Ибатуллин Р.Р. Технологические процессы разработки нефтяных мест. Р. Р. Ибатуллин технологические процессы разработки нефтяных месторождений 2010 г. Удк 622. 276. 1. 4
 Скачать 5.67 Mb.
|
|
Р.Р. ИБАТУЛЛИН ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ РАЗРАБОТКИ НЕФТЯНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ 2010 г. УДК 622.276.1/.4 Ибатуллин Р.Р. Технологические процессы разработки нефтяных месторождений 2010.- 325 с. В монографии приводятся сведения об объектах и системах разработки месторождений углеводородов, режимах их разработки. Кроме того, рассмотрены вопросы моделирования разработки нефтяных месторождений, а также расчетные схемы и методы решения ряда уравнений, описывающих процессы разработки нефтяных месторождений. В монографии также приводятся сведения о технологических процессах, проектируемых и реализуемых с целью увеличения нефтеотдачи пластов и интенсификации добычи нефти. Кроме того, рассмотрены вопросы оценки технологической и экономической эффективности результатов применения методов воздействия на пласт и интенсификации добычи нефти. Для специалистов в области разработки нефтяных месторождений, включая область применения методов увеличения нефтеизвлечения и интенсификации добычи нефти. Книга может быть полезна для студентов, магистров и аспирантов, обучающихся по специальности Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений. 3 СОДЕРЖАНИЕ Введение Лекция №1…………………………………………………………………….. 6 Цели и задачи процессов разработки нефтяных месторождений Основные понятия и определения (нефтяное месторождение, нефтяной пласт, нефть. Классификация месторождений углеводородов. Разработка нефтяного месторождения (РНМ) …………………………… Предметы – основа и окружение предмета РНМ………………................ Основные понятия, используемые в предмете РНМ……………………... Лекция №2…………………………………………………………………….15 Классификация систем разработки. Ввод нефтяного месторождения в разработку. Основные показатели ввода нефтяного месторождения в разработку. Лекция №3…………………………………………………………………….32 Общая (интегральная) формула для определения добычи из нефтяного месторождения на любой стадии разработки Основные технологические показатели разработки Лекция №4………………………………………………………………….. 38 Коэффициент извлечения нефти Формула академика А.П. Крылова, коэффициент охвата и коэффициент вытеснения ………………………………………………… Параметры, влияющие на коэффициент вытеснения и коэффициент охвата. Плотность сетки скважин и её влияние на величину нефтеизвлечения Модификация систем разработки с применением горизонтальных скважин. Типы моделей пласта. 4 Лекция №5……………………………………………………………………47 Режимы работы нефтяных месторождений. Упругий режим. Его проявления и области применения. Замкнутый упругий режим Жёстко-водонапорный режим. Основная формула упругого режима …. Принцип суперпозиции при упругом режиме. Лекция №6…………………………………………………………………….56 Упруго-водонапорный режим. Задача Ван Эвердингена - Херста и её решение …………………………. Интеграл Дюамеля. Решение Ю.П. Желтова для случая переменного дебита. Характерная динамика основных технологических показателей при всех видах упругого режима ………………………………………… Лекция №7 ……………………………………………………………………61 Режим растворённого газа. Некоторые сведения из физики пласта Процессы, происходящие в пласте, при реализации режима растворённого газа ………………………………………………………… Методика расчета технологических показателей при режиме растворённого газа ………………………………………………………… Квазистационарный режим изменения газового фактора и нефтенасыщенности на контуре питания при ступенчатом снижении давления. Лекция №8 ……………………………………………………………………73 Виды заводнения и области их применения. Особенности разработки водонефтяных зон Оптимизация давления нагнетания при заводнении Требования, предъявляемые к воде для заводнения пласта Лекция №9……………………………………………………………………83 Уравнение материального баланса (УМБ). Линейная форма материального баланса . 5 Приложение метода материального баланса к оценке параметров разработки нефтяных и газовых пластов. Лекция Свойства и состав остаточных нефтей, методы исследования. Изменение оптических свойств нефтей в процессе фильтрации и вытеснения из пористых сред. Сущность метода фотоколориметрии Непоршневое вытеснение нефти водой. Уравнение неразрывности Уравнение Раппопорта-Лиса. Учёт капиллярных и гравитационных сил Лекция №11……………………………………………………………………… Модель Бакли-Леверетта Характерные точки функции Бакли-Леверетта Использование безразмерных параметров для расчёта некоторых технологических показателей разработки Лекция №12…………………………………………………………………….. Вытеснение нефти при наличии подвижной воды в начальный момент времени. Вытеснение нефти при больших углах наклона пласта Лекция №13……………………………………………………………………. Нестационарный режим заводнения Использование подземных вод для заводнения. Межскважинная и внутрискважинная перекачка воды для нагнетания Экологические проблемы при реализации заводнения Лекция №14……………………………………………………………………. Вытеснение нефти из трещинно-поровых коллекторов Анализ технологических показателей разработки Лекция №15…………………………………………………………………….. Классификация методов увеличения нефтеизвлечения (МУН) Достоинства и недостатки современных МУН. Критерии применимости МУН и этапы принятия решения об их применении Выбор МУН и объектов для их применения 6 Использование методов искусственного интеллекта в задачах выбора МУН Лекция №16…………………………………………………………………….. Химические методы (ХМ) Применение поверхностно-активных веществ (ПАВ. Определение скорости продвижения фронта сорбции Технологические процессы применения ПАВ при заводнении Сопоставление эффективности воздействия ПАВ при его отмывающем действии или при образовании эмульсионной системы для увеличения охвата Применение деминерализованной (опресненной) сточной воды Лекция №17……………………………………………………………………… Щелочное заводнение Применение полимерного воздействия Модифицированные полимерные технологии Лекция №18……………………………………………………………………… Термические МУН, краткая классификация Нагнетание горячей воды Расчет изменения температурного поля пласта по схеме Ловерье Лекция №19……………………………………………………………………… Применение паротеплового воздействия Расчет теплового поля по схеме Маркса-Лонгенхейма Некоторые практические аспекты технологий закачки пара Классификация тяжелых нефтей и битумов, их залежи на территории современного Татарстана Лекция №20……………………………………………………………………… Парогравитационное воздействие – ПГВ (Steam Assisted Gravity Drainage) Расчёт дебита скважин при парогравитационном воздействии Практические аспекты реализации технологии 7 Примеры реализации парогравитационного воздействия в России Лекция №21……………………………………………………………………… Внутрипластовое горение. Механизм процесса Методы расчета процесса внутрипластового горения. Уравнение Аррениуса Технология внутрипластового горения от носка к пятке (THAI – Toe - to- Hill Air Injection) Новые термические технологии воздействия на пласт. Электропрогрев пласта. Внутрипластовая переработка битума Лекция Разработка нефтяных (битумных) месторождений открытым способом Шахтная разработка нефтяных (битумных) месторождений Лекция №23……………………………………………………………………… Газовые методы увеличения нефтеотдачи пластов Циклическая закачка газа, водогазовое воздействие Закачка углекислого газа. Опыт планирования и применения СО на Елабужском месторождении Лекция №24……………………………………………………………………… Микробиологические технологии в нефтяной промышленности Микробиологические методы воздействия на пласты и скважины Микробиологический метод увеличения нефтеотдачи (ММУН) заводненных пластов, основанный на активации пластовой микрофлоры ММУН на основе интенсификации микробиологических процессов в условиях заводнения. Характеристика пластовой микрофлоры в условиях заводненных коллекторов нефтяных месторождений Татарстана ММУН для условий трещинно-поровых карбонатных коллекторов Расчетная схема для моделирования процессов микробиологического воздействия в условиях неоднородных пластов Лекция №25…………………………………………………………………….. Анализ технологической эффективности применения МУН и ОПЗ Идентификация добывающих скважин опытного участка Канонический подход к оценке пригодности участка для анализа 8 Методы прямой оценки эффективности применения геолого- технических мероприятий. Применение динамических рядов (методика прямого счета) Характеристики вытеснения (ХВ). Последовательность оценки эффективности геолого-технологических мероприятий с применением ХВ Методология корректного выбора и использования ХВ Лекция №26 Управление разработкой месторождения Информационная база процессов управления Уровни управления разработкой Инструментарий управления разработкой Лекция №27……………………………………………………………………… Экономическая оценка проектов разработки. Нормативные документы Показатели экономической оценки вариантов разработки Основные направления капитальных вложений и эксплуатационных затрат при разработке нефтяных месторождений Налогообложение нефтедобывающих предприятий. Закон о недрах Приложения Список литературы 9 ВВЕДЕНИЕ Наконец г. около 37% консолидированного бюджета Российской Федерации составляли налоги и платежи от добычи нефти, и только менее 7% от добычи газа (ОАО Газпром). Эти цифры наглядно демонстрируют важность нефтедобывающей отрасли для настоящего и будущего России. Несмотря на начавшийся в г. мировой финансово-экономический кризис топливно-энергетический комплекс, как базовый жизнеобеспечивающий, обречен одним из первых восстановить свой потенциал. Это же показывает и исторический путь развития России. Только собственные громадные сырьевые ресурсы, в первую очередь топливно-энергетические, позволяли стране развиваться самостоятельно и независимо. Для страны, большая часть территории которой находится в суровых климатических условиях, обеспечение собственных потребностей в топливе является стратегической задачей. Кроме того, энергетический потенциал России является важным внешнеэкономическим фактором, формирующим авторитет страны в мировой экономике. Такая специфика нефтегазовой отрасли способствовали формулированию специфических критериев рациональной разработки нефтяных месторождений. Важным элементом большинства этих формулировок, включая современную Стратегию развития нефтегазового комплекса России до 2030г.г.», является задание вариантов развития на основе объемов добычи нефти. При этом обеспечивая минимальные капитальные вложения привоз- можных наибольших коэффициентах нефтеизвлечения. Практически этаже формулировка была выдвинута в августе г. академиком ИМ. Губкиным в Баку на I съезде ВНТО СССР. Николаевский НМ. доработал эту формулировку, которая звучала в период перестройки в СССР (г) как удовлетворение общественной потребности в нефти и нефтепродуктах при наименьших затратах и наиболее полном отборе нефти из запасов. Уже только представленные формулировки критериев эффективности объясняют важность и комплексность, а также сложность проблем разработки нефтяных месторождений, охватывающих вопросы обеспечения объемов запасов и извлечения нефти, а также экологических и экономических проблем, возникающих входе реализации таких проектов. В настоящей монографии приводятся материалы по курсу Теоретические основы процессов разработки нефтяных месторождений, содержащие описание систем, режимов и методов разработки нефтяных месторождений, а также современных методов увеличения нефтеотдачи. В ряде случаев в тексте для сопоставления с терминологией, используемой в международных публикациях, приводится и англоязычный аналог некоторых употребительных терминов. В ряде лекций использованы материалы лекций профессора А.Б. Золотухина, доцентов Л.Н. Назаровой и И.Н. Стрижова из РГУНГ им. ИМ. Губкина. Лекция №26 подготовлена к.э.н. СИ. Ибатуллиной. Разделы по теоретическим аспектам парогравитационого воздействия и внутрипла- стового горения подготовлены аспирантом РГУНГ им. ИМ. Губкина Таиром Р. Ибатуллиным. Кроме того, в книге широко освещен опыт применения современной техники и технологии при разработке нефтяных месторождений ОАО Тат- нефть, за что автор благодарен руководству ОАО Татнефть и своим коллегам из института ТатНИПИнефть. 11 Цели и задачи, достигаемые и решаемые входе реализации процессов разработки нефтяных месторождений Понятия и определения предмета разработки нефтяных месторождений 1. Основные понятия и определения (нефтяное месторождение, нефтяной пласт, нефть. 2. Классификация месторождений углеводородов. 3. Разработка нефтяного месторождения (РНМ) – определение. 4. Предметы – основа и окружение предмета РНМ. 5. Основные понятия, используемые в предмете РНМ. Основные определения • Нефтяное месторождение – это скопление углеводородов в земной коре, приуроченное к одной или нескольким локализованным геологическим структурам. • Нефтяной пласт – термодинамическое единство углеводородов и породы, слагающей коллектор. • Нефть – это раствор углеводородов различной молекулярной массы в пластовых условиях (в обиходном выражении – маслянистая горючая жидкость, обладающая специфическим запахом, различного цвета. Классификация нефтей по вязкости и плотности С учетом введения в Российской Федерации дифференциации величины налога на добычу полезных ископаемых (НДПИ) для трудноизвлекаемых запасов (подробнее в лекции 2) важным элементом классификации запасов является вязкость нефти. Существует множество классификаций, здесь приведем ту, которая содержит и базу для дифференциации по НДПИ: 1) маловязкие (легкие) нефти, вязкость в пластовых условиях до 10 мПа с 2) вязкие нефти, вязкость в пластовых условиях от 10 мПа с до 200 мПа с 12 3) сверхвысоковязкие (тяжелые) нефти, вязкость в пластовых условиях свыше 200 мПа си до 10000 мПа с 4) сверхвысоковязкие нефти (мальты), вязкость в пластовых условиях свыше 10000 мПа с. В западной классификации очень часто используется градация по плотности, пример которой приведен на рис. 1.1. По нижней шкале для температуры С) приведены соответствующие параметры в градусах плотности Американского Нефтяного Института (API Degrees), γ – плотность в г/см 3 API 0 = (141,5/γ) – 131,5 Как это видно из рис, нефть Ашальчинского месторождения (с вязкостью в пластовых условиях более 20 000 мПа с, плотностью около 950 кг/м 3 ) может быть отнесена к тяжелой нефти – heavy oil. К битумам по этой классификации относятся нефти плотностью более 1000 кг/м 3 Справочно: Перевод в градусы Цельсия из градусов Фаренгейта производится следующим образом 0 C = ( 0 F - 32 ) / 1,8 Light Heavy 0 10 20 30 40 50 800 850 900 950 1000 1050 1100 B it u m e n H e a v y M e d iu m L ig h t API Specific Gravity (Degrees @ 60 Рис. 1.1 Соотношение характеристик нефти с применением системы массовой плотности принятое в системе СИ, кг/м 3 ) и плотности в градусах API при температуре 60 0 по Фа- ренгейту (Douglas R. Schmitt, 2004 г) 13 Пример Битум плотностью 1 г/см 3 или 1000 кг/м 3 в классификации API будет иметь плотность 10 0 API. Классификация месторождений (по составу УВ, по величине запасов) 1) По содержанию углеводородов - газовые – более 90% углеводородов в газовой фазе - газоконденсатные – часть углеводородов представлена конденсатом С - нефтегазовые – газовые месторождения с нефтяной оторочкой следует обратить внимание, что по новой классификации на последнее место в названии ставится преобладающая фаза месторождения- нефтяные – более 90% углеводородов в жидкой фазе - газонефтяные – нефтяные месторождения с газовой шапкой - нефтегазоконденсатные – нефтяное месторождение с газовой шапкой, содержащей газоконденсат. 2) По величине запасов - уникальные – более 100 млн. тонн - крупные – 50-100 млн. тонн - средние – 10-50 млн. тонн - мелкие – менее 10 млн. тонн. Разработка нефтяных месторождений (этот предмет изучается в англоязычных курсах в программах под названием «reservoir engineering» и «petroleum engineering» , хотя и дословно переводится на английский язык как oil field development, ноне употребительно в этом виде для обозначения курса) – это комплекс технологических и технических решений, обеспечивающих доступ и последующее эффективное извлечение запасов нефти из нефтяных залежей. 14 Система разработки – это совокупность инженерных решений, позволяющих разрабатывать месторождение эффективно и с заданными экономическими показателями (объект разработки, разбуривание, методы эксплуатации, обустройство, воздействие на пласты…). Задачи, решаемые при создании системы разработки 1) выделение эксплуатационных объектов 2) выбор системы расстановки и плотности сетки скважин 3) определение режима разработки 4) выбор метода воздействия на нефтяную залежь 5) определение режимов работы скважин 6) проектирование обустройства месторождения 7) решение вопросов охраны недр и окружающей среды и т.д.; 8) экономическая оценка выбранных систем разработки и вариантов технологических показателей. Каждая из перечисленных задач решается во взаимосвязи друг с другом. Пример крупные остаточные запасы нефти Ромашкинского месторождения под городами Альметьевском и Азнакаевом: эксплуатационный объект должен быть достижим при применении имеющихся технологий строительства скважин, выполнении всех экологических требований при обеспечении последующей рентабельной эксплуатации. Геологические характеристики, определяющие классификацию месторождений нефти (тип ловушки) 1) структурные (рис 2) рифогенные; 3) литологические (пример ухудшение проницаемости по восхождению пласта 4) стратиграфические (пример сброс, надвиг – нехарактерны для месторождений платформенного типа 15 5) литолого-стратиграфические (залежь нефти в отложениях фундамента месторождения Белый Тигр на шельфе Вьетнама. 16 Структурные типы • Антиклинальный • Моноклинальный осложненный стратиграфической ловушкой) • Синклинальный Рис. 1.2 Схематизация типов структурных ловушек Объект разработки – это искусственно выделенное геологическое образование (пласт, массив, структура, совокупность пластов, содержащее промышленные запасы и разрабатываемое единой сеткой скважин. Запасы и ресурсы углеводородов Существует консенсус в международной классификации по отношению к коммерческому содержанию термина запасы - он чаще относится к категории открытых и извлекаемых. В России используется еще и термин геологические запасы. Термин ресурсы в противоположность запасам в первую очередь характеризует неоткрытые запасы, те. относится к перспективным структурам, тек их объемам. Иногда ресурсами могут называть в просторечии суммарно и ресурсы и запасы. Геологические запасы нефти – это расчетные объёмы нефти, которые содержатся в установленных пределах разведанных залежей. Расчет ведется |