Методы оценки эффективности геолого-технических мероприятий

Известно что, разработка месторождений на поздних стадиях характеризуется ростом обводненности продукции и снижением уровня добычи. Для поддержания или повышения добычи нефти в таких месторождениях применяются различные новые технологий и ГТМ. На сегодняшний день на месторождениях используются различные виды ГТМ, а именно: обработка призабойной зоны (ОПЗ), гидроразрыв пласта (ГРП), методы увеличения нефтеотдачи (МУН) и т.д. Широкий спектр видов ГТМ и МУН и их технологическое развитие ставит вопросы о необходимости выбора наиболее эффективных методов, обеспечивающих нужную технико – экономическую эффективность в конкретных условиях.

Одним из методов, имеющий значительный потенциал при извлечений остаточных нефтей, является химический метод, но их закачка является дорогостоящим процессом. Наряду с физико – химическими методами широкое применение получили гидродинамические методы.

Необходимость расширения масштабов применения современных методов и технологий повышения нефтеотдачи требует от ученых постоянное совершенствование научных основ разработки нефтяных месторождений. Определение наиболее эффективных и развитие наиболее подходящих методов увеличения нефтеотдачи – это процесс, является ключевым. На сегодняшний день имеются большое количество исследований, свидетельствующих о большом интересе исследователей к данному вопросу.

Как показывает практика, для выбора наиболее эффективных ГТМ применяются различные модели для решения задач прогнозирования добычи нефти. Прогнозные показатели определяются тенденциями добычи нефти и эффективностью планируемых ГТМ.

Как правило, оценку фактической эффективности ГТМ и МУН проводят экстрополяционными методами или по методам характеристик вытеснения.

Характеристика вытеснения – это различные зависимости между величинами отборов нефти, воды или жидкости. Характеристики вытеснения подразделяются на две большие группы: кривые обводнения и падения.

Кривые обводнения определяют процесс обводнения скважин в зависимости от накопленной добычи жидкости.

Кривые падения – это зависимости объемов текущей добычи нефти от фактора времени и зависимости между текущей и накопленной добычей нефти.

Многолетний опыт применения этих характеристик показывает, что каждая из них используются в ограниченном временном интервале и к каждому пласту необходимо подбирать свою характеристику. Помимо этого, достоверность прогноза зависит от временного интервала. Как часто показывает практика, прогнозные показатели по характеристикам вытеснения отличаются от фактических часто на 20% и более, а так как дополнительная добыча нефти, обычно, составляет иногда 1-2%, то точность прогноза имеет очень большое значение.

Обзор соответствующих литератур показывает что, в некоторых работах рассматривается вопросы, касающиеся выбора наиболее точных методов оценки ГТМ, а также приводится зависимости, отражающие возможные случаи дифференциации технологического эффекта метода повышения нефтеотдачи. В некоторых работах исследователи делают выводы, что прогнозирование эффекта ГТМ, основанное на экстраполяции кривых фактической и базовой добычи нефти, с использованием методов характеристик может быть не всегда надежным.

Установлено, что при наличии информации по падающей добыче нефти после проведения ГТМ возможна надежная экстраполяция характеристик вытеснения. В таком случае возможно применение методов прогнозирования, основанных на использовании коэффициентов падения дебита нефти. Если информация по отборам нефти после проведения ГТМ недостаточна [1,2], то можно применять коэффициенты падения отборов по другим скважинам.

Объектом прогноза являются скважины, участки, цех, пласт, интервалы прогноза – месяц, квартал, год. В зависимости от характера и очередности планируемых мероприятий возникает необходимость проведения многовариантных расчетов, что требует соответствующего программного обеспечения с применением современного математического аппарата.

Поэтому в последнее время разработана и применяется в производстве технология расчетов прогнозных показателей, реализованная в интегральном комплексе «Баспро - аналитик».

Программный комплекс состоит из двух программных модулей – «Баспро - характеристики» и «Баспро - прогноз».

Модуль «Баспро - характеристики»- обеспечивает расчет базовой добычи при сложившейся системе разработки и оценку эффекта от проведенных ГТМ. «Баспро - прогноз» - рассчитывает прогнозную добычу нефти с учетом предполагаемого эффекта от планируемых ГТМ.

«Баспро - характеристики»- модуль расчета базовых уровней, оценки эффективности ГТМ, обеспечивает расчет характеристики базовый добычи нефти по заданной истории для любых геолого- промысловых объектов месторождения, пласта, скважины и др. Полученные результаты сохраняются в базах данных: характеристик, прогнозной добычи эффектов от ГТМ. При расчете используются формулы Ревенко, Лысенко, Камбарова, Назарова, полученные на основе модели Баклея – Леверетта. Структура базы данных «Баспро - характеристики» приведена на рисунке 1.

Рисунок 1.Структура базы данных «Баспро - характеристики»

Расчетные показатели оценки эффекта ГТМ определяются в соответствии с «Методическим руководством по оценке технологической эффективности применения методов увеличения нефтеотдачи пластов».

Применение методику расчета эффективности ГТМ дает возможность определения технологической эффективности ГТМ двумя возможными путями:

1. Постоянно действующей многомерной детерминированной моделью фильтрации;
2. Малопараметрической вероятностно – статистической моделью на основе данных истории разработки.

Концептуально новое методическое руководство – унифицированная методика оценки технологической эффективности ГТМ – позволяет ограничить субъективизм при оценках и полностью учесть уровень извлекаемых запасов, всю историю разработки, эволюцию обводненности, время наработки и доразработки конкретно рассматриваемого месторождения.

В методике предусмотрены оценка достоверности исходных данных, теоретические предпосылки, тестирование предлагаемой методики, инструкция к программному комплексу. Это позволяет повысить качество и достоверность принимаемых решений.

Тестирование предлагаемой программы осуществлялось с помощью сопоставления с эталонным решением. Эталонное решение получено при моделировании процесса разработки конкретного объекта с использованием программы трехмерной трехфазной фильтрации «LAURA». Методика и программное обеспечение разработаны в ОАО «Всероссийский нефтегазовый научно-исследовательский институт им. академика А.П. Крылова».

На основе трехмерных гидродинамических расчетов модельных и реальных участков нефтяных пластов ими были проведены экспериментальные расчеты с использованием программных комплексов «Tempest MORE (Roxar) и Eclipse (Schlumberger), результаты которых сопоставлялись с инженерными расчетами по следующим методикам оценки технологической эффективности ГТМ: методика ВНИИнефти, СибНИИНП, А.А.Казакова и А.Х.Шахвердиева.

Эффективность методики заключается в оценке по выбранному ограниченному временному интервалу параметров характеристики, описывающей процесс вытеснения дренирования пласта скважинами.

В связи с анализом данных и поддержкой принятия решения о ГТМ Тюменскими специалистами предложена концепция корпоративной базы знаний ТНК [8], предназначенной для хранения, развития, использования опыта и эмпирических знаний специалистов компании, занимающихся геолого-технологическими мероприятиями (ГТМ).

Для формализации представления ситуаций, разработки алгоритмов ситуационного анализа (методы общего ситуационного подхода) и поиска использован математический аппарат гиперграфов.

Ситуационный метод (ситуационные модели в корпоративных базах знаний) основан на поиске и использовании аналогий, известных из реального опыта профессиональной деятельности. Реальность опыта для инженера может быть более важной, чем результаты математического моделирования. Интерес может представлять соединение обоих подходов, при котором ситуации-аналоги будут использованы для выбора предполагаемых параметров ГТМ, а моделирование – для численного исследования этих моделей и прогнозирования результатов.

Согласно данной работе для формирования базы данных ГТМ [3,4] по скважинам по каждому пласту выбираются следующие критерии:

• текущая нефтенасыщенная толщина более 2 м;
• пласт не перфорирован, либо по текущему фонду скважина недобывающая;
• пласт не имеет слияния с перфорированным пластом, либо скважина недобывающая (данный критерий может не учитываться);
• в радиусе менее 500 м нет добывающих по текущему фонду скважин, работающих на данный пласт;
• глинистость пласта менее 6% (данный критерий может не учитываться, если предполагается применение МУН (разглинизация);
• проницаемость пласта более 0,07 мкм².

По всем рассматриваемым пластам подсчитываются прогнозные дебиты.

Опыт проведения геолого-технических мероприятий [5,6], а также опубликованные работы свидетельствуют о необходимости решения множества задач, связанных с выбором одного из многих вариантов возможных решений.

Однако, наличие множества критериев, зачастую противоречивых, создает затруднения в выборе наилучшего решения. В связи с этим авторы сводят решение многокритериальной задачи к однокритериальной с помощью теории нечетких множеств, считая этот критерий как меру целесообразности -проведения предусмотренного ГТМ [7-9], что по их мнению позволяет осуществить быструю ранжировку возможных вариантов решения по степени целесообразности и сформировать наиболее предпочтительный график работ.

Для определения эффективности какого-либо дополнительного технического мероприятия по увеличению текущей добычи и конечной нефтеотдачи следует рассчитать два варианта разработки нефтяной залежи (эксплуатационного объекта):

• без дополнительного мероприятия (базовый вариант);
• с дополнительным мероприятием.

Разности основных технологических и экономических показателей по второму и первому вариантам будут действительной оценкой эффективности мероприятия.

Для уточнения геологических условий распределения текущих запасов нефти, оценки эффективности применения методов увеличения нефтеотдачи (МУН) и осуществления прогноза для новых участков залежи необходимо построение геолого-фильтрационных моделей. В этой связи рассмотрен методический подход к разработке и внедрению корпоративных программных продуктов, ориентированных на массового пользователя и предназначенных для эксплуатации геолого-фильтрационных моделей, применительно к задачам повышения нефтеотдачи пластов.

Для оперативного решения производственных задач авторами была использована программная продукция – трехмерная информационно-аналитическая система (ТРИАС), разработанная сотрудниками НИИ математики и механики им. Н.Г.Чеботарева и ООО «Венсис» при активном участии специалистов производственных организаций.

В рамках этой системы используется понятие постоянно действующей модели (ПДМ). Под ПДМ понимается единая компьютерная технология, представляющая собой совокупность цифровой интегрированной геологической, геофизической, гидродинамической информации (база данных), 3D геологической и фильрационной моделей и программных средств построения и просмотра моделей, выдачи отчетного графического и табличного материала. В работе дано описание основных функций программных модулей. В расчетную группу входят три модуля, предназначенных для построения геологической, фильтрационной моделей и модели ГТМ. Модуль построения геологической модели работает при наличии базы данных по первичным показателям, модуль построения фильтрационной модели (Fluid) действует при условии построенной геологической модели (Geo), модуль оценки и прогноза эффективности ГТМ (GTM) использует для работы результаты построения геологической и фильтрационной моделей.

Таким образом охватывается практически вся геолого-промысловая информация. Выделены классы нефтепромысловых задач.

В связи с ГТМ в расчетной группе программных модулей имеется модуль GTM, который решает две функции:

1. Оценку эффективности применения ГТМ;

2. Анализ эффективности ГТМ в различных геолого-промысловых условиях.

На поздней стадии разработки месторождений возрастают требования к детальности моделей, возникает необходимость работы с отдельными участками. Повышение нефтеотдачи связывается с грамотным применением новых технологий и подбором объектов воздействия. Это достигается выявлением в истощенных пластах областей, содержащих запасы нефти, не охваченные заводнением. Применение трехмерных дифференцированных по геологическим особенностям фильтрационных моделей позволяет обосновать оптимальные технологии воздействия.

Согласно рекомендациям руководящих документов [10, 11] для оценки качества первичного и вторичного вскрытия пласта, эффективности ОПЗ, проводимых в добывающих скважинах, рекомендуется использовать безразмерный показатель – скин-фактор, характеризующий потери давления вследствие различных причин при фильтрации пластового флюида в призабойной зоне.

Формула для расчета скин-фактора, полученная на основе уравнения Дюпюи, имеет следующий вид

,

где Dp(t) – изменение давления по интерполированной прямой, проведенной

по участку кривой восстановления давления (КВД) в полулогарифмических координатах, характеризующего плоскорадиальный приток, за период t с момента остановки скважины (в некоторых работах, например [12], для упрощения и унификации формулы предлагается принимать t=1 ч);

i – уклон прямолинейного участка КВД в полулогарифмических координатах;

χ=k/(μβ)¹ – пьезопроводность пласта;

k/μ – подвижность, которая может быть рассчитана по рассматриваемой КВД;

β – упругоемкость пластовой системы, рассчитываемая на основе результатов лабораторных исследований керна;

r_c – радиус скважины [13].

С использованием вышеприведенного скин-фактора технология термогидродинамических исследований скважин [14], используемая в СургутНИПИнефти, позволяет на стадии освоения после бурения и ремонта оценивать степень влияния буровых растворов на ПЗП, качество первичного и вторичного вскрытия пласта, эффективность ГТМ по интенсификации притока

В начале проводятся идентификация геолого-математической модели, построенной на геофизическом и керновом материалах, с целью уточнения фильтрационно-емкостных параметров по данным истории разработки.

В качестве критерия идентификации авторы принимают достижение удовлетворительного совпадения фактической и расчетной динамики годовой и накопленной добычи нефти и жидкости в целом по участку, а также динамики среднего пластового давления.

В результате воспроизведения истории разработки участка на модели было получено распределение текущей нефтенасыщенности на конец периода истории и показано, что несмотря на высокую текущую обводненность добываемой продукции в пласте еще имеются значительные запасы нефти. Для таких объектов авторы считают целесообразным использование технологии выравнивания профиля приемистости нагнетательных скважин, в частности закачки полимеров, и проводят оценку эффективности полимерного заводнения путем сопоставления результатов моделирования, дальнейшей эксплуатации участка как при условиях, сложившихся к концу периода истории (базовый вариант), так и с применением различных модификаций полимерного заводнения.

С целью изучения влияния концентрации полимерного раствора на нефтеотдачу пласта на модели рассмотренного участка были проведены расчеты различных вариантов разработки.

Проведенные расчеты, как отмечают авторы, позволили оценить потенциальные возможности технологии полимерного заводнения и существуют оптимальные соотношения концентрации полимера в закачиваемом растворе и объемов оторочки. По мнению авторов на основе многовариантных гидродинамических расчетов может быть определена оптимальная концентрация полимера для конкретных геолого –технологических и экономических условий.

Приведенный выше обзор свидетельствует о большом интересе исследователей к вопросу оценки эффективности ГТМ, разработке научно-обоснованных методических подходов, анализу и выбору наилучших вариантов решений, и тем самым еще раз подтверждает важность и актуальность поиска решений по повышению эффективности ГТМ.