Системы с внутриконтурным воздействием

Системы с внутриконтурным воздействием, получившие в России наибольшее развитие при разработке нефтяных месторождений, используют не только при воздействии на пласт путем заводнения, но и при других методах разработки, применяемых с целью повышения нефтеотдачи пластов.

При внутриконтурном заводнении воду нагнетают в нагнетательные скважины, расположенные внутри контура нефтеносности. Такую систему разработки применяют как для пластов с ухудшенной проницаемостью в законтурной и приконтурной зонах пласта, так и для пластов с очень большой площадью нефтеносностью, для которой одного законтурного заводнения явно недостаточно.

Внутриконтурная закачка воды в нефтяную часть пласта нередко затрудняется из-за малой эффективной проницаемости пласта в призабойной зоне нагнетательных скважин по сравнению с эффективной проницаемостью пласта в законтурной зоне при прочих равных условиях.

Для успешного проведения закачки воды внутрь нефтяной залежи необходимо тщательное геологическое изучение нефтеносного пласта, позволяющее установить целесообразность и необходимость нагнетания воды и определить метод внутриконтурного заводнения с учетом получения требуемых технико-экономических показателей. В настоящее время применяют следующие методы внутриконтурного нагнетания воды.

Осевое (продольное) заводнение рекомендуется для залежей (эксплуатационных объектов) шириной более 4 - 5 км, фильтра­ционные характеристики пласта обычно гораздо ниже, чем при законтурном заводнении, вязкость пластовой нефти может колебаться в значительном диапазоне, в пределах залежей могут наблюдаться случаи, когда коллекторские свойства закономерно ухудшаются от сводовых участков к периферийным частям (рис. 6.6). В том случае, когда наблюдается активная гидродинамическая связь между законтурной и нефтяной частями залежи, а соотношение вязкости нефти и закачиваемой воды примерно одинаковое, осевое заводнение может применяться в комплексе с законтурным.

Рис. 6.6 - Система разработки нефтяных залежей с осевым заводнением 1 - добывающие скважины; 2 - нагнетательные скважины; 3 - внешний контур нефтеносности.

При проектировании систем разработки с осевым заводнением нагнетательные скважины располагаются вдоль оси структуры, а добывающие - рядами параллельно нагнетательным скважинам. Расстояния между линией нагнетания и первым рядом добывающих скважин принимаются равными расстоянию между рядами добывающих скважин. Для эксплуатационных объектов, характеризующихся низкой геологической неоднородностью и высокими значениями подвижности, это расстояние увеличивается в 1,2 - 1,5 раза. Разбуривание залежей начинается в первую очередь с бурения скважин разрезающего и первого добывающего рядов.

В случае сочетания осевого и законтурного заводнений в первую очередь планируется бурение нагнетательных скважин как в пределах залежи, так и за контуром, а также добывающих скважин в рядах, прилегающих к нагнетательным скважинам. При таком порядке разбуривания достигается больший охват залежи. При наличии многопластовых эксплуатационных объектов закачку воды рекомендуется осуществлять в каждый пласт отдельно с цепью более четкого контроля за разработкой, наилучшей и равномерной выработкой запасов.

В процессе разработки эксплуатационных объектов с описы­ваемыми системами размещения нагнетательных и добывающих скважин основное внимание при контроле за выработкой запасов уделяется динамике изменения пластового давления, характеру продвижения закачиваемой воды, динамике изменения газового фактора. Регулирование разработки осуществляется как изменением отборов нефти, так и перераспределением закачиваемой воды в продуктивные пласты.

Центральное заводнениерекомендуется для эксплуатационных объектов, характеризующихся закономерным ухудшением физико-литологических фильтрационных характеристик от сводовой к периферийным частям залежей. Размеры залежей обычно небольшие от 1 до 3 км, форма их изометричная. Для залежей больших размеров, характеризующихся более однородным строением, более высокими значениями коллекторских свойств и фильтрационных характеристик, центральное заводнение применяют в сочетании с законтурным.

При осуществлении описываемых систем разработки в центральной части залежи планируется размещение нагнета­тельных скважин в количестве от 3 до 7 вдоль окружности, радиус которой достигает 250 - 300 м. Добывающие скважины планируется располагать концентрическими рядами параллельно внешнему контуру нефтеносности в пределах как чисто нефтяной, так и водонефтяной зон (рис. 6.7).

Основное внимание при контроле за выработкой запасов должно уделяться изучению характера продвижения закачиваемой воды в пределах как нефтяной, так и законтурной частей залежей. Параллельно осуществляется контроль за динамикой изменения пластового давления в зоне отбора и зонах закачки воды.

Кольцевое заводнение рекомендуется для залежей, которые характеризуются изменением литолого-физических и фильтрационных свойств в определенном направлении от сводовой к периклинальным частям структуры. Залежи обычно характеризуются изометрической, овальной формой. Для поддержания пластового давления в средней части залежи нагнетательные скважины располагают по кольцу, а в законтурной области - параллельно внешнему контуру нефтеносности. В результате этого образуются две неравные площади: меньшая – в центральной части площади и большая - между двумя рядами нагнетательных скважин (рис. 6.8).

Установлено, что наибольшая эффективность данной системы разработки достигается в том случае, когда кольцо нагнетательных скважин находится на расстоянии 0,4 радиуса залежи. Описываемая система разработки применялась, например, при дополнительном разрезании нагнетательными скважинами Миннибаевской площади Ромашкинского месторождения.

Рис. 6.7 - Система разработки нефтяных залежей с центральным заводнением	Рис. 6.8 - Система разработки нефтяных залежей с кольцевым заводнением
1 - добывающие скважины; 2 - нагнетательные скважины; 3 - внешний контур нефтеносности

Системы разработки с разрезанием залежей (эксплуатационных объектов) нагнетательными скважинами на отдельные блоки применяются в том случае, когда ширина залежей более 4 - 5 км, в пределах которых могут быть выявлены участки с различной геологической неоднородностью, физико-литологическими и фильтрационными свойствами. Обычно залежи содержат значительные запасы нефти. Кроме того, эту систему можно использовать для залежей, имеющих меньшие размеры, но характеризующихся значительной фациальной изменчивостью пород, уменьшением фильтрационных свойств (проницаемости, гидропроводности, подвижности), повышенной вязкостью пластовой нефти, резким ухудшением условий фильтрации на границах залежей и т.п.

В этом случае площадь эксплуатационного объекта разрезается рядами нагнетательных скважин на отдельные полосы, блоки шириной не более 4-5 км. Закачка воды в нагнетательные скважины приводит к образованию локальных зон повышенного давления, которые в процессе дальнейшей закачки жидкости образуют единый фронт закачиваемой воды с повышенным давлением. Направление линий разрезания выбирают с учетом выявленной общей закономерности литологического и фациального строения эксплуатационных объектов - вкрест преимущественного простирания зон коллекторов с различными проницаемостью и подвижностью или перпендикулярно к зонам регионального замещения (выклинивания) коллекторов (рис. 6.9).

Рис. 6.9 – Система разработки нефтяных залежей с разрезанием на блоки рядами нагнетательных скважин	Рис. 6.10 – Участок одного из месторождений Западной Сибири
1 - добывающие скважины; 2 - нагнетательные скважины; 3 - внешний контур нефтеносности.

Впервые система разработки с разрезанием залежи на блоки была применена на Ромашкинском нефтяном месторождении и показала значительные преимущества перед законтурным и приконтурным заводнением. Во-первых, эта система позволяет значительно улучшить показатели разработки залежей со значительной неоднородностью. Во-вторых, в разработку можно вводить любые блоки залежи, особенно те, которые содержат большие запасы нефти и отличаются высокими дебитами скважин. В-третьих, форма блоков может максимально отобразить геологопромысловые особенности залежей. В четвертых, данную систему разработки в необходимых случаях можно использовать в сочетании как с законтурным, так и с приконтурным заводнением. Все перечисленное способствовало широкому внедрению описываемых систем во многих нефтедобывающих районах страны.

Системы разработки с площадным заводнением применяются для залежей (эксплуатационных объектов), характеризующихся сравнительно однородным замещением песчаников глинистыми породами и низкими значениями вязкости нефти, проницаемости, гидропроводности и подвижности. Пласт должен характеризоваться значительной толщиной, что способствует лучшей выработке запасов. В залежах со значительной неоднородностью вода из нагнетательных скважин может прорываться по наиболее проницаемым пропласткам, что приводит к преждевременному обводнению добывающих скважин.

При системах с площадным заводнением чередуют нагнетательные и добывающие скважины, между которыми выдерживают определенные расстояния. При этом наблюдаются следующие варианты размещения как нагнетательных, так и добывающих скважин:

а) линейная (рядная) система;

б) четырехточечная система;

в) пятиточечная система;

г) семиточечная система;

д) девятиточечная система.

Линейная система

При данной системе ряды нагнетательных скважин чередуются с рядами добывающих. При этом обязательным условием является размещение нагнетательных и добывающих скважин в шахматном порядке, но расстояния между скважинами в рядах могут быть отличными от расстояний между рядами скважин с одинаковым назначением. Число рядов в линейных системах нечетное вследствие необходимости проводки центрального ряда скважин, к которому предполагается стягивать водонефтяной раздел при его перемещении в процессе разработки пласта. Поэтому центральный ряд скважин в этих системах часто называют стягивающим рядом. Различают следующие разновидности данной системы.

Однорядная система разработки. Расположение скважин при такой системе показано на рис. 6.11. Рядные системы разработки необходимо характеризовать уже некоторыми иными параметрами. Так, помимо расстояния между нагнетательными скважинами 2 и расстояния между добывающими скважинами , следует учитывать ширину блока или полосы (см. рис. 6.11).

Рис. 6.11 - Расположение скважин при однорядной системе разработки:

1 - условный контур нефтеносности; 2 - нагнетательные скважины;

3 - добывающие скважины.

Параметр плотности сетки скважин и параметр для однорядной, трехрядной и пятирядной систем могут принимать примерно такие же или большие значения, что и для систем с законтурным заводнением. О величине параметра уже было сказано. Параметр для рядных систем более четко выражен, чем для системы с законтурным заводнением. Однако он может колебаться в некоторых пределах. Так, например, для рассматриваемой однорядной системы . Это значит, что число нагнетательных скважин примерно (но не точно!) равно числу добывающих, поскольку число этих скважин в рядах и расстояния и могут быть различными. Ширина полосы при использовании заводнения может составлять 1 - 1,5 км, а при использовании методов повышения нефтеотдачи - меньшие значения.

Поскольку в однорядной системе число добывающих скважин примерно равно числу нагнетательных, то эта система очень интенсивная. При жестком водонапорном режиме дебиты жидкости добывающих скважин равны расходам закачиваемого агента в нагнетательные скважины. Эту систему используют при разработке низкопроницаемых, сильно неоднородных пластов с целью обеспечения большего охвата пластов воздействием, а также при проведении опытных работ на месторождениях по испытанию методов повышения нефтеотдачи пластов, поскольку она обеспечивает возможность быстрого получения тех или иных результатов. Вследствие того, что по однорядной системе, как и по всем рядным системам, допускается различное число нагнетательных и добывающих скважин в рядах, можно нагнетательные скважины использовать для воздействия на различные пропластки с целью повышения охвата неоднородного пласта разработкой.

Во всех системах с геометрически упорядоченным расположением скважин можно выделить элементарную часть (элемент). Элемент системы разработки содержит минимальное количество (в том числе и долю) нагнетательных и добывающих скважин, характеризующих данную систему в целом. Так как месторождение вводится в разработку и по площади и во времени постепенно, рассчитав показатели разработки для одного элемента и складывая элементы, прогнозируют темп разработки, текущую, конечную нефтеотдачу и другие показатели разработки месторождения в целом.

Поскольку в рядных системах число скважин в нагнетательных и добывающих рядах различное, расположение скважин в них можно считать только условно геометрически упорядоченным. Тем не менее, хотя бы условно, можно выделять и элементы.

Элемент однорядной системы разработки показан на рис. 6.12. При этом шахматному расположению скважин соответствует нагнетательная скважина 1 и добывающая скважина 3. Для «линейного» расположения скважин - нагнетательная скважина 2 и добывающая скважина 4. Не только в однорядной, но и в многорядных системах разработки могут применяться как шахматное, так и линейное расположение скважин.)

Рис. 6.12 - Элемент однорядной системы разработки

1 - “четверть” нагнетательной скважины при шахматном расположении скважин; 2 - “половина” нагнетательной скважины при линейном расположении скважин;
3, 4 - соответственно “четверть” и “половина” добывающей скважины.

При прогнозировании технологических показателей разработки месторождения достаточно рассчитать данные для одного элемента, а затем суммировать их по всем элементам системы с учетом разновременности ввода элементов в разработку.

Трехрядная и пятирядная системы. Для трехрядной и пятирядной систем разработки имеет значение не только ширина полосы , но и расстояния между нагнетательными и первым рядом добывающих скважин , между первым и вторым рядом добывающих скважин (рис. 6.13), между вторым и третьим рядом добывающих скважин для пятирядной системы (рис. 6.14). Ширина полосы зависит от числа рядов добывающих скважин и расстояния между ними. Если, например, для пятирядной системы = = =700 м, то = 4,2 км.

Рис. 6.13 - Расположение скважин при трехрядной системе разработки:

1 - условный контур нефтеносности; 2 - добывающие скважины; 3 – нагнетательные скважины

Рис. 6.14 - Расположение скважин при пятирядной системе разработки

Параметр для трехрядной системы равен примерно 1/3, а для пятирядной ~1/5. При значительной приемистости нагнетательных скважин по трехрядной и пятирядной системам число их вполне обеспечивает высокие дебиты жидкости добывающих скважин и высокий темп разработки месторождения в целом. Конечно, трехрядная система более интенсивная, нежели пятирядная, и обеспечивает определенную возможность повышения охвата пласта воздействием через нагнетательные скважины путем раздельной закачки воды или других веществ в отдельные пропластки. В то же время при пятирядной системе имеются большие, по сравнению с трехрядной, возможности для регулирования процесса разработки пласта путем перераспределения отборов жидкости из отдельных добывающих скважин. Элементы трехрядной и пятирядной систем показаны соответственно на рис. 6.15 и 6.16.

Рис. 6.15 - Элемент трехрядной системы разработки:

1 - две “четверти” нагнетательных скважин; 2 - добывающая скважина;
3 - две “четверти” добывающих скважин

Рис. 6.16 - Элемент пятирядной системы разработки:

1 - «половина» нагнетательной скважины; 2 - «половина» добывающей скважины первого ряда; 3 - добывающая скважина второго ряда; 4 - «четверть» добывающей скважины третьего ряда.

Четырехточечная система(рис. 6.17). При данной системе нагнетательные скважины располагаются в вершинах треугольника, а добывающая - в его центре.

а	б
=2	=2

Рис. 6.17 – Четырехточечная система размещения скважин (а – регулярная, б – скошенная)

Пятиточечная система(рис. 6.18). Элемент системы представляет собой квадрат, в углах которого находятся добывающие, а в центре - нагнетательная скважина. Для этой системы отношение нагнетательных и добывающих скважин составляет 1:1, так как на одну нагнетательную скважину в элементе приходится четыре четверти добывающих скважин.

а	б
=1	=1

Рис. 6.18 – Пятиточечная система размещения скважин (а – добывающая скважина в центре, б – нагнетательная в центре)

Семиточечная система(рис. 6.19). Элемент системы представляет собой шестиугольник с добывающими скважинами в углах и нагнетательной в центре (обращенная семиточечная). Параметр = 1/2, т.е. на одну нагнетательную скважину приходятся две добывающие.

а	б
=2/1	=1/2

Рис. 6.19 – Семиточечная система размещения скважин (а – семиточечная, б – обращенная семиточечная)

Девятиточечная система(рис. 6.20). Различают нормальную и обращенную девятиточечные системы размещения скважин с различным соотношением нагнетательных и добывающих скважин.

а	б
= 3/1	= 1/3

Рис. 6.20 - Девятиточечная система размещения скважин (а – нормальная девятиточечная, б – обращенная девятиточечная)

Самая интенсивная из рассмотренных систем с площадным расположением скважин пятиточечная, наименее интенсивная девятиточечная. Считается, что все площадные системы «жесткие», поскольку при этом не допускается без нарушения геометрической упорядоченности расположения скважин и потоков движущихся в пласте веществ использование других нагнетательных скважин для вытеснения нефти из данного элемента, если нагнетательную скважину, принадлежащую данному элементу, нельзя эксплуатировать по тем или иным причинам. В самом деле, если, например, в блочных системах разработки (особенно в трехрядной и пятирядной) не может эксплуатироваться какая-либо нагнетательная скважина, то ее может заменить соседняя в ряду. Если же вышла из строя или не принимает закачиваемый в пласт агент нагнетательная скважина одного из элементов системы с площадным расположением скважин, то необходимо либо бурить в некоторой точке элемента другую такую скважину (очаг), либо осуществлять процесс вытеснения нефти из пласта за счет более интенсивной закачки рабочего агента в нагнетательные скважины соседних элементов. В этом случае упорядоченность потоков в элементах сильно нарушается.

Рис. 6.21 - Элемент пятиточечной системы, превращаемый в элемент девятиточечной системы разработки: 1 - "четверти" основных добывающих скважин пятиточечного элемента; 2 - целики нефти; 3 - дополнительно пробуренные добывающие скважины; 4 - обводненная область элемента; 5 - нагнетательная скважина

В то же время при использовании системы с площадным расположением скважин по сравнению с рядной получают важное преимущество, состоящее в возможности более рассредоточенного воздействия на пласт. Это особенно существенно в процессе разработки сильно неоднородных по площади пластов. При использовании рядных систем для разработки сильно неоднородных пластов нагнетание воды или других агентов в пласт сосредоточено в отдельных рядах. В случае же систем с площадным расположением скважин нагнетательные скважины более рассредоточены по площади, что дает возможность подвергнуть отдельные участки пласта большему воздействию. В то же время, как уже отмечалось, рядные системы вследствие их большой гибкости по сравнению с системами с площадным расположением скважин имеют преимущество в повышении охвата пласта воздействием по вертикали. Таким образом, рядные системы предпочтительны при разработке сильно неоднородных по вертикальному разрезу пластов.

В поздней стадии разработки пласт оказывается в значительной своей части занятым вытесняющим нефть веществом (например, водой). Однако вода, продвигаясь от нагнетательных скважин к добывающим, оставляет в пласте некоторые зоны с высокой нефтенасыщенностью, близкой к первоначальной нефтенасыщенности пласта, т.е. так называемые целики нефти. На рис. 6.21 показаны целики нефти в элементе пятиточечной системы разработки. Для извлечения из них нефти в принципе можно пробурить скважины из числа резервных, в результате чего получают девятиточечную систему.

Система с барьерным заводнением применяется при разработке нефтегазовых залежей для предотвращения прорыва газа из газовой части пласта (газовой шапки). Системы разработки нефтегазовых залежей с барьерным заводнением рекомендуются в том случае, когда отсутствует трещиноватость пород, проницаемость вкрест напластования гораздо ниже аналогичной величины по напластованию пород. Наибольшая эффективность описываемой системы достигается при наличии плотных непроницаемых пропластков в интервале газонефтяного контакта, а также при небольших углах падения пород.

Нагнетательные скважины бурятся вдоль внутреннего контура газоносности или в некоторых случаях в непосредственной близости от него. Закачиваемая вода образует как бы барьер, который изолирует газонасыщенную часть залежи от нефтенасыщенной. Это позволяет одновременно добывать как нефть, так и газ. Особое внимание при контроле за разработкой уделяется исследованиям, позволяющим оценить возможность прорыва воды в добывающие скважины.

Избирательная система заводнения предназначена для разработки сильно неоднородных объектов при достаточно хорошо изученном их геологическом строении и применяется, как правило, на более поздних этапах разработки как дополнительная система к основной системе заводнения. Бурение нагнетательных скважин осуществляется с учетом детального изучения геологических особенностей участка, а также взаимосвязей между имеющимися на этом участке скважинами. Это предопределяет расположение нагнетательных скважин в соответствии с естественной неоднородностью коллектора на рассматриваемом участке и создает видимость их хаотичности. Совершенно очевидно, что такая система осложняет водоснабжение нагнетательных скважин и делает ее более дорогостоящей.

Системы с очаговым заводнением является одной из разновидностей избирательного заводнения, которое в сочетании с любой другой системой заводнения позволяет повысить эффективность выработки запасов не только из отдельных линз, связанных с неоднородностью геологического строения, но и из застойных зон, характерных для некоторых систем разработки. При очаговом заводнении в качестве нагнетательной скважины можно использовать одну из добывающих, которая дренирует хорошо проницаемый объем и имеет хорошую гидродинамическую связь с окружающими добывающими скважинами. Для увеличения коэффициента охвата значительного нефтенасыщенного объема пласта рациональным становится бурение резервной (одной или нескольких) скважины. При достаточной изученности месторождения очаговое заводнение может применяться как самостоятельный метод воздействия и регулирования выработки запасов.

Контрольные вопросы по теме 6

1. Что такое фонд скважин?

2. Для чего предусматривается резервный фонд скважин?

3. Что такое параметр плотности сетки скважин?

4. Удельный извлекаемый запас нефти или параметр А. П. Крылова?

5. Для каких объектов целесообразна разработка без воздействия на пласт?

6. В каких случаях целесообразно применение системы законтурного воздействия на пласт?

7. Чему равно отношение нагнетательных и добывающих скважин при однорядной системе внутриконтурного заводнения?

8. Чему равно отношение нагнетательных и добывающих скважин при трехрядной системе внутриконтурного заводнения?

9. Чему равно отношение нагнетательных и добывающих скважин при пятирядной системе внутриконтурного заводнения?

10. Чему равно отношение нагнетательных и добывающих скважин при пятиточечной системе внутриконтурного заводнения?

11. Чему равно отношение нагнетательных и добывающих скважин при семиточечной системе внутриконтурного заводнения?

12. Чему равно отношение нагнетательных и добывающих скважин при девятиточечной системе внутриконтурного заводнения?

13. Для чего применяется барьерное заводнение?

14. Что такое сайклин-процесс?

15. Для чего применяется очаговое заводнение?

16. Для чего применяется избирательное заводнение?