теплоциклического воздействия, в котором закачку теплоносителя и отбор продукции ведут по циклам;
4) каждый цикл воздействия на пласт осуществляют в три этапа. На первом этапе теплоноситель закачивают в нагнетательные скважины и одновременно в три (через одну) из шести добывающих скважин, расположенных на сторонах треугольника (фиг. 2), отбор продукции ведет из оставшихся четырех добывающих скважин; второй этап повторяет первый, за исключением того, что добывающие скважины, расположенные по сторонам треугольника, меняются функциями переводом их с режима нагнетания в режим отбора и наоборот; на третьем этапе закачку теплоносителя ведут только через нагнетательные скважины, отбор продукции ведут из центральной добывающей, а остальные скважины останавливают;
5) циклы теплового воздействия повторяют 3 5 раз до полного завершения закачки в пласт расчетного количества теплоносителя;
6) переходят на режим проталкивания тепловой оторочки от периферии к центру треугольника путем нагнетания ненагретой воды в нагнетательные скважины и отбора продукции из всех добывающих скважин.

Все перечисленные этапы осуществления технологии содержат элементы новизны и поэтому относятся к существенным признакам.

Рассмотрим более подробно порядок осуществления способа и значение каждой операции в технологическом процессе.

1. Определение потребного количества теплоносителя
Как и в любой другой технологии предварительно расчетным путем определяют общее количество теплоносителя Q_р, необходимого для эффективного прогрева элемента воздействия (в нашем случае "большого треугольника"). Методика расчета изложена в работе [1, с. 736] и [4, с. 26]
2. Распределение теплоносителя, закачиваемого в пласт через нагнетательные и добывающие скважины
В схеме "большой треугольник" общее количество теплоносителя Q_p вводится в пласт как через нагнетательные, так и добывающие скважины. При этом выполняется условие:
ΣQ_нс+ΣQ_дс=Q_р,
где ΣQ_нс количество теплоносителя, вводимого в пласт через нагнетательные скважины,
ΣQ_дс количество теплоносителя, вводимого в пласт через добывающие скважины.

Из фиг. 2 4 следует, что наиболее естественно следующее распределение объема Q_p:
ΣQ_дс=2/3 Q_р,
ΣQ_нс=1/3 Q_р,
т.е. теплоноситель распределяется пропорционально площадям, "обслуживаемым" добывающими и нагнетательными скважинами. Добывающие cкважины, расположенные по вершинам правильного шестиугольника, "обслуживают" внутреннюю площадь, составляющую 2/3 площади всего элемента. На нагнетательные скважины остается 1/3 площади элемента.

3. Определение количества тепла, вводимого в пласт через отдельную скважину
Из фиг. 2 4 следует, что каждая нагнетательная скважина, расположенная на вершине треугольника, действует на элемент разработки лишь в секторе с углом 60^o. Следовательно, только шестая часть теплоносителя закачиваемого в нагнетательную скважину, расходуется на прогрев данного элемента разработки. Для выполнения условия ΣQ_нс=1/3 Q_р 1/3 Q_p необходимо закачать в каждую из нагнетательных скважин теплоносителя в объеме Q_нс 2/3 Q_p.

Аналогично для добывающих скважин, расположенных на сторонах треугольника, сектор обслуживания элемента составляет угол 180^o и только половина объема теплоносителя, закачиваемого в эти скважины, расходуется на прогрев элемента. Следовательно, для выполнения условия ΣQ_дс=2/3 Q_р 2/3 Q_p необходимо закачать в каждую из добывающих скважин теплоносителя в объеме Q_дс 2/3 Q_p.

Таким образом, отношение объемов закачки в нагнетательные и добывающие скважины составляет:
Q_нс 3 Q_дс,
т. е. в нагнетательные скважины необходимо закачивать теплоносителя в 3 раза больше, чем в добывающие.

4. Выбор количества циклов и объемов закачки теплоносителя в циклах
Количество циклов "n" в термоциклическом процессе предусматривается в пределах 3 5 циклов.

Выбрав n, определяют объемы нагнетания по циклам:
Qwнс

=2/3_n×Q_р и Qwдс=2/9_n×Q_р
5. Организация режима термоциклического процесса
Каждый отдельный цикл воздействия состоит из трех этапов.

Продолжительность цикла по времени определяется заданием темпа нагнетания теплоносителя в отдельную скважину q
t_ц=Qwнс

/q
Продолжительность этапа составляет:
t_э 1/3 х tц
На первом этапе (в течение t_э) теплоноситель закачивают в нагнетательные скважины и три добывающие (через одну) в количестве Q_э 2/9_n х Q_p на каждую скважину, добычу продукции осуществляют через оставшиеся четыре скважины.

На втором этапе той же продолжительности теплоноситель в тех же объемах закачивают в нагнетательные скважины и три уже другие добывающие скважины с переводом их в режим нагнетания, добычу продукции осуществляют через оставшиеся четыре скважины.

На третьем этапе (в течение t_э) теплоноситель в том же количестве на скважину закачивают только в нагнетательные, отбор продукции ведут из центральной добывающей скважины, остальные добывающие скважины останавливают.

6. Организация завершающей стадии разработки элемента
После того как завершена закачка потребного количества теплоносителя, переходят к известному режиму проталкивания тепла к добывающим скважинам путем нагнетания в пласт ненагретой воды. Потребное количество ненагретой воды определяется обычно из условия, чтобы суммарной объем нагнетания вытесняющего агента составлял порядка 2 3 объема пор пласта элемента ([1] [4]).

Закачку ненагретой воды осуществляют через нагнетательные скважины, добывающие скважины переводят в режим отбора.

Опишем значение существенных признаков в достижении цели изобретения.

1) Выбор "большого треугольника" в качестве характерного элемента разработки и размещения нагнетательных скважин на вершинах элемента обеспечивают переход к сетке скважин, в которой существенно увеличивается отношение числа добывающих скважин к числу нагнетательных
N_доб/N_наг.

Так, например, если не переходит к схеме "больших" треугольников", а остановиться на схеме обращенных 7-точечных элементов с нагнетательной скважиной в центре элемента, то отношение числа добывающих скважин к числу нагнетательных скважин составило бы
N_доб/N_наг 2
В схеме "больших треугольников" такое отношение равняется 8, а это означает, что в целом по залежи число нагнетательных скважин сокращается более чем в два раза в сравнении со схемой 7-точечных элементов.

Таким образом, предлагаемые схемы размещения скважин приводит к существенному сокращению капитальных затрат на строительство специальных нагнетательных скважин (обычно стоимость строительства нагнетательной скважины в 1,5 2 раза выше стоимости добывающей скважины).

Этим достигается экономический аспект цели изобретения.

2) Организация теплоциклического воздействия в том порядке, как это описано выше, призвана обеспечить высокий охват элемента разработки как тепловым воздействием, так и гидродинамическим.

Во-первых, если закачку теплоносителя вести только через нагнетательные скважины, то эффекта высокого охвата элемента тепловым воздействием получить не удается. Поэтому и возникла идея распределения потребного количества теплоносителя Q_p на нагнетательные и добывающие скважины.

Нерационально также вести одновременному закачку в нагнетательные и во все добывающие скважины, расположенные на сторонах треугольника, оставляла в режиме отбора только центральную скважину. Как непосредственно видно из фиг. 2 4, в этом случае противонаправленные потоки от скважин мешали бы развитию процесса прогрева и вытеснения.

Был найден выход в том, что добывающие скважины можно использовать в режиме нагнетания через одну три скважины в режиме нагнетания и три в режиме отбора.

Однако, если вести процесс закачки через нагнетательные и три (через одну) добывающие скважины длительно, то возникает опасность быстрого прорыва теплоносителя в ближайшие добывающие скважины, нарушается равномерность охвата вытеснением по площади.

Поэтому предложен теплоциклический процесс, в котором каждый из циклов нагнетания теплоносителя призван обеспечить как равномерность охвата элемента прогревом, так и симметричность потоков вытеснения.

Достигается это тем, что на первом этапе цикла формируются направления потоков тепла и жидкостей в сторону ближайших добывающих скважин и центра треугольника. На втором этапе в сторону уже других добывающих скважин и центра. В результате имеет место выравнивание фронтов прогрева и вытеснения относительно линии добывающих скважин. На третьем этапе цикла путем остановки добывающих скважин достигается проталкивание тепла и фронта вытеснения к центральной скважине.

Циклы повторяются до полного завершения ввода теплоносителя в элемент разработки.

Обычно значение Q_p большое и если его рассчитать только на один цикл, то этапы циклов будут длительными, в каждом этапе произойдут прорывы вытесняющего агента в добывающие скважины. Здесь весьма важное значение имеет другая причина. Многоцикловой процесс связан с многократными сменами в пласте направлений тепловых и гидродинамических потоков, что, как доказано в научной литературе и на практике, благотворно влияет на увеличение нефтеизвлечения.

К моменту завершения циклов значительная площадь элемента уже будет находиться под тепловым воздействием это зоны между нагнетательными скважинами и ближайшими добывающими, обширная зона теплового пояса вдоль периметра шестиугольника, зона проникновения тепла к центру элемента (фиг.3).

Завершение охвата элемента тепловым воздействием достигается путем проталкивания тепловой оторочки к центральной скважине нагнетанием ненагретой воды через нагнетательные скважины (фиг.4).

Cпособ обеспечивает, таким образом, коэффициент охвата элемента разработки тепловым воздействием увеличить почти до единицы или с учетом неоднородности коллекторов объекта 0,85 до 0,95. Заметим, что коэффициент гидродинамического и теплового охвата для обращенных площадных элементов разработки (5-, 7-, 9-точечных) обычно не превосходит 0,7 0,75.

Высокий охват тепловым воздействием непосредственно приводит к увеличению коэффициента нефтеизвлечения, поскольку с увеличением теплового охвата гидродинамический охват может только увеличиться.

3) Предлагаемый способ разработки обеспечивает также интенсификацию добычи нефти.

В процессе термоциклического воздействия добывающие скважины попеременно работают то в режиме нагнетания теплоносителя, то в режиме отбора. Следовательно, в каждом цикле имеет место глубокая тепловая обработка призабойных зон скважин. Получаем аналог так называемых ПТОСов (пароциклических обработок скважин), которые, как известно, в основном и применяются для целей интенсификации добычи нефти.

Из изложенного следует, что способ разработки полностью обеспечивает достижение поставленной цели изобретения.

II. Способ разработки, предлагаемый в пункте I, может быть организован таким образом, что в каждом из циклов нагнетание теплоносителя в скважины (как нагнетательные, так и добывающие) осуществляют не непрерывно, а в режиме чередования с порциями ненагретой воды по аналогии со способом, предложенным в прототипе.

Как обосновано в прототипе, чередование закачки теплоносителя с ненагретой водой позволяет снизить потери тепла в окружающие горные породы, и, вследствие этого, снизить общий расход теплоносителя, а в неоднородных пластах указанный способ нагнетания способствует и повышению степени извлечения нефти из пласта в целом.

Предлагаемый способ запроектирован для испытания и дальнейшего промышленного внедрения на Гремихинском месторождении Удмуртии.

Месторождение разбуривается по равномерно треугольной сетке с расстояниями между скважинами 173 х 173 м с формированием 244 обращенных 7-точечных элементов теплового воздействия, из которых можно составить 109 "больших треугольников". Теплоноситель вырабатывается парогенераторами типа УПГ 60/160.

Постановка настоящего пример осуществлена на базе реальной характеристики и системы разработки залежи нефти пласта А 4 башкирского яруса Гремихинского месторождения.

В примере приведены два варианта разработки залежи пласта А 4: первый - по технологии пpототипа для схемы 7-точечных обращенных элементов циклической закачки теплоносителя и холодной воды и второй по новой схеме "больших треугольников", т.е. по предмету предполагаемого изобретения приведены в табл.1.

Расчет технологических показателей разработки залежи осуществлялся по модифицированной во ВНИПИтермнефть методике ВНИИ [1] с учетом многопластового неоднородного разреза. Показатели расчетов для пpототипа и новой технологии приведены в табл.2.

Расчеты (табл.2) дают наглядное представление о значительном преимуществе предлагаемой технологии "Большого треугольника" над пpототипом. Так, при равном количестве пробуренных скважин потребное количество нагнетательных скважин сокращается на 55% или в 2,2 раза (109 против 244). Фонд добывающих скважин увеличивается на 21,5% и как следствие темп годовой добычи нефти возрастает на 60% а суммарный ее отбор на 31,4% Дополнительная добыча нефти, приходящаяся на 1 нагнетательную скважину, увеличивается в 2,2 раза.

Конечный коэффициент нефтеизвлечения по предлагаемой технологии в абсолютных цифрах возрастает на 6,5% а в относительных на 15,9% ТТТ1 ТТТ2 ЫЫЫ2

Вскрывают залежь сеткой добывающих и нагнетательных скважин. При использовании равномерной треугольной сетки скважин формируют укрупненные десятиточечные площадные элементы. Девять скважин размещают равномерно по периметру, а одну - в центре треугольника. Нагнетательные скважины располагают по вершинам треугольника. Остальные семь скважин оборудуют как добывающие. Закачку теплоносителя и отбор продукции ведут циклами и в три этапа. На первом этапе теплоноситель закачивают в нагнетательные скважины и в три через одну из шести добывающих. На втором этапе закачку теплоносителя ведут так же, а в добывающих режим нагнетания меняют на отбор и наоборот. На третьем этапе закачивают теплоноситель через нагнетательные скважины, а отбор ведут через центральную добывающую скважину. Остальные добывающие скважины останавливают. Циклы теплового воздействия повторяют до полного завершения его подачи в пласт. Затем в нагревательные скважины закачивают ненагретую воду, а отбор ведут из всех добывающих скважин. 2 табл. 4 ил.

Способ разработки нефтяного месторождения, включающий вскрытие залежи сеткой добывающих и нагнетательных скважин и осуществление циклической закачки теплоносителя и ненагретой воды через нагнетательные скважины и отбор продукции из добывающих скважин, отличающийся тем, что при использовании равномерной треугольной сетки скважин формируют укрупненные десятиточечные площадные элементы разработки с девятью равномерно расположенными по периметру скважинами и одной в центре треугольника, причем нагнетательные скважины располагают по вершинам треугольника, а остальные семь скважин оборудуют в качестве добывающих, при этом закачку теплоносителя и отбор продукции ведут циклами, каждый из которых осуществляют в три этапа: на первом этапе расчетное количество теплоносителя закачивают в нагнетательные скважины и одновременно в три через одну из шести добывающих скважин, расположенных по сторонам треугольника, отбор продукции ведут из оставшихся четырех скважин, на втором закачку теплоносителя ведут так же, как и на первом, а в добывающих скважинах, расположенных по сторонам треугольника, меняют режим нагнетания на режим отбора и наоборот, на третьем этапе закачку теплоносителя производят только через нагнетательные скважины, а отбор продукции ведут из центральной добывающей, а остальные добывающие скважины останавливают, причем циклы теплового воздействия повторяют три пять раз до полного завершения подачи в пласт расчетного количества теплоносителя, после чего переходят на режим продвижения тепловой оторочки путем нагнетания ненагретой воды в нагнетательные скважины, а отбор продукции осуществляют из всех добывающих скважин.