Круглый стол НЕФТЕГАЗОВЫЙ КОМПЛЕКС Опыт численного моделирования тепловых

Круглый стол «НЕФТЕГАЗОВЫЙ КОМПЛЕКС» Опыт численного моделирования тепловых методов разработки нефтяных месторождений в перспективе освоения баженовской свиты к. т. н. Афанаскин Иван Владимирович ОАО «СУРГУТНЕФТЕГАЗ» 27 августа 2013 г. Сур. ГУ – НИИСИРАН - ВНИИЭФ 1

Круглый стол «НЕФТЕГАЗОВЫЙ КОМПЛЕКС» Схема развития зон перспектив баженовской свиты Западной Сибири В. Л. Чирков, В. П. Сонич, Ю. Е. Батурин. 2010 ОАО «СУРГУТНЕФТЕГАЗ» 27 августа 2013 г. Сур. ГУ – НИИСИРАН - ВНИИЭФ 3

Круглый стол «НЕФТЕГАЗОВЫЙ КОМПЛЕКС» Этапы освоения баженовской свиты В. Л. Чирков, В. П. Сонич, Ю. Е. Батурин. 2010 ОАО «СУРГУТНЕФТЕГАЗ» 27 августа 2013 г. Сур. ГУ – НИИСИРАН - ВНИИЭФ 5

Круглый стол «НЕФТЕГАЗОВЫЙ КОМПЛЕКС» Тепловые способы разработки месторождений нефти: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. Непрерывная закачка пара или вытеснение паром; Циклическое нагнетание пара; Циклическое воздействие паром (CSS); Нагнетание горячей воды; Гравитационный режим закачки пара (SAGD); Прогрев затрубного пространства паром (HASD); Периодическая закачка пара в горизонтальные скважины; Попеременная закачка воды и пара (WASP); Экстракция растворителем в паровой фазе (VAPEX); Закачка воздуха и внутрипластовое горение (In-Situ Combustion); Внутрипластовое горение в присутствии воды (Wet In-Situ Combustion); Термогазовое воздействие; Направленная закачка воздуха (THAI); Забойные нагреватели различных г. конструкций; 27 августа 2013 ОАО «СУРГУТНЕФТЕГАЗ» Сур. ГУ – НИИСИРАН - ВНИИЭФ 6

Круглый стол «НЕФТЕГАЗОВЫЙ КОМПЛЕКС» Направленная закачка воздуха - THAI (закачка воздуха от «носка» к «пятке» - Toe-to-Heel Air Injection) THAI – тепловой метод добычи нефти, предусматривающий закачку воздуха в прикровельную часть пласта и добычу нефти из так называемой «умной» горизонтальной скважины, расположенной в подошвенной части пласта. При прорыве кислорода в добывающую скважину часть ствола, по которой произошел прорыв, закрывается и добыча продолжается дальше. ОАО «СУРГУТНЕФТЕГАЗ» 27 августа 2013 г. Сур. ГУ – НИИСИРАН - ВНИИЭФ 7

Круглый стол «НЕФТЕГАЗОВЫЙ КОМПЛЕКС» Схема процесса направленной закачки воздуха ОАО «СУРГУТНЕФТЕГАЗ» 27 августа 2013 г. Сур. ГУ – НИИСИРАН - ВНИИЭФ 8

Круглый стол «НЕФТЕГАЗОВЫЙ КОМПЛЕКС» Ремасштабирование неизотермических моделей с химическими реакциями для вычислений на крупноблочных сетках Если в численной модели с ячейками стандартных размеров (25*25 м. – 100*100 м. ) в качестве исходных данных использовать кинетические параметры, полученные на экспериментальных установках, без коррекции их значений, то расчетные физические поля и показатели разработки будут искажаться из-за несоответствия масштабов. Поэтому при моделировании химических реакций на ячейках размером, существенно превышающим размеры фронта горения, необходимо проводить корректировку параметров моделей. ОАО «СУРГУТНЕФТЕГАЗ» 27 августа 2013 г. Сур. ГУ – НИИСИРАН - ВНИИЭФ 9

Круглый стол «НЕФТЕГАЗОВЫЙ КОМПЛЕКС» Способ ремасштабирования неизотермических моделей с химическими реакциями для вычислений на крупноблочных сетках: 1. Строится секторная модель типичного участка залежи с учетом применяемой системы разработки и геологического строения объекта. Размеры ячеек этой модели не должны превышать нескольких метров, чтобы при расчетах на этой модели можно было использовать параметры химических реакций, полученные в результате эксперимента. Эту модель назовем условно мелкоячеистой. 2. На мелкоячеистой секторной модели рассчитываются планируемые варианты разработки с предполагаемыми расчетными параметрами (один вариант или несколько). Результаты расчетов по этой модели назовем «экспериментом» . 3. Затем проводится ремасштабирование созданной мелкоячеистой секторной модели до размеров блоков, соответствующих размерам, планируемым в полномасштабной модели объекта. Ремасштабированию подвергаются только фильтрационно-емкостные параметры модели. Такую секторную модель назовем крупноблочной. ОАО «СУРГУТНЕФТЕГАЗ» 27 августа 2013 г. Сур. ГУ – НИИСИРАН - ВНИИЭФ 10

Круглый стол «НЕФТЕГАЗОВЫЙ КОМПЛЕКС» Способ ремасштабирования неизотермических моделей с химическими реакциями для вычислений на крупноблочных сетках (продолжение): 4. Выбираются целевые функции для ремасштабирования, позволяющие оценить степень расхождения расчетов по крупноблочной и мелкоячеистой моделям. Минимум или максимум этих функций соответствуют максимальному сближению показателей разработки по двум моделям с ячейками разных размеров. 5. С помощью анализа устойчивости крупноблочной модели выбираются теплофизические, химические и фильтрационно-емкостные параметры, путем изменения которых будут минимизироваться или максимизироваться целевые функции. 6. На крупноблочной модели производятся расчеты тех же самых вариантов разработки, что и в пункте 2 на мелкоячеистой модели. Путем многофакторного поиска по параметрам, выбранным в пункте 5, с пересчетом показателей разработки по крупноблочной модели проводится минимизация или максимизация целевых функций, т. е. решается задача оптимизации. 7. Задача оптимизации из пункта 6 считается решенной, а ремасштабирование успешно завершенным, когда достигается заранее выбранное пороговое значение целевой функции, которое устраивает специалиста по моделированию. ОАО «СУРГУТНЕФТЕГАЗ» 27 августа 2013 г. Сур. ГУ – НИИСИРАН - ВНИИЭФ 11

Круглый стол «НЕФТЕГАЗОВЫЙ КОМПЛЕКС» Параметры цифровой модели: Размеры моделируемой области 100*50*20 м. Размеры ячеек мелкой сетки 2*2*2 м. , количество ячеек по осям 50*25*10 шт. Размеры ячеек «грубой» сетки 10*10*2 м. , количество ячеек по осям 10*5*10 шт. Пористость 20 % Проницаемость 700*10 -3 мкм 2 При расчете использованы следующие компоненты: О 2, СО 2, N 2, H 2 O и псевдокомпоненты: фракция тяжелой нефти (HEAVY), фракция легкой нефти (LIGHT), кокс (COKE). Принятые химические реакции: Реакция 1: Горение тяжелой нефтяной фракции HEAVY+18, 5 O 2→ 12 CO 2+13 H 2 O; Реакция 2: Горение легкой нефтяной фракции LIGHT+5 O 2→ 3 CO 2+4 H 2 O; Реакция 3: Пиролиз тяжелой нефтяной фракции HEAVY→ 2 LIGHT+4, 67 COKE+0, 48 Г; Реакция 4: Горение кокса COKE+1, 25 O 2→CO 2+0, 5 H 2 O. ОАО «СУРГУТНЕФТЕГАЗ» 27 августа 2013 г. Сур. ГУ – НИИСИРАН - ВНИИЭФ 12

Круглый стол «НЕФТЕГАЗОВЫЙ КОМПЛЕКС» Результаты ремасштабирования неизотермической модели с химическими реакциями для вычислений на крупноблочной сетке ОАО «СУРГУТНЕФТЕГАЗ» 27 августа 2013 г. Сур. ГУ – НИИСИРАН - ВНИИЭФ 13

Круглый стол «НЕФТЕГАЗОВЫЙ КОМПЛЕКС» Исследование метода направленной закачки воздуха применительно к разработке месторождений высоковязкой нефти Системы горизонтальных и вертикальных скважин Размеры моделируемой области 300*72*20 м. , размеры ячеек сетки 12*12*4 м. ; количество ячеек по осям 25*6*5 шт. Вариант 5 Варианты 1 -4 Вариант 6 ОАО «СУРГУТНЕФТЕГАЗ» Вариант 7 27 августа 2013 г. Сур. ГУ – НИИСИРАН - ВНИИЭФ 14

Круглый стол «НЕФТЕГАЗОВЫЙ КОМПЛЕКС» Изменение нефтеотдачи во времени для вариантов разработки 1 -7 Вариант 5 ОАО «СУРГУТНЕФТЕГАЗ» 27 августа 2013 г. Сур. ГУ – НИИСИРАН - ВНИИЭФ 15

Круглый стол «НЕФТЕГАЗОВЫЙ КОМПЛЕКС» Перемещение фронта горения, вар. 5 Коксонасыщенность>0, 01 д. ед. Температура>300 0 С 19 месяцев (1, 6 года) ОАО «СУРГУТНЕФТЕГАЗ» 35 месяцев (2, 9 года) 27 августа 2013 г. Сур. ГУ – НИИСИРАН - ВНИИЭФ 16

Круглый стол «НЕФТЕГАЗОВЫЙ КОМПЛЕКС» Перемещение фронта горения, вар. 5 Коксонасыщенность>0, 01 д. ед. Температура>300 0 С 73 месяца (6, 1 года) ОАО «СУРГУТНЕФТЕГАЗ» 96 месяцев (8 лет) 27 августа 2013 г. Сур. ГУ – НИИСИРАН - ВНИИЭФ 17

Круглый стол «НЕФТЕГАЗОВЫЙ КОМПЛЕКС» Технологические параметры вариантов Концентрация остаточного топлива – 19 кг/м 3 Температура на фронте горения – до 670 0 С ОАО «СУРГУТНЕФТЕГАЗ» 27 августа 2013 г. Сур. ГУ – НИИСИРАН - ВНИИЭФ 24

Круглый стол «НЕФТЕГАЗОВЫЙ КОМПЛЕКС» Расчёт технологических показателей добычи нефти с применением направленной закачки воздуха опытного участка пласта 7 месторождения А ОАО «СУРГУТНЕФТЕГАЗ» 27 августа 2013 г. Сур. ГУ – НИИСИРАН - ВНИИЭФ 26

Круглый стол «НЕФТЕГАЗОВЫЙ КОМПЛЕКС» Опыт по реализации внутрипластового горения на месторождении А Лабораторными исследованиями 70 -х гг. была показана принципиальная возможность осуществления процесса внутрипластового горения на месторождении А. Промысловый эксперимент проводился на одном участке месторождения. Процесс термовоздействия был запроектирован в два этапа. Первый этап – влажное внутрипластовое горение с одновременной закачкой воздуха и воды. Второй этап – проталкивание тепловой оторочки холодной водой. На первом этапе предполагалось обработать внутрипластовым горением 0, 4 объема пор пласта. При реализации процесса ВГ на опытном участке выявились следующие осложнения: Ш прорывы газообразных продуктов окисления в добывающие скважины; Ш срывы подачи глубинного насоса; Ш резкое повышение коррозионной активности добываемой продукции; Ш образование стойкой эмульсии в скважинах. ОАО «СУРГУТНЕФТЕГАЗ» 27 августа 2013 г. Сур. ГУ – НИИСИРАН - ВНИИЭФ 27

Круглый стол «НЕФТЕГАЗОВЫЙ КОМПЛЕКС» В результате проведенных работ был сделан вывод о том, что в данных условиях высокообводненных пластов с сернистой нефтью создание процесса внутрипластового горения неэффективно и даже убыточно. Из-за образования «кислых газов» горения возрастает выход скважин и скважинного оборудования из строя по причине интенсивной коррозии. Резко снижается межремонтный период. Распространение тепловой «зоны влияния» не регулируется из-за существенной неоднородности. Был сделан вывод о том, что процесс не может быть рекомендован к реализации. Однако, опытные работы на месторождении проводились в течение небольшого промежутка времени и процесс внутрипластового горения не успел проявить себя в полную силу. Кроме того, ряд скважин, участвовавших в эксперименте, вскрывал несколько пластов, что могло существенно снизить эффективность работ. Лабораторные работы показали высокую технологическую эффективность процесса ВГ. Со времени проведения эксперимента на месторождении методы контроля и регулирования процесса разработки совершили скачок вперед и сейчас позволяют регулировать процесс ВГ в условиях неоднородного коллектора. Со времени проведения эксперимента на месторождении также развились методы борьбы с коррозией и образованием эмульсий. Кроме того, были разработаны новые более эффективные виды внутрипластового горения, такие, как направленная закачка воздуха, позволяющая оперативно повысить нефтеотдачу, интенсифицировать добычу нефти и эффективно управлять процессом. 27 августа 2013 г. 28 ОАО «СУРГУТНЕФТЕГАЗ» Сур. ГУ – НИИСИРАН - ВНИИЭФ

Круглый стол «НЕФТЕГАЗОВЫЙ КОМПЛЕКС» Параметры цифровой модели: Размеры моделируемой области 2400*1200 м. Размеры ячеек мелкой сетки 10*10 м. ; размеры ячеек грубой сетки 100*100 м. ; общее количество активных ячеек 53136 шт. Эффективная нефтенасыщенная толщина 16, 4 м. Пористость 23 % Песчанистость 0, 66 д. ед. Начальная нефтенасыщенность 0, 8 д. ед. Проницаемость 1090*10 -3 мкм 2 Вязкость нефти в пластовых условиях 29 м. Па*с При расчете использованы следующие компоненты: О 2, N 2 -СОx, N 2, H 2 O и псевдокомпоненты: С 1 -С 5 (LO), С 6 -С 12 (MO), C 13+ (HO). Принятые химические реакции: 1. Горение средней нефтяной фракции MO+11, 66 O 2→ 7, 67 H 2 O+11, 45 N 2 -COx; 2. Горение тяжелой нефтяной фракции HO+25, 08 O 2→ 16, 5 H 2 O+24, 63 N 2 -COx. ОАО «СУРГУТНЕФТЕГАЗ» 27 августа 2013 г. Сур. ГУ – НИИСИРАН - ВНИИЭФ 29

Круглый стол «НЕФТЕГАЗОВЫЙ КОМПЛЕКС» Адаптация термогидродинамической модели Куб нефтенасыщенности ОАО «СУРГУТНЕФТЕГАЗ» 27 августа 2013 г. Сур. ГУ – НИИСИРАН - ВНИИЭФ 30

Круглый стол «НЕФТЕГАЗОВЫЙ КОМПЛЕКС» Расстановка скважин по вариантам ОАО «СУРГУТНЕФТЕГАЗ» 27 августа 2013 г. Сур. ГУ – НИИСИРАН - ВНИИЭФ 31

Круглый стол «НЕФТЕГАЗОВЫЙ КОМПЛЕКС» Изменение нефтеотдачи во времени для вариантов разработки 1 -4 На 01. 2012 г. текущий КИН 0, 283 д. ед. ОАО «СУРГУТНЕФТЕГАЗ» 27 августа 2013 г. Сур. ГУ – НИИСИРАН - ВНИИЭФ 32

Круглый стол «НЕФТЕГАЗОВЫЙ КОМПЛЕКС» Выводы: 1. Эффективная разработка баженовской свиты в долгосрочной перспективе возможна только с применением тепловых методов. 2. В данных условиях наиболее эффективным тепловым методом разработки является внутрипластовое горение в различных его модификациях. 3. Для контроля и регулирования разработки баженовской свиты необходимо численное термогидродинамическое моделирование, основанное на мощном комплексе исследований: ь ГИС, ь ПГИ, ь ТГДИ, ь сейсмические исследования, ь трассерные исследования, ь PVT-анализ флюидов, ь анализ керна, ь специальные методы исследования для создания модели внутрипластовых окислительных реакций при внутрипластовом горении, теплофизические исследования керна и флюидов, ь контроль состава флюидов в процессе разработки и пр. ОАО «СУРГУТНЕФТЕГАЗ» 27 августа 2013 г. Сур. ГУ – НИИСИРАН - ВНИИЭФ 33

Круглый стол «НЕФТЕГАЗОВЫЙ КОМПЛЕКС» Выводы: 4. Для эффективного термогидродинамического моделирования внутрипластового горения необходимо использование расчетных ячеек размерами в плоскости XY порядка нескольких метров. 5. Количество ячеек при использовании такой мелкой сетки может составлять от 1 млн. до 1 млрд. штук. 6. Для расчета моделей таких размеров необходимо использование суперкомпьютеров и специальных программ-симуляторов. ОАО «СУРГУТНЕФТЕГАЗ» 27 августа 2013 г. Сур. ГУ – НИИСИРАН - ВНИИЭФ 34

Круглый стол «НЕФТЕГАЗОВЫЙ КОМПЛЕКС» ОАО «СУРГУТНЕФТЕГАЗ» 27 августа 2013 г. Сур. ГУ – НИИСИРАН - ВНИИЭФ