Разработка нефтяных и газовых месторождений Старший преподаватель кафедры

Зарегистрируйтесь, чтобы просмотреть полный документ!

Разработка нефтяных и газовых месторождений Старший преподаватель кафедры техники и технологии месторождений полезных ископаемых ГРФ Попов Валентин Всеволодович

Нефтяная и газовая отрасли являются ведущими в топливноэнергетическом комплексе (ТЭК) каждой страны и оп-ределяют ее экономический потенциал и экономическую ста-бильность. Из нефти и газа получают свыше 2000 наименований нефтепродуктов, используемых как в промышленности, так и в быту. В мировом энергетическом балансе доля нефти и газа в последние десятилетия изменилась соответственно от 32 и 14% в 60 -х гг. до 42 и 18% в 80 -х. Суммарная доля нефти и газа в топливно-энергетическом балансе крупных нефтегазодобывающих стран (рис. 1) достигла в 90 -х гг. 60 — 70% и удерживается на этом уровне и в настоящее время; в России эта доля составляет около 72% (рис. 2 и 3). В 2001 г. тенденции увеличения доли нефти и газа в мировом энергетическом балансе замедлились (рис. 4 и 5). В Германии и США свыше 55% электроэнергии вырабатывается на базе угля, в Англии — 50%, в России — 21. Структура потребления топливно-энергетических ресурсов (ТЭР) в России значительно отличается от мировой и характеризуется возрастающей ролью газа, доля которого достигает 47— 50% (во Франции — 13%, в Германии — 21, в США — 27, в Канаде — 30). Суммарное потребление нефти и газа в энергетическом балансе России к 2001 г. превысило 82 — 83% против 60 — 63% в общемировой структуре ТЭР. Наряду с этим в России за последние 15 лет резко сократилось использование угля — до 12, 0— 12, 4%, тогда как в мировой энерго структуре его доля составляет 25 — 28%. Потребление нефти и газа в период 1991 — 2001 гг. в мире в целом возросло соответственно на 4, 1 и 9, 2%, в том числе в экономически развитых странах на 17, 8 и 21, 4%, из них в США — на 14, 11 и 39, 5%. 4

Нефть и конденсат Природный и попутный газ. Уголь Атомная энергия Гидроэнергия и др Рис. 1. Мировой топливно-энергетический баланс Нефть и конденсат Природный и попутный газ Уголь Атомная энергия Гидроэнергия Торф, сланцы и др. . Рис. 2. Структура топливно-энергетического баланса России (в % потребления энергии)

Нефть и конденсат Природный и попутный газ Уголь Атомная энергия Гидроэнергия и др. Рис. 3. Оптимальный топливно-энергетический баланс России Нефть Природный газ Уголь Ядерная энергия Гидроэлектроэнергия Рис. 4. Энергетический баланс мира, 2001 г. Источник: ВР Statistical Review 6

Нефть Природный газ Уголь. Ядерная энергия Гидроэлектроэнергия Рис. 5. Энергетический баланс США, 2001 г. Источник: ВР Statistical Review Доля этих стран, имеющих численность населения 16— 17% от общей на планете, в общемировом потреблении составила: нефти — почти 50%, газа — более 52. Четверть мирового потребления нефти и третья часть газа приходятся на США. В России за указанный период собственное потребление нефти снизилось наполовину, газа — на 13— 14%. Оптимальным топливно-энергетическим балансом России на перспективу можно считать 55% нефти и газа и 31% угля; атомной, гидроэнергии и др. — 14% (рис. 3). На начало 2002 и 2003 гг. доказанные запасы нефти в мире составили 140, 2 и 165, 0 млрд. т, газа -154, 4 и 155, 8 трлн. м 3. Значительная доля этих ресурсов приходится на Россию.

В 2001 и в 2002 гг. в мире добывалось соответственно 3301, 8 и 3291, 4 млн т нефти и 2464, 0 и 2485, 8 млрд м 3 природного газа. В России добыча нефти в 2001 и 2002 гг. составила 348, 0 и 379, 6 млн т, т. е. 10, 9 и 11, 5% мировой добычи, газа 581, 5 и 595, 3 млрд м 3 или 23, 6 и 23, 9%. Суммарная добыча за всю историю использования углеводородных ресурсов России составляет в настоящее время по нефти 17% от прогнозных извлекаемых ресурсов и по газу 5%. Обеспеченность добычи разведанными запасами топлива оценивается по нефти и газу в несколько десятков лет, по углю — значительно выше. Максимальный уровень добычи нефти с газовым конденсатом в СССР достигал 616 млн. т (1987 - 1989), в России 570 млн. т, газа в 1990 -1991 гг. - 815 млрд. м 3, в России 643.

Задачи рациональной разработки Разработка нефтяных и газовых месторождений – это непрерывный производственно-исследовательский процесс, включающий в себя: эксплуатационное разбуривание, добычу нефти и газа, мероприятия по воздействию на пласт и исследовательские работы. Рациональной системой разработки считается такая, которая обеспечивает: 1)удовлетворение потребностей страны в нефти и газе, т. е. выполнение Государственного плана по добыче нефти и газа; 2)учет всех естественных, производственных и экономических особенностей нефтяного района; 3)наиболее рациональное и эффективное использование естественной пластовой энергии; 4)возможность сочетания рационального использования естественной пластовой энергии с применением методов интенсификации добычи нефти и газа из недр при минимальных капиталовложениях.

Порядок ввода месторождений в промышленную разработку 1. Ввод нового нефтяного или газового месторождений (залежи) в промышленную разработку допускается, если: а)новое нефтяное или газовое месторождение (залежь) в достаточной степени разведано: на нефтяном месторождении установлено положение внешнего и внутреннего контуров нефтеносности и газонефтяного контакта, а на газовом – отсутствие в газоносных пластах таких залежей нефти, которые по запасам и экономическому значению требовали бы предварительной разработки нефтяной части и временной консервации газовой; проведена опытная эксплуатация разведочных скважин по плану и в сроки, согласованные предприятием с управлением округа РОСТЕХНАДЗОРА РФ; б)составлен отчет о результатах разведочного бурения; в)утверждены запасы нефти или газа в Государственной комиссии по запасам полезных ископаемых при Совете Федерации РФ; г)составлен и утвержден проект разработки месторождения (залежи); д)оформлены горный и земельные отводы

2. Ввод в разработку на новом месторождении одного из горизонтов до выяснения промышленного значения других допускается в случае экономической целесообразности, устанавливаемой проектом разработки месторождения. 3. Организация добычи нефти или газа на новом месторождении (залежи) должна осуществляться по генеральной схеме строительства нефтяного или газового промысла, составляемой на основе утвержденного проекта разработки (технологической схемы) данного месторождения (залежи). В генеральной схеме строительства нефтяного промысла должны быть указаны методы использования добываемого газа и на основе их составлен технический проект сбора и утилизации попутного газа. 4. Проект разработки нефтяного или газового месторождения необходимо составлять на основе всесторонних комплексных исследований месторождения и научно обоснованных расчетов с учетом природных условий данного месторождения и данного пласта (режима работы пласта, его литолого-физической характеристики и особенностей залегания нефти и газа). Для интенсификации добычи нефти и газа и увеличения нефтегазоотдачи в необходимых случаях должны составляться и утверждаться как для месторождения (залежи) в целом, так и для его отдельных частей рекомендации проектирующих организаций. 5. Проекты разработки крупных и сложных месторождений нефти или газа должны составляться специализированными научно-исследовательскими организациями.

СИСТЕМЫ И ТЕХНОЛОГИЯ РАЗРАБОТКИ НЕФТЯНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИИ § 1. ОБЪЕКТ И СИСТЕМА РАЗРАБОТКИ Нефтяные и н е ф т е г а з о в ы е месторождения — это скопления углеводородов в земной коре, приуроченные к одной или нескольким локализованным геологическим структурам, т. е. структурам, находящимся вблизи одного и того же географического пункта. Залежи углеводородов, входящие в месторождения, обычно находятся в пластах или массивах горных пород, имеющих различное распространение под землей, часто — различные геолого-физические свойства. Во многих случаях отдельные нефтегазоносные пласты разделены значительными толщами непроницаемых пород или находятся только на отдельных участках месторождения. Такие обособленные или отличающиеся по свойствам пласты разрабатывают различными группами скважин, иногда при этом используют различную технологию. Введем понятие об объекте разработки месторождения.

Объект р а з р а б о т к и — это искусственно выделенное в пределах разрабатываемого месторождения геологическое образование (пласт, массив, структура, совокупность пластов), содержащее промышленные запасы углеводородов, извлечение которых из недр осуществляется при помощи определенной группы скважин или других горнотехнических сооружений. Разработчики, пользуясь распространенной у нефтяников терминологией, обычно считают, что каждый объект разрабатывается ≪своей сеткой скважин≫. Необходимо подчеркнуть, что сама природа не создает объекты разработки — их выделяют люди, разрабатывающие месторождение. В объект разработки может быть включен один, несколько или все пласты месторождения. Чтобы лучше усвоить понятие объекта разработки, рассмотрим пример. Пусть имеем месторождение, разрез которого показан на рис. 1. Это месторождение содержит три пласта, отличающиеся толщиной, областями распространения насыщающих их углеводородов и физическими свойствами. В таблице приведены основные свойства пластов 1, 2 и 3, залегающих в пределах месторождения. Можно утверждать, что на рассматриваемом месторождении целесообразно выделить два объекта, объединив 1 и 2 объекта в один объект разработки (объект I), а пласт 3 разрабатывать как отдельный объект (объект II).

Включение пластов / и 2 в один объект обусловлено тем, что они имеют близкие значения проницаемости и вязкости нефти и находятся на небольшом расстоянии друг от друга по вертикали. К тому же извлекаемые запасы нефти в пласте 2 сравнительно невелики. Пласт 3 хотя и имеет меньшие по сравнению с пластом 1 извлекаемые запасы нефти, но содержит маловязкую нефть и высокопроницаемый. Следовательно, скважины, вскрывшие этот пласт, будут высокопродуктивными. Кроме того, если пласт 3, содержащий маловязкую нефть, можно разрабатывать с применением обычного заводнения, то при разработке пластов 1 и 2, характеризующихся высоковязкой нефтью

придется с начала разработки применять иную технологию, например вытеснение нефти паром, растворами полиакриламида (загустителя воды) или при помощи внутрипластового горения. Вместе с тем следует учитывать, что, несмотря на существенное различие параметров пластов 1, 2 и 3, окончательное решение о выделении объектов разработки принимают на основе анализа технологических и технико-экономических показателей и различных вариантов объединения пластов в объекты разработки. Объекты разработки иногда подразделяют на следующие виды: самостоятельный, т. е. разрабатываемый в данное время, и возвратный, т. е. тот, который будет разрабатываться скважинами, эксплуатирующими в этот период другой объект. Системой р а з р а б о т к и нефтяного месторожденияследует называть совокупность взаимосвязанных инженерных решений, определяющих объекты разработки; последовательность и темп их разбуривания и обустройства; наличие воздействия на пласты с целью извлечения из них нефти и газа; число, соотношение и расположение нагнетательных и добывающих скважин; число резервных скважин, управление разработкой месторождения, охрану недр и окружающей среды. Построить систему разработки месторождения означает найти и осуществить указанную выше совокупность инженерных решений.

Однако чрезмерное объединение пластов в один объект может привести к существенным потерям в нефтеотдачеи в конечном счете к ухудшению технико-экономических показателей. На выделение объектов разработки влияют следующие факторы. 1. Геолого-физические свойства пород-коллекторов нефти игаза. Резко отличающиеся по проницаемости, общей и эффективной толщине, а также неоднородности пласты во многих случаях нецелесообразно разрабатывать как один объект, поскольку они могут существенно отличаться по продуктивности, пластовому давлению в процессе их разработки и, следовательно, по способам эксплуатации скважин, скорости выработки запасов нефти и изменению обводненности продукции. Для различных по площадной неоднородности пластов могут быть эффективными различные сетки скважин, так что объединять такие пласты в один объект разработки оказывается нецелесообразным. В сильно неоднородных по вертикали пластах, имеющих отдельные низкопроницаемые пропластки, не сообщающиеся с высокопроницаемыми, бывает трудно обеспечить приемлемый охват горизонта воздействием по вертикали вследствие того, что в активную разработку включаются только высокопроницаемые пропластки,

а низкопроницаемые прослоине подвергаются воздействию закачиваемого в пласт агента (воды, газа). С целью повышения охвата таких пластов разработкой их стремятся разделить на несколько объектов. 2. Физико-химические свойства нефти и газа. Важное значение при выделении объектов разработки имеют свойства нефтей. Пласты с существенно различной вязкостью нефти бывает нецелесообразно объединять в один объект, так как их можно разрабатывать с применением различной технологии извлечения нефти из недр с различными схемами расположения и плотностью сетки скважин. Резко различное содержание парафина, сероводорода, ценных углеводородных компонентов, промышленное содержание других полезных ископаемых также может стать причиной невозможности совместной разработки пластов как одного объекта вследствие необходимости использования существенно различной технологии извлечения нефти и других полезных ископаемых из пластов

личные пласты, залегающие сравнительно недалеко друг от друга по вертикали и имеющие сходные геолого-физические свойства, в ряде случаев бывает нецелесообразно объединять в один объект в результате различного фазового состояния пластовых углеводородов и режима пластов. Так, если в одном пласте имеется значительная газовая шапка, а другой разрабатывается при естественном упруговодонапорном режиме, то объединение их в один объект может оказаться нецелесообразным, так как для их разработки потребуются различные схемы расположения и числа скважин, а также различная технология извлечения нефти и газа. 4. Условия управления процессом разработки нефтяных месторождений. Чем больше пластов и пропластков включено в один объект, тем технически и технологически труднее осуществлять контроль за перемещением разделов нефти и вытесняющего ее агента (водонефтяных и газонефтяных разделов) в отдельных пластах и пропластках, труднее осуществлять раздельное воздействие на пропластки и извлечение из них нефти и газа, труднее изменять скорости выработки пластов и пропластков. Ухудшение условий управления разработкой месторождения ведет к уменьшению нефтеотдачи

5. Техника и технология эксплуатации скважин. Могут быть многочисленные технические и технологические причины, приводящие к целесообразности или нецелесообразности применения отдельных вариантов выделения объектов. Например, если из скважин, эксплуатирующих какой-то пласт или группы пластов, выделенных в объекты разработки, предполагается отбирать настолько значительные дебиты жидкости, что они будут предельными для современных средств эксплуатации скважин. Поэтому дальнейшее укрупнение объектов окажется невозможным по технической причине. В заключение следует еще раз подчеркнуть, что влияние каждого из перечисленных факторов на выбор объектов разработки должно быть сначала подвергнуто технологическому и технико-экономическому анализу и только после него можно принимать решение о выделении объектов разработки.