автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.06, диссертация на тему:Оптимизация технологии разработки глубокозалегающих залежей легких нефтей Прикаспийской нефтегазоносной провинции

^ ,-у йJ' // ^

ГфЖ.у,;.- ,/ '

/ /Г / ¿Г^

НК «ОНАКО», ОАО «ОренбургНИПИнефть»

На правах рукописи

Козлов Николай Федорович

Оптимизация технологии разработки глубокозалегающих залежей легких нефтей Прикаспийской нефтегазоносной провинции

Специальность 05.15.06 - «Разработка и эксплуатация нефтяных и

газовых месторождений»

Диссертация

на соискание ученой степени доктора технических наук

Оренбург, 1998 год

Оглавление

Введение.......................................................................................... 4

Глава 1. Проблемы разработки глубокозалегающих залежей легких нефтей... 8

1.1 Геологические и термобарические особенности сложнопостроенных

и глубокозалегающих залежей нефти и конденсата................................... 8

1.2 Обзор теоретических исследований зарубежного и отечественного

опыта разработки глубокозалегающих залежей легких нефтей..................... 24

Глава 2. Геолого-физическая характеристика глубокозалегающих

залежей легких нефтей Зайкинской группы месторождений........................ 40

2.1 Наиболее типичные модели геологического строения залежей нефти............ 40

2.2 Методика оценки неоднородности продуктивных пластов на

примере Зайкинского месторождения нефти....................................................................................50

2.3 Методика выделения эксплуатационных объектов нефтяных и нефтегазовых залежей..............................................................................................................................................65

2.4 Характеристика пластовых флюидальных систем........................................................................77

2.5 Оценка фазового состояния глубокозалегающих флюидальных систем..................86

Глава 3. Лабораторные исследования технологии разработки

залежей легких нефтей Зайкинской группы месторождений........................ 95

3.1 Разработка методики экспериментальных исследований........................... 95

3.2 Определение коэффициентов вытеснения маловязких нефтей

водой из неоднородного пласта.......................................................... 99

3.3 Оценка относительных проницаемостей при вытеснении

мало вязких нефтей........................................................................... 102

Глава 4. Рациональная технология разработки глубокозалегающих

залежей легких нефтей.................................................. ...................... 115

4.1 Методика определения границ размещения эксплуатационных

скважин......................................................................................... 116

4.2 Выбор оптимальной плотности и системы размещения

эксплуатационных скважин................................................................ 122

4.3 Методика обоснования режима разработки залежей легких нефтей............... 137

Глава 5. Результаты промышленного эксперимента по разработке

залежей легких нефтей Зайкинского месторождения.................................. 160

5.1 Основные положения, принятые за основу формирования

системы разработки пласта..................................................................................................................................160

5.2 Характеристика разбуренности пласта, фонд скважин.....................................164

5.3 Характеристика энергетического состояния объекта..................................................................167

5.4 Характеристика отборов нефти, газа и воды..........................................................................................179

5.5 Динамика обводнения продукции скважин............................................................................................184

5.6 Состояние выработки запасов нефти пласта Dv................................................................................188

5.7 Прогнозирование технологических показателей

разработки пласта Dy Зайкинского месторождения................................... 193

5.8 Экспериментальные исследования по подбору эффективных изолирующих составов на основе побочных продуктов

нефтехимических производств для условий Зайкинского месторождения....... 200

Глава 6. Новые подходы к разработке высокоамплитудных

карбонатных толщ Прикаспийской нефтегазоносной провинции.................. 235

6.1 Методика прослеживания и выделения гидродинамических экранов............. 235

6.2 Новый принцип выделения и формирования эксплуатационных

объектов......................................................................................... 243

Глава 7. Разработка новой технологии добычи легких маловязких

нефтей нефтяных оторочек..................................................................... 249

7.1 Обзор и анализ существующих технологических схем разработки

нефтяных оторочек месторождений природного газа................................. 250

7.2 Анализ геологического строения и гидродинамического состояния

нефтяных оторочек Оренбургского газоконденсатного месторождения.......... 271

7.3 Новая технология добычи легких нефтей из нефтяных оторочек................... 280

7.4 Новое технологическое оборудование для эксплуатации скважин

в условиях нефтяных оторочек............................................................. 294

Глава 8. Экономическая стратегия освоения глубокозалегающих

залежей легких нефтей........................................................................... 323

8.1 Технико-экономическая оценка разработки пластов DvЗайкинского и Росташинского месторождений............................................................ 324

8.2 Технико-экономический анализ эффективности технологий ограничения водопритоков на Зайкинском месторождении.......................................... 330

8.3 Технико-экономическое обоснование строительства газоперерабатывающего производства.................................................... 336

Заключение.......................................................................................... 345

Литература.......................................................................................... 349

Введение

В последние годы в Прикаспийской нефтегазоносной провинции и ее северном обрамлении открыт ряд многопластовых нефтяных и нефтегазоконденсатных месторождений, характеризующихся большой глубиной залегания и сложным геологическим строением продуктивных пластов. Содержащиеся в пластах флюиды находятся в жестких термобарических условиях, пластовая нефть отличается высокой газонасыщенностью и низкой вязкостью, сопоставимой с вязкостью газа. По своим физико-химическим свойствам она относится к типу "летучих" нефтей, которые по составу и фазовому состоянию близки к газоконденсатным системам.

В этой связи изучение различных факторов, влияющих на величину извлечения углеводородных компонентов, приобретают большое научное значение, а полученные результаты могут быть использованы в практике подсчета промышленных запасов нефти и проектирования разработки.

В настоящей работе дается обоснование рациональной технологии разработки глубокозалегающих залежей легких маловязких нефтей, исследуется зарубежный и отечественный опыт их разработки.

На основе изучения геолого-физической характеристики глубокозалегающих залежей легких нефтей Зайкинской группы месторождений Оренбургской области и других фактических материалов даны:

- наиболее типичные модели геологического строения залежей нефти;

- методика оценки неоднородности продуктивных пластов;

- принцип выделения эксплуатационных объектов.

В работе рассмотрена проблема рациональной технологии разработки глубокозалегающих залежей нефти, предложена методика определения границ размещения эксплуатационных скважин по критерию предельной толщины нефтеносного пласта, принципы выбора оптимальной плотности и системы размещения эксплуатационных скважин.

На основании лабораторных исследований уточнена характеристика пластовых флюидальных систем Зайкинской группы месторождений, дается методика оценки фазового состояния и степени насыщенности глубокозалегающих пластовых флюидов.

В работе приведены результаты промышленного эксперимента по разработке залежей легких нефтей Зайкинского месторождения Оренбургской области, выполнен анализ их разработки, дана оценка особенностей и эффективности систем ППД при проведении эксперимента с учетом слоистой и зональной неоднородности продуктивных пластов. Разработаны рекомендации по обоснованию способов обеспечения наиболее полного вытеснения нефти из пласта при заводнении и дан прогноз конечной нефтеотдачи с использованием геолого-математической модели пласта.

Работа освещает проблему рациональной технологии разработки высокоамплитудных нефтенасыщенных карбонатных толщ, раскрывает механизм оптимизации технологии разработки, предлагает методику прослеживания и выделения гидродинамических экранов. Обосновывается новый принцип выделения и формирования эксплуатационных объектов.

В связи с тем, что за последние годы значительно возросло количество месторождений природного газа, имеющих оторочки легких маловязких нефтей, в т.ч. и в Прикаспийской нефтегазоносной провинции, актуальной становится проблема вовлечения их в промышленную разработку.

Газоконденсатные месторождения (Уренгойское, Ямбургское, Оренбургское, Вуктыльское и др.) имеют оторочки с абсолютными запасами нефти, превышающими запасы крупных месторождений. Условия залегания нефти, превышение газонасыщенного объема порового пространства над нефтенасыщенным и различная степень их разведанности приводят к тому, что решение вопроса о разработке оторочек зачастую задерживается, а затем отодвигается на неопределенное время.

Согласно временному методическому руководству 1972 г. по определению коэффициентов нефтеотдачи залежей при подсчете запасов нефти даже при опережающей разработке нефтяных оторочек на естественном режиме коэффициенты нефтеотдачи не превышают 0,1 -0,15, а коэффициенты конденсатоотдачи в этом случае могут составлять 0,3 - 0,5 /26/.

Следует отметить, что традиционная технология добычи нефти из нефтяных оторочек месторождений природных газов не позволяет рассчитывать на существенное сокращение потерь пи разработке нефтяных оторочек.

В свете изложенного перспективной с точки зрения повышения нефтеотдачи нефтяных оторочек является разработанная автором под руководством профессора С.Н.Закирова теория одновременной раздельной добычи нефти, газа и (или) воды из одной скважины /48, 72, 104/.

В работе отражены результаты исследований и практической реализации принципиально новой технологии эксплуатации нефтяных оторочек, что позволяет обеспечить наиболее полно извлечение нефти из оторочек газонефтяных и нефтегазовых месторождений, значительно сократить затраты на их разработку.

Исследованы причины, обусловливающие низкую нефтеотдачу нефтяных оторочек, дан анализ гидродинамического состояния,

геологического строения и фильтрационно-коллекторских свойств нефтяных оторочек Оренбургского газоконденсатного месторождения. Разработана и теоретически обоснована новая технология добычи нефти из оторочек Оренбургского НГКМ.

На основании расчетов и опытных работ раскрыта сущность процесса регулирования положения газо- и водонефтяного контактов в непосредственной близости от ствола скважины за счет изменения соотношения дебитов флюидов.

Автор приносит глубокую благодарность доктору геолого-минералогических наук Пантелееву A.C. за советы и помощь при выполнении работы.

В работе автором использовались материалы институтов "ОренбургНИПИнефть" и "Гипровостокнефть", результаты промысловых исследований акционерных обществ "Оренбургнефть" и "Оренбурггеология", экспериментальных разработок лаборатории Физико-химических технологий ВНИИ им. академика А.П. Крылова, других организаций, а также указанная в списке литература.

т

Глава 1. Проблемы разработки глубокозалегающих залежей легкой нефти

В данной главе рассмотрены геологические и термобарические особенности сложнопостроенных глубокозалегающих залежей нефти и конденсата Прикаспийской нефтегазоносной провинции на примере Зайкинской группы месторождений Оренбургской области. Выполнен обзор теоретических исследований зарубежного и отечественного опыта разработки глубокозалегающих залежей легких нефтей, раскрыты основные проблемы возникающие при разработке аналогичных месторождений.

1.1 Геологические и термобарические особенности

сложнопостроенных и глубокозалегающих залежей нефти и конденсата

В результате поисково-разведочных работ последних лет в пределах прибортовой части Прикаспийской впадины и прилегающих к ней районах

Лролетарское

/

£

у " Ус/пряло*схое '^'^¿^^^В'.З^икимское кЩвишнегское^^Ъ ¿/

Г.^Швишне

\ \

п р И Б О Р т О В>А

г ' щ

А

^ - ЗОНА При КАСПИИСК О И ВПАДИНЫ

Долинное

Месторождения: 1 - нефтяные; 2 - нефтегазовые; 3 - газовые.

Рис. 1.1. Обзорная карта района Зайкинской группы месторождений.

открыт ряд нефтяных и нефтегазоконденсатных месторождений: Зайкинское, Росташинское, Конновское, Вишневское, Зоринское,

Давыдовское, Долинное (все в Оренбургской области), Тенгизское и Карачаганакское (Казахстан) (рис. 1.1). Эти открытия подтвердили высокую перспективность Прикаспийской впадины как нового нефтедобывающего района. Начальные суммарные извлекаемые ресурсы Углеводородного сырья зоны Зайкинской группы месторождений, оцениваются в 578 млн.тонн условного топлива, в т.ч. жидких углеводородов -338 млн.тонн (таблица 1.1.).

Таблица 1.1

Начальные суммарные ресурсы углеводородного сырья эйфельско-франского комплекса по Южно-Бузулукскому нефтегазоносному району

Углеводороды Промыш-ые запасы АВС1 Неразвед-ые запасы категории С2+С3+Д,+Д2 НСР

Нефть, млн.т 93,38 44.94 599,14 243.64 692,72 288,78

Конденсат, млн. т 8,03 4,05 64,51 45,22 72,91 49,34

Газ свободный, млрд.м' 13,42 108,64 95,52 122,18 109,06

Газ растворенный, млрд.м"' 30,33 221,05 100,65 251,55 131,15

Выявленные месторождения обладают рядом особенностей, резко отличающих их от месторождений нефтедобывающих районов Волго-Уральской нефтегазоносной провинции.

Ниже рассматриваются наиболее характерные геолого-физические особенности продуктивных пластов Зайкинской группы месторождений.

В тектоническом отношении Зайкинско-Росташинская зона нефтегазонакопления расположена в пределах западного склона Бузулукской впадины и приурочена к Камелик-Чаганской флексуре, прослеживающейся по всему осадочному чехлу /'30/.

На Зайкинской группе месторождений пласты-коллекторы приурочены к нижнедевонско-франскому нефтегазоносному комплексу. Отложения комплекса представлены толщей переслаивания карбонатных и терри-генных пород. Изолирующей региональной покрышкой комплекса служат аргиллиты и глинистые известняки кыновского горизонта. Наибольшее значение среди терригенных имеют пласты Эпм, Ор/-2, Ош-ь Ош-2, среди карбонатных Бу-ь

Пласты-коллекторы, приуроченные к карбонатным отложениям афо-нинского возраста, являются главными промышленно-нефтегазоносными объектами. Они сложены плотными карбонатами, среди которых залегают прослои кавернозно-пористых биогермных известняков и вторичных доломитов с реликтами биогермной структуры. Биогермные карбонаты являются, в основном, строматопоровыми и кораллово- строматопоровыми постройками. Биогермные коллекторы пласта охватывают все месторождения нефти и газа Зайкинской группы и не выходят за их пределы. Эффективные толщины здесь колеблются от 1-3 до 10-17 м.

Прослои песчаных коллекторов пластов Б^-ь Огу-2 развиты в зоне широтного простирания, которая охватывает Зайкинское, Росташинское, Конновское и Восточно-Зайкинское месторождения. Эффективная толщина пласта Бру-г составляет 1-4 м и редко достигает 8 м. Эффективные толщины пласта в пределах Зайкинской группы месторождений составляют 1-7 м, достигая иногда 10-15 м.

Продуктивные коллекторы в пластах Эгу-ь Д:у-2 представлены песчаниками, среди которых преобладают светло-серые, существенно кварцевые мелкозернистые и разнозернистые типы.

Пласты-коллекторы терригенных отложений ардатовского горизонта являются составными частями его нижней алевролито-песчаной толщи. Нижний пласт Бщ-з имеет эффективные толщины не более 1-2 м, а коллекторы фиксируются в локальных участках.

Песчаные коллекторы пласта Бш^ присутствуют на всех месторождениях Зайкинской группы. Эффективные толщины пласта здесь колеблются от долей метра до 5-7 м, достигая иногда 10-13 м.

Песчаники пласта Бцц наиболее распространены на Росташинском и Гаршинском месторождениях. Эффективные толщины пласта колеблются в пределах 0,5-7 м.

Промышленная нефтеносность связана, в основном, с отложениями в диапазоне девонской системы. Залежи углеводородов выявлены в карбонатных пластах и Эу-г бийского и афонинского горизонтов и в терри-генных пластах О^-ь 0[у.2, Оцм, 0Ш-2, приуроченных к воробьевским и ар-датовским слоям старооскольского горизонта.

Месторождения характеризуются разнообразием фазового состояния углеводородов в залежах. Ряд месторождений (Росташинское, Зоринское и др.) являются нефтяными, на Вишневском месторождении выявлена газо-конденсатная залежь, в разрезе Зайкинского месторождения содержатся залежи нефти и залежи газа с высоким содержанием конденсата.

Одной из особенностей, отличающей гипсометрические условия продуктивных пластов описываемой территории, является значительная глубина их залегания, превышающая в 1,5-3 раза глубины залегания в других нефтегеологических районах. Это влечет за собой целый ряд технологических и технических осложнений при разработке залежей, крайне неблагоприятно сказывается на экономике нефтедобычи.