автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.06, диссертация на тему:Особенности применения систем горизонтальных скважин при разработке низкопроницаемых коллекторов

ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ НЕФТИ И ГАЗА им. И.М.ГУБКИНА

На правах рукописи

КОРОТКОВ СЕРГЕЙ ВЛАДИМИРОВИЧ

ОСОБЕННОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ СИСТЕМ ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ СКВАЖИН ПРИ РАЗРАБОТКЕ НИЗКОПРОНИЦАЕМЫХ КОЛЛЕКТОРОВ

Специальность 05.15.06 - Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 1998

Работа выполнена в Государственной Академии нефти и газа им. И.М.Губкина

Научные руководители: доктор технических наук,

профессор, академик РАЕН Басниев К.С.

доктор технических наук,

профессор Григулгцкий В.Г.

ОФишапыше оппоненты:

доктор технических наук,

профессор, член- корреспондент Алиев З.С.

РАЕН

кандидат технических наук Давыдов А.В.

Ведущее предприятие: Северо-Кавказский научно-исследовательский и проектный институт газа (ДАО "СевКавНИПИгаз")

Защита состоится ..... 1998 г

На заседании диссертационного Совета К.053.27.08 при Государственной академии нефти и газа им. И.М.Губкина по адресу: 117917, ГСП-1, Москва, Ленинский проспект, 65.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Государственной академии нефти и газа им. И.М.Губкина

Автореферат разослан 1998 г.

УЧЕНЫЙ СЕКРЕТАРЬ диссертационного Совета К.053.27.08 к.т.н., профессор

Актуальность проблемы. Современное состояние нефтедобывающей отрасли характеризуется переходом большинства крупных месторождений на позднюю стадию разработки с высокой степенью обводненности продукции. Как в старых, так и в новых нефтяных регионах открываются мелкие и низкопродукгивные залежи, ввод которых в разработку требует значительных капитальных вложений. В текущих запасах нефти все более возрастает доля трудноизвлекаемых и труднодоступных запасов нефти, в том числе приуроченных к низкопрошщаемым коллекторам. Их разработка современными модификациями традиционных технологий с использованием вертикальных и кустовых наклонно-направленных скважин малоэффективна, значительная доля запасов остается в недрах.

В последние годы ведущие нефтяные компании как в России, так

и за рубежом для разработки труднодоступных и- трудноизвлекаемых

\

запасов нефти все шире используют горизонтальные скважинй (ГС) и разветвленно-горизонтальные скважины (РГС).

Анализ современного состояния работ в этой области показывает, что использование ГС и РГС является одним из наиболее эффективных и современных методов вовлечения в разработку месторождений нефти и газа, приуроченных к низкопрошщаемым коллекторам, эксплуатация которых вертикальными скважинами (ВС) малоэффективна либо нерентабельна. Дебита нефти горизонтальных скважин, как правило, значительно выше дебитов ВС.

Дальнейшее наращивание объемов внедрения и совершенствование методов разработки с использованием ГС и РГС является, несомненно, одним из основных направлений научно-технического прогресса в нефтедобыче. При этом следует подчеркнуть, что месторождения нефти и газа разрабатываются не единичными скважинами, а их системами, в связи с чем важно более полно исследовать особенности применения систем ГС.

Цель работы. Исследование особенностей применения систем ГС для повышения степени извлечения нефти при разработке низкопроки-цаемых коллекторов, эксплуатация которых с использованием традиционных систем с ВС мало эффективна, либо нерентабельна.

Обоенопанне постановки темы я задач исследований.

Анализ отечественных и зарубежных публикаций показал, что значительная их часть посвящена изучению работы одиночных горизонтальных скважин. Детально описаны технологии бурения, применяемая тех1шка и оборудование, результаты эксплуатации ГС и РГС, приведены инженерные формулы для расчета производительности одиночных го-ризонталышх сквалаш. Вместе с тем, практически отсутствуют формулы для определения дебита ГС, находящихся в системе скважин, как в рядных, так и площадных схемах разбуривания.

В реальных условиях коллекторы неоднородны. Процесс установившейся фильтрации в таких коллекторах протекает сложно и в настоящее время недостаточно изучен для горизонтальных и наклонных скважин. Кроме того, число возможных комбинаций размещения ГС, в том числе и их сочетаний с ВС, весьма велико. При этом могут варьироваться: длина горизонтального ствола, плотность сетки скважин, геометрические параметры и траектория профиля скважины в условиях слоистого пласта. Карты фильтрационных потоков для каждого случая будут характеризоваться сложностью и многообразием.

Исследование проблем разработки низкопроницаемых коллекторов системами горизонтальных скважин, а также их сочетаний с вертикальными скважинсми включает следующие взаимосвязанные задачи:

1; Изучение и анализ отечественного и зарубежного опыта применения систем ГС для разработки нефтяных месторождений.

2. Вывод и экспериментальная проверка инженерных формул для определения производительности ГС.

3. Обоснование метода моделирования процесса разработки и расчета прогнозных технологических показателей.

4. Исследование размещения ГС и их сочетаний с ВС при площадной и рядной расстановке скважин для определения особенностей разработки месторождений при использовашш систем ГС:

- длина горизонтального участка скважины;

- геометрические соотношения в элементах схем размещения;

- взаимное расположение добывающих и нагнетательных, горизонтальных и вертикальных скважин;

- плотность сетки скважин в условиях неоднородного коллектора;

- профиль горизонтального ствола в продуктивном пласте.

Методы петекия поставленных задач. Решение поставленных задач осуществлялось следующим образом:

• проведение экспериментальных исследований на электроинтеграторе ЭГДА-ЭА-90-3 с целью определения дебита и построения карт фильтрационных потоков для различных условий расстанозки ГС и ВС;

• аналитическое описание ¡гидродинамических систем, сопоставление и анализ полученных результатов;

• промысловое апробировшше предложенных рекомендаций на конкретных месгоровдениях.

Научная новизна.

1. Впервые создана и реализована методика электрического моделирования притока флюида к ГС различной длины для самых разнообразных систем размещения скважин. Для всех рассматриваемых систем построены карты фильтрационных потоков, на основании которых рассчитаны технологические показатели разработки, для чего диссертантом была создана и апробирована специальная программа для ПЭВМ.

2. Получены экспериментальные данные, количественно характеризующие гидродинамические закономерности изучаемых процессов (зависимость дебита ГС в различных системах от длины горизонтального участка, геометрии элемента и других факторов).

3. На основании. метода эквивалентных фильтрационных сопротивлений с учетом результатов численного и электрического моделирования

плоских задач автором получены формулы для приближенного расчета дебита ГС во всех изучаемых системах. Преимуществом их является достаточная точность и простота при проведении инженерных расчетов, широкий диапазон применения относительно длины ГС и других параметров.

4. Установлены и сформулированы особенности применения систем горизонтальных скважин при разработке низкопроницаемых коллекторов.

Научная и практическая ценность ,

Использование полученных в диссертации результатов позволит повысить эффективность применяемых методов при составлении проектных документов по разработке нефтяных месторождений системами горизонтальных и вертикальных скважин и анализе их реализации.

Установленные в работе особенности систем разработки с использованием ГС служат научной основой для выбора оптимальной системы расстановки скважин с учетом геолого-физических характеристик пласта и технической оснащенности и подготовленности предприятия, при поисках и создании новых технологий воздействия с применением систем ГС.

Выполненные в диссертагии исследования легли в основу следующих разработок: "Проект оггьгп .опромышлешгой эксплуатации участка расширения Омбинского месторождения", "Комплексный проект разработки Омбинского месторождения (юрские отложения)", "Технико-экономическое обоснование коэффициентов извлечения нефти из продуктивных отложений Омбинского месторождения". Перечисленные проектные документы выполнены институтом РосНИПИтермнефтъ в рамках договоров ЮР-2.93-95/261 и ЮГ-2.93-95/260, заключенных с АО Юганскнефтегаз и приняты в соответствующем порядке.

С помощью данных моделирования и результатов расчета основных технологических показателей разработки ла примере реального пласта ЮС2 Омбинского месторождения для всех групп исследуемых систем ГС сформулированы следующие особенности разработки :

- оптимальное соотношение расстояний между скважинами в рядах и самими рядами (параметр а/Ь) колеблется в пределах 1,6-2,0 для линейного

и 2,0-2,5 для шахматного размещения, это справедливо как для дебитов, так и для технологических показателей разработки;

- длина горизонтальной части ствола в площадных системах не должна превышать 0,5-0,6 от длины сторон элемента;

- плотность сетки скважин в низкопрошщаемых коллекторах нецелесообразно повышать более 30-40 га/скв;

- для пологонаправленных профилей траектории добывающей и нагнетательной скважин должны быть непараллельными в пространстве (нисходящий и восходящий профили);

Апробация пяботм. Основные результаты диссертации докладывались:

на всероссийской научно-практической конференции "Экологические проблемы и пути решения задач по длительной сохранности недр и окружающей среды на период более 500 лет в зоне ведения геолого-разведочных и буровых работ, трубопроводостроения и разработке нефтегазовых месторождений на суше и морских акваториях", Тюмень, 19-23 мая 1997 г;

- на международной конференции" Освоение ресурсов трудноиз-влекаемых и высоковязких нефтей", п. Шепси Краснодарского края, 1620 июня 1997 г;

- на семинарах кафедры подземной и нефтегазовой гидромеханики ГАНГ им. И.М. Губкина.

Публикации. Основные положения диссертационной работы изложены в 5 печатных и 6 фондовых работах.

Структура я объем диссертадии. Диссертационная работа состоит из введения, пяти разделов, выводов, списка литературы из 106 наименований и 1 приложения. Общий объем работы 155 страниц машинописного текста, включая 42 таблицы и 76 рисунков по тексту.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы и дана общая характеристика работы.

В первом разделе проведены обобщение и критический анализ отечественного и зарубежного опыта в области изучения и практического применения систем горизонтальных скважин. Анализ опубликованных работ отечественных и зарубежных авторов показал, что накоплен обширный теоретический и практический материал, посвященный разработке нефтяных месторождений системами ГС. Широкие теоретические исследования в области гидродинамики и разработки месторождений горизонтальными скважинами начаты в последние 10-15 лет. Остаются неизученными многие вопросы особенностей разработки с использованием систем горизонтальных сквашш и их сочетаний с вертикальными. В опубликованных работах приведены весьма противоречивые сведения об оптимальной длине горизонтального участка ствола. При исследовании рядных систем нет единого мнения о целесообразности многорядных схем размещения ГС и геометрических пропорциях элемента, об оптимальной плотности сетки скважин. Площадные системы ГС изучены значительно меньше рядных. Инженерные формулы для расчетов производительности ГС приведены в основном для одиночных скважин. Закономерности производительности ГС в системах размещения изучены в меньшей степени. Решению этих и других проблем при разработке низкопроницаемых коллекторов системами ГС и их сочетаний с ВС посвящена данная работа.

В процессе работы над диссертацией автором использованы работы по различным аспектам исследования горизонтальных скважин, в разработку которых существенный вклад внесли: З.С.Алиев, К.С.Басниев, Ю.П.Борисов, Л.В.Голов, А.Т.Горбунов, А.М.Григорян, В.Г.Григулецкий, СН.Закиров, Э.С.Закиров, АБ.Давыдов,

A.И.Ибрагимов, А.С.Казак, В.И.Кудинов, А.П.Лебединец, Б.И.Леви,

B.Д.Лысенко, В.И.Мартос,_______М.Х.Мусин, Р.Х.Муслимов,

Р.Н.Мухамедзянов, Б.А.Никитин, М.Б.Панфилов, В.П.Пилатовский,---------------

A.М.Пирвердян, И.А.Полудень, Н.М.Ризванов, В.А.Савельев,

B.М.Санкин, М.М.Сатгаров, Д.М.Сатгаров, Б.Е.Сомов, В.П.Табаков, Г.Н.Темнов, Р.Т.Фазлыев, И.А.Чарный, В.А.Черных, В.В.Щеремет, Н.В.Ювченко, Т.И.Юльметьев и многие другие, а также Д.К.Бабу,

Р.М.Батлер, ДжБоссио, Дж.Р.Джаргон, Ф.М.Джигер, Дж.Р.Джилмен, С.Д.Джоши, А.С.Оде, Л.Х.Рейс, Р.Супрунович, Е.Т.Цанко, М.Дж.Экономайдес и др.

Во втором разделе приведено научное обоснование применения метода элекгрогидродинамических аналогий для исследования систем разработки с ГС. При моделировании известных задач диссертантом выявлено, что электрическое моделирование притока жидкости к ГС позволяет получать достаточно точные результаты, что подтверждается сопоставлением экспериментальных данных и величин, определенных аналитически. Показано, что моделирование ГС вертикальной щелью с шириной, значительно большей радиуса реальной скважины, не искажает общую картину фильтрационных потоков и не оказывает существенного влияния на конечный результат дебита, и для условий тонких протяженных пластов позволяет моделировать трехмерную задачу на двумерной модели. На основании электрического моделирования, а также аналитически, доказано слабое влияние вертикального местоположения ГС в разрезе продуктивного пласта на результаты определения дебита, в особенности для условий тонких протяженных пластов. В частности, автором установлено, что в условиях элемента пласта с прямолинейным контуром питания и расстоянием до ГС 500 м при толщине пласта 10 м погрешность в определении дебита ГС при замене ее вертикальной щелью не превысит 1%. При этом использовались аналитические решения И.А. Чарного и A.M. Пирвердяна. Основной причиной отмеченных закономерностей является то, что внешнее фильтрационное сопротивление притоку флюида к горизонтальной скважине значительно выше внутренних фильтрационных сопротивлений.

При моделировании ГС было принято допущение о постоянном забойном давлении по длине горизонтального ствола.

Показано, что моделирование ВС металлическими цилиндрами с' / искажением линейных размеров приводит к существенным погрешностям в определении дебита, однако существуют методы для преодоления этого затруднения.

Предложенная методика расчета технологических показателей с применением систем с ГС учитывает основные факторы непоршневого

вытеснения нефти водой в неоднородном коллекторе. Синтез электрического и математического моделирования процесса разработки с использованием систем ГС и их сочетаний с ВС позволяет использовать преимущества этих методов. Тем самым достигается достаточная для практических целен точность прогнозирования технологических показателей разработки для любой конфигурации элемента н размещенных в нем скважин.

В третьем разделе диссертантом исследованы системы размещения горизонтальных скважин. При изучении рядных систем ГС выявлено, что применение трехрядных, а тем более пятирядных систем ГС как для линейной, так и для шахматной расстановки в условиях низкопроницаемых пластов, неприемлемо по причинам возникновения и интенсивного проявления эффекта экранирования, когда практически весь фильтрационный поток, создаваемый нагнетательным рядом, перехватывается первым же рядом добывающих скважин. Это подтверждается и исследованиями МЖСаттарова, В.М.Санкина и Б.И.Леви. Подробно изучены однорядные системы с линейным и шахматным размещением (рис.1.).

' а) б)

Рис.1. Однорядная системы ГС : а) линейное ; б) шахматное размеще------------ние. I | - добывающая ГС; I ........ - нагнетательная ГС.

На основании схемы эквивалентных фильтрационных сопротивлений, а также результатов электрического и математического моделирования плоских задач, получены зависимости для расчета объемного дебита ГС при линейном и шахматном размещении:

Линейная схема:

где к - проницаемость пласта, мкм2, А - эффективная нефтенасы-щенная толщина, м; Ры и Рг- давления на забоях соответственно нагнетательной и добывающей скважины МПа; ц- вязкость нефти, мПа-с; 1п -натуральный логарифм; а - расстояние между скважинами в рядах, м; Ь -расстояние между рядами, м; / - длина ГС, м; гс - радиус горизонтального ствола, м; ¿А -гиперболический косинус.

Шахматная схема:

_2якНР, -Р„)86400 ^

1Я, + Яг - 21п (ап —] + 2 - 1п ; А

Та) ! 2 жгс,

где Я} - внешнее фильтрационное сопротивление, определяемое аналогично тому как и для вертикальных скважин с прямолинейными рядами и со смещением скважин в различных рядах по Н.Кристеа:

л.=1п—Ът-Л &

'К} - геометрический фактор, эмпирическая зависимость которого от расстояний между рядами (Ь) и между центрами ГС в самих рядах (а) и длины ГС (Г) выведена на основании результатов моделирования:

Н - ^¡2 а ^ 4

2 2кЬ \!аЬ

Выявлено, что результаты расчетов производительности ГС по выведенным диссертантом формулам для однорядных систем хорошо согласуются с данными электромоделирования и расчетами по зависимостям, предложенными В.ДЛысенко и М.Х. Мусиным.

Исследованиями установлено, что, чем больше длина горизонтального ствола, тем выше производительность скважин и лучше показатели разработки, это характерно для обоих видов рядного размещения: линейного и шахматного. Зависимость дебита ГС от соотношения а/Ь более сложна. Б линейных системах его значение пропорционально параметру а/Ь. Для шахматной расстановки производительность ГС имеет оптимум в диапазоне изменения а/Ь от 2 до 2,5.

Существует и оптимальная величина параметра а/Ь, характеризующая отношение расстояния между скважинами в рядах и расстояния между рядами, при котором достигается наибольшее значение коэффициента нефтеотдачи и практически минимально возможный срок разработки. Для линейных систем оптимальный диапазон параметра а/Ь - от 1,6 до 2,0, а для шахматного размещения - от 2 до 2,5, причем, чем длиннее ствол, тем к большему значению тяготеет оптимум. Наличие оптимального геометрического соотношения в рядных системах замечено и в работах Р.Супруновича, М.Х. Мусина и Н.В. Ювченко.

Изучено влияние плотности сетки скважин на показатели разработки при фиксированной длине горизонтального участка. Установлено существенное ухудшение основных показателей при разряжении сетки более 60 га/скв. Доказано, что по сравнению с идентичными системами ВС использование ГС позволяет применять более редкие сетки.

Сравнивая между собой системы ГС с шахматным и линейным размещением, было определено, что первая более предпочтительна со всех точек зрения.

Рассматривались'и рядные системы горизонтальных и вертикальных скважин, при этом ВС были нагнетательными, а ГС- добывающими (рис.2).

а)

б)

Рис.2. Рядные системы ГС и ВС: а)- линейная; б) - шахматная | ■ 3 -добывающая ГС; О - нагнетательная ВС.

на основании схемы эквивалентных фильтрационных сопротивлений выведены формулы дат расчетов объемного дебита ГС. Для линейной системы ГС и ВС:

_______2МЛрШ00 ф

ш 1п2м — + 1п—---1п эш — +—1п-

Я V а; • 2яг„ I 2а) I 2ят„

2 ягг<

Эта зависимость получена на основании (1) и известной формулы для определешш дебита в линейной системе вертикальных скважин. Зависимость (5) применима в диапазоне 0,25 < а/Ь < 2,3 и ОД < //а < 1, что позволяет широко применять ее для инженерных расчетов.

Для определения расчётного дебита ГС в шахматной однорядной системе ГС-ВС предлагается следующая зависимость:

__2я&/|Др86400_

?= „ А. А]'

а Д, +К, -1п вш— +-1п-

/V 2 I 2а) 1 2лгт)

где 1?1 - внешнее фильтрационное сопротивление, определяемое аналогично тому, как и для вертикальных скважин с прямолинейными рядами и со смещением скважин в различных рядах:

сЪ^-сЯ™

р=1п-«-—в.--(7)

иг ^с /,4 2я& , 4лЪ 4 '

ж — sh -х/>-

а а а

К.2 - геометрический фактор, определяемый как:

Я

= ^ 2ТТ' <8>

о о 2

Результаты математического и электрического моделирования, а также расчеты по формулам, предложенным диссертантом показали близкие значения, что подтверждает правомочность последних.

Доказано, что использование систем ГС-ВС всегда хуже, чем систем, где обе скважины - горизонтальные. Это распространяется и на производительность скважин и на весь комплекс технологических показателей. Однако применение даже одной скважины (добывающей) горизонтальной позволяет почти вдвое увеличить дебит системы по сравнению с традиционной схемой, где все скважины - вертикальные.

При сопоставлении шахматного и линейного размещения однорядных систем ГС-ВС показано, что первая группа во всем диапазоне параметра а/Ь и исследуемых пределах протяженности ГС от 100 до 500 м более предпочтительна по всем основным технологическим показателям.

Из всего многообразия площадных систем автором выбраны две, характеризующиеся лучшими показателями процесса вытеснения: лучевая, где ГС выходят шестью лучами из центра элемента, при этом добывающие н нагнетательные скважины чередуются; квадратно-диагональная, в которой добывающие ГС находятся на сторонах квадрата, а нагнетательная на его диагонали (рис.3).

Рис.3. Площадные системы ГС; а) лучевая б) квадратно-диагональная.

Для равномерности продвижения фронта вытеснения в лучевой системе в нагнетательных или в добывающих скважинах насосно-компрессорные трубы должны быть спущены до последних дыр перфорации. Такой подход позволит иметь максимальный перепад давления между удаленными частями стволов добывающих и нагнетательных ГС.

Получены эмпирические зависимости для определения объемного — дебита ГС в исследуемых площадных системах, при этом результаты электрического и цифрового моделирования, а также расчетные значения по предлагаемым здесь формулам имеют близкие значения.

ч=-

Лучевая система: 2пкКР„-Р,)- 86400

(9)

3,224 А А

-~-+ 2—1п-

. л + « / 2яг

!п-+ 0,171

V а-1

Квадратно-диагональная система: 1пкНР„ -Р,)-86400

л „А. Н

-;--+2—1П-

+ 0,194 1 2яг"

\ а-1

(10)

Полученные автором формулы применимы в диапазоне 0,1< 11г< 1.

Из рассмотренных систем лучшие показатели имеет квадратно-диагональная. При прочих равных условиях эта система обеспечивает наибольший коэффициент нефтеотдачи, меньшие сроки разработки и более низкие значения водонефтяного фактора.

Исследования влияния длины ГС на технологические показатели разработки показали, что применение протяженных стволов неприемлемо по причинам снижения коэффициента охвата. При этом с технологической точки зрения оптимальным соотношением (//а) следует считать: для квадратно-диагональной системы - 0,51, а для лучевой - 0,582 (здесь / - протяженность ГС; а - длина стороны элемента). Возможность применения ГС с меньшей длиной при разбуривании залежи по квадратно-диагональной схеме делает ее предпочтительнее по отношению к лучевой. Окончательное решение о выборе схеме размещения следует принимать после технико-экономических расчетов.

Плотность сетки скважин в значительной степени определяется геолого-физическими параметрами пласта. Для условий низкопроницаемых коллекторов (на примере юрских отложений Омбинского месторождения) плотность сетки скважин должна варьироваться в пределах 30-40 га/скв.

Изучались и площадные системы ГС и ВС, названные комбинированными. Во всех случаях вертикальные скважины были нагнетательными, а горизонтальные - добывающими. Из всего бесчисленного множества вариантов размещения подробно исследованы три системы, отличающиеся от остальных такими свойствами, как высокий коэффициент охвата, равномерность продвижения фронта вытеснения, возможность кустового размещения и др. Системы были условно названы четыре хканально-одноточечная, шестиканально-одноточечная и четырехканально-штггочечная. Количество каналов соответствовало числу ГС, а точек - ВС в элементе (см.рис.4).

3—I

а)

б)

в)

Рис.4 Комбинированные системы ГС и ВС а) четырехканально-одноточечная; б)шестиканально-одаоточечная; в) четырехканально-штггочечная.

В результате проведенных исследований получены формулы, позволяющие производить расчет объемного дебита ГС в каждой из приводимых схем.

Четырехканально-одноточечная (4-1"):

Я =

/{глп^

■ 1п[ БШ —I --У2 + -1п—— К 2а) 12т-,

9 =

Шестиканально-одноточечная (6-П: -Рд\ 86400

13. 1п ± - щГзш -1^585 + * 1п — К \ 2а/ I 2 да;

(Н)

(12)

Четырехканально-пятиточечная (4-5):

2М(Р,-Р,)-86400 _ ^

—+ 1а у -1,107

+ 0,94 + — 1п — 1 2 пг.

Параметр "а" в уравнении (13) равен соотношению приёмистости центральной (находящейся в центре элемента) и угловой (в - углу элемента) скважины (Ядапр/Яугот). При п-х», то есть, когда гтриешгстость угловых скважин равна пулю, или иными словами они отсутствуют, нетрудно проверить, что формула (13) переходит в (10). Критерием использования при-ведешшх зависимостей является условие: 0,1 <1/а< 1.

Установлено, что дебит горизонтальных скважин в комбинированных системах незначительно зависит от длины ствола, особешо для систем с большим соотношением добывающих горизонтальных и нагнетательных вертикальных скважин в элементе. Основной причиной этого является,то, что внутреннее фильтрационное сопротивление, обусловленное нагнетательной ВС, значительно больше-фильтрационного сопротивления, обусловленного ГС.

Четырехканально-пятиточечная схема более предпочтительна по сравнению с другими комбинированными системами ГС и ВС, а также, схемами, предусматривающими применение только вертикальных скважин.

В результате проведенных расчетов установлено, что увеличение протяженности горизонтального ствола, способствует росту продуктивности ГС и положительно сказывается на росте коэффициента конечной нефтеотдачи. Последнее утверждение неприменимо только для чеггы-рехканально-шгпггочечной системы, когда при увеличении параметра На (/- длина ГС , а - длина стороны элемента) более 0,5 показатели разработки ухудшаются по причинам неравномерности продвижения фронтов вытеснения от угловых и центральных нагнетательных скважин.

Оптимальной плотностью сетки скважин для комбинированных систем следует считать диапазон 3040 га/скв, при этом чем интенсивнее система, тем более разряженной может быть схема размещения скважин.

Комбинированная чешрехкашльно-гапшочечная система более эффективна, чем остальные схемы ГС и ВС, а также, шгпггочечная система ВС во всем диапазоне плотности сетки скважин от 20 га/скв и выше.

В четвертом разделе исследовано влияние профиля горизонтального ствола на производительность ГС и технологические показатели разработки в условиях слоистого коллектора. На примере элемента однорядной линейной системы выявлено следующее.

Волнообразный профиль более эффективен для разработки слоистых пластов. В случаях, когда не удается осуществление этой траектории, можно применять полого-направленный профиль. Стволы скважин в пространстве следует располагать так, чтобы обеспечить равномерное продвижение фронта вытеснения и высокий коэффициент охвата. Для выполнения этих условий стволы скважин необходимо бурить в разных направлениях по сторонам элемента, так, чтобы они имели направление с нисходящей траекторией, то есть угол наклона ствола к вертикали не должен превышать 90°, исключая скопление воды в пониженных частях ствола около точки входа скважины в продуктивный пласт. Увеличение толщины глинистых прослоев приводит к ухудшению показателей разработки. Одна из причин - это уменьшение проходки горизонтального ствола по коллектору при прочих равных условиях. При значительной толщине непроницаемых перегородок, технологические показатели для горизонтальных скважин хотя и более высоки, чем для вертикальных скважин, но с точки зрения технико-экономического анализа могут не покрывать стоимостные издержки на строительство и эксплуатацию ГС. В меньшей степени это относится к волнообразному профилю, в связи с тем, что независимо от толщины глинистых перемычек (до разумных пределов) конфигурация ствола обеспечивает многократное вскрытие всех прослоев. А это всегда лучше, чем однократное прохождение продуктивных прослоев, как это происходит при бурении вертикальных скважин. При бурении горизонтального ствола с волнообразным профилем в слоистом пласте с толстыми глинистыми перемычками, фактически перестает быть горизонтальным, выходя за пределы интервала 80100°, а представляется совокупностью наклонных стволов. Большие уг-

лы наклона на отдельных участках такого ствола могут обуславливать возникновение так. называемых водяных затворов, из-за чего удаленный участок ГС может быть полностью выключен то работы.

В пятом разделе проведено сопоставление всех изучаемых систем размещения ГС. Автором показано, что го всех рассматриваемых групп лучшими технологическими показателями разработки характеризуется шахматная однорядная система. В случае, когда по техническим либо каким-то другим причинам в качестве нагнетательных необходимо использовать ВС, а как добывающие - ГС, для условий слоистого пласта наиболее предпочтительна четырехканально-пятиточечная система. Технико-экономическими расчетами установлено, что применение комбинированной системы на отдельных участках Омбинского месторождения будет способствовать вовлечению в разработку запасов, ранее считавшихся забалансовыми. Выявлено, что метод позволяет достигнуть коэффициент нефтеизвлечения 0,109 по сравнению с 0,076 в варианте, где предусмотрено бурение только ВС. Согласно расчетам, дополнительно будет извлечено 2,8 млн.т нефти. Дисконтированная прибыль составит 48 млрд.руб., доход государства 1376 млрд.руб., что в 1,9 раза выше, чем для варианта с ВС. (Все данные даны в ценах на 1995 г).

Выполненные исследования послужили основой для составления институтом РосНИПИтермнефть (при непосредственном участии диссертанта) ряда проектных документов и ТЭО, принятых к внедрению АО Юганскнефтегаз.

В разделе приведены данные опробования и эксплуатации горизонтальной скважины № 1002, пробуренной на действующем участке Омбинского месторождения. Ее дебит в 3-5 раз выше, чем в соседних вертикальных скважинах. За полугодие дополнительная добыча нефти составила более 1000 тонн. Эти факты подтверждают достоверность проведешшх в диссертации исследований.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Автором диссертации предложена и научно обоснована методология электрического моделирования оснозяых процессов разработки

нефтяных месторождений системами горизонтальных скважин, а также их сочетаний с вертикальными скважинами. Показано, что электрическое моделирование может быть эффективным инструментом для исследования разнообразных задач в области разработки месторождений, в частности, применительно к горизонтальным скважинам.

2. На усовершенствованном интеграторе ЭГДА-ЭА-90-3 впервые проведен большой комплекс экспериментов по определению (силы тока) дебита и построению карт распределения (потенциала) давления для самых разнообразных систем расстановки горизонтальных скважин, а также сочетаний горизонтальных и вертикальных скважин. При этом варьировались такие параметры, как длина горизонтального ствола, плотность сетки сквахшн, геометрические соотношения в элементах.

3. Получены экспериментальные данные, количественно характеризующие гидродинамические закономерности моделируемых процессов: влияние протяженности ствола и соотношения сторон, профиля горизонтального ствола и взаимной ориентации добывающих и нагнетательных ГС на дебит системы, коэффициент охвата и динамику технологических показателей разработки.

Доказано, что для площадных систем ГС и комбинированной че-тырехканально-пятиточечной схемы ГС-ВС существует оптимальная длина горизонтального участка, превышение которой ухудшает технологические показатели разработки. Для рядных систем выявлено, что оптимальным соотношением расстояний между скважинами в рядах и самими рядами (параметр а/Ь) находится в пределах 1,6-2,5, в зависимости от схемы размещения и длины ствола. Это справедливо, как в отношении дебита, так и для всего комплекса показателей процесса вытес— нения.

Для условий низкопроницаемых и неоднородных коллекторов на примере пласта ЮС2 Омбинского месторождения получено оптимальное значение плотности сетки скважин, находящееся в пределах 30-40 гаУскв.

4. По результатам обработки экспериментальных данных получены зависимости для определения дебита ГС как функции длины горизонтальной части ствола и геометрических харахгериспгк элемента для 9 схем скважин. Для рядных систем ГС по зависимостям, предложенным диссертантом и другим1.! исследователями получены близкие значения дебетов. Для осталышх схем размещения соответствующих инженерных формул для оценки добывших возможностей ГС нет, в диссертации они приводятся впервые.

5. В результате всестороннего анализа доказана эффективность ГС в качестве и добывающих, и нагнетательных скважин. Однако при определенных условиях целесообразно использовать и комбинированные системы, то есть такие, где сочетаются ГС и ВС.

6. Выполненные в диссертации исследования нашли практическое применение при проектировании разработки низкопроницаемого пласта ЮСг Омбинского месторождения. Пробуренная горизонтальная скважина имеет дебит в 3 раза превышающий дебит соседних вертикальных скважин, что подтверждается соответствующим актом внедрения.

Основные защищаемые положения.

1. Обоснование и разработка методологии электрического моделирования разработки нефтяных месторождений с использованием систем горизонтальных скважин.

2. Зависимости для приближенного расчета дебита ГС в изучаемых системах.

3. Новые закономерности систем ГС и ВС с учетом длины горизонтальной части скважины, геометрии и взаимного положения скважин в элементе, плотности сетки скважин, профиля горизонтального участка в продуктивном пласте. .

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Короткое C.B. Эффективность применения многозабойных скважин на залежи высокоаязкой нефти месторохедения Зыбза-Глубокнй Яр Краснодарского края II Нефтепромысловое дело. № 9.-1994.-9-12 с.

2. Коротков C.B. Технологическая эффективность применения рядных систем горизонтальных сквашш при разработке нгокопрони-цаеыых коллекторов // Экологические проблемы и пути решения задач по длительной сохранности недр и окружающей среды на период более 500 лет в зоне ведения геолого-разведочных и буровых работ, трубопро-водостроення н разработке нефтегазовых месторождений на суше и морских акваториях : Тез. докл. науч.-пракг. конф. 19-23 мая 1997 г. Тюмень 1997.- С.13-15.

3. Коротков C.B. Исследование производительности горизонталь-пых скважин в рядных системах // Вопросы методологии и новых технологий месторохсдешш природного газа: Сб. научных трудов ВНИИгаз.-199S.- Часть.З. (В печати).

4. Коротков C.B. Зависимости для определения дебита горизонтальных скважин в комбинированных системах // Гипотезы, поиск, прогнозы: сб. науч. тр. Северо-Кавказского отделения инженерной академии Российской Федерации,- 1997.-Вып.4.-С.108-122.

5. Гршулецкий В.Г., Коропсов C.B. Основные аспекта разработки •грудаоизвлекаемых запасов нефти комбинированными системами горизонтальных и вертикальных скважин Н Геология, геофизика и разработка нефтяных и газовых месторождений,-1997,- № 10.-С.39-46.

Соискатель ( Jup&r-^ С.В.Коротков