Определение оптимальной схемы размещения горизонтальных скважин на месторождениях с нефтяными оторочками

Д.А. Сугаипов, к.т.н., С.А. Нехаев, к.э.н., И.В. Перевозкин, Д.А. Решетников, Д.А. Самоловов, к.т.н.
ПАО «Газпром нефть», ООО «Газпромнефть НТЦ»
Samolovov.DA@gazpromneft-ntc.ru

Журнал «Нефтяное хозяйство»

Эффективная разработка тонких нефтяных оторочек горизонтальными скважинами является актуальным направлением технологического развития нефтегазовых компаний в условиях увеличения в их портфеле доли новых месторождений со значительными запасами свободного газа. Ключевая особенность разработки нефтяных оторочек заключается в образовании конусов газа. Это обусловливает необходимость ограничения продуктивности скважин, а следовательно, существенную зависимость рентабельности проектов от свойств пласта, экономических условий и системы разработки. В связи с этим для успешной разработки таких объектов требуется оптимизация всех составляющих проекта.
В ряде работ рассмотрены подходы к расчету оптимальных плотности сетки скважин [1, 2], числа скважин в кусте [3, 4], схемы сбора продукции [5]. Частные случаи сравнения различных систем размещения скважин представлены, например, в работах [6, 7]. Для повышения нефтеотдачи нефтяных оторочек необходим поиск общих решений подобных оптимизационных задач.
В данной статье рассмотрен вопрос определения оптимального размещения скважин путем системного выбора рядной или радиальной системы разработки.

Постановка задачи 

Нефтяная оторочка разрабатывается на естественном режиме с рядной системой размещения скважин, в которой расстояние между скважинами в ряду пренебрежимо мало (рис. 1, а), и радиальной (рис. 1, б). Обе системы расположены на квадратных участках одинакового размера и содержат одинаковое число горизонтальных добывающих скважин n. На рис. 1, б скважины, расположенные вдоль границ элемента разработки, участвуют в элементе наполовину из-за симметричности фильтрационных потоков.

Физические процессы 

Один из основных физических процессов, протекающих при разработке подгазовых зон нефтяных оторочек, – образование конусов газа. Ширина конуса газа, образующегося при разработке горизонтальными скважинами, зависит от вертикальной анизотропии проницаемости пласта и расстояния от скважины до газонефтяного контакта (ГНК)

ф6.PNG

где h – расстояние от ствола скважины до ГНК в невозмущенном состоянии; kr , kz – соответственно горизонтальная и вертикальная проницаемость пласта.
Ширина конуса газа ωк связана с углом его раскрытия α вблизи ствола скважины (рис. 2). Для бесконечно больших величин kz /kr угол α небольшой, прорыв газа происходит в виде узких иглообразных конусов, что характерно для трещиноватых коллекторов. Для бесконечно малых величин kz /kr угол α близок к 180°, ГНК опускается равномерно, что характерно для сильно расчлененного коллектора. Величина угла α сохраняется при изменении расстояния Δz от ствола горизонтальной скважины до ГНК, при этом высота и ширина конуса газа изменяются пропорционально Δz. В рядной системе разработки расстояние между рядами скважин одинаковое, и процесс конусообразования происходит равномерно.
В радиальной системе разработки участки скважин, расположенные ближе к точке входа в пласт, испытывают интерференцию конусов газа, более удаленные участки от точки входа – наоборот. Следовательно, в данном случае не все участки пласта будут равномерно охвачены процессом конусообразования и вытеснением нефти газом (рис. 3). Необходимо отметить, что при одинаковом числе скважин в элементе суммарная проходка при бурении при радиальном расположении скважин будет меньше из-за особенности размещения скважин. Очевидно, что стоимость поверхностного обустройства в расчете на одну скважину для радиальной и рядной систем может различаться. Таким образом, радиальная система разработки при меньших капитальных вложениях обеспечивает и меньшую добычу.

39.PNG

40.PNG

41.PNG

Результаты расчетов 

Для общего решения задачи о выборе оптимальной схемы размещения горизонтальных скважин в подгазовых зонах нефтяных оторочек проведены расчеты добычи с применением аналитической методики [2], основанной на модели конусообразования Батлера [8]. В качестве критерия для сравнения эффективности использован чистый дисконтированный доход (NPV), включающий затраты на бурение скважин с учетом различной конфигурации транспортных стволов в разных системах разработки и затраты на строительство кустовых площадок с учетом линейных объектов. Для каждой системы разработки определялась оптимальная схема кустования: для рядной системы – число скважин в кусте вдоль и поперек направления ствола горизонтальных скважин, для радиальной системы – число скважин в кусте и отход точки входа в пласт от кустовой площадки. Оптимальные параметры определялись исходя из принципа максимизации NPV. В расчетах варьировались следующие параметры: – плотность сетки скважин – от 10 до 200 га/скв.; – характерное значение ширины конуса газа ωк; – отношение стоимости строительства кустовой площадки с учетом линейных объектов к стоимости бурения одиночной скважины cbD – безразмерная стоимость кустовой площадки (от 0,625 до 7,5); – отношение длины скважины L к глубине залегания z пласта: LD = L/z – безразмерная длина скважины (от 0,33 до 1,5). Результаты расчетов представлены на рис. 4. Погрешности, обусловленные использованием аналитических однородных моделей для описания реальных неоднородных объектов, могут быть сопоставимы с влиянием на результаты расчетов значений cbD и LD. Поэтому области оптимальности рядной и радиальной систем разработки на рис. 4 разделяются не линией, а переходной зоной. Если при выполнении оценки оптимальной системы разработки точка оказывается в переходной зоне или вблизи нее, то необходимы дополнительные, уточняющие расчеты. На рис. 4 также показано несколько проектов компании «Газпром нефть». На Яро-Яхинском месторождении (совместный проект с АО «Арктикгаз») реализуется радиальная система разработки, на остальных объектах – рядная. Для тонких пластов с анизотропными свойствами или мощных с изотропными свойствами, которые разрабатываются относительно плотными сетками скважин, интерференция конусов газа существенно влияет на добычу, и разнесение «носков» скважин в радиальной системе разработки повышает эффективность разработки. В случае разреженных систем разработки и пластов с изотропными свойствми влияние интерференции конусов газа несущественно, и разнесение «носков» скважин в радиальной системе снижает степень вовлечения в разработку запасов нефти в межскважинном пространстве.
В качестве примера возможности применения полученных результатов выполнен полный цикл расчетов для рядной и радиальной систем разработки при проектировании разработки пласта ПК1 Тазовского нефтегазоконденсатного месторождения. Рассмотрено несколько вариантов заканчивания скважин (горизонтальные (ГС) и многозабойные (МЗС) скважины), для радиальной системы дополнительно рассчитан вариант разработки с уплотнением фонда МЗС. Результаты представлены в таблице и на рис. 5. Видно, что при сопоставимых затратах на бурение скважин рядная система обеспечивает лучшую окупаемость. Кроме того, совершенствование системы разработки можно проводить в направлении бурения МЗС в рядном исполнении.

42.PNG

43.PNG

44.PNG

Выводы

1. Эффективность системы размещения горизонтальных скважин в подгазовых зонах нефтяных оторочек зависит от формы и размеров конуса газа, непосредственно влияющих на охват вытеснением газом. Радиальные системы предпочтительны при разработке анизотропных пластов при плотной сетке скважин, что объясняется снижением интерференции конусов газа в области «носков» скважин из-за их разведения по горизонтали.
2. Задача определения оптимального размещения горизонтальных скважин решена для широкого диапазона управляющих параметров, таких как вертикальная анизотропия проницаемости и плотность сетки скважин. Полученные результаты можно использовать для скрининга оптимальных схем размещения горизонтальных скважин в подгазовых зонах нефтяных оторочек.

Список литературы 

1. Оценка рентабельных толщин при разработке нефтяных оторочек горизонтальными скважинами / М.М. Хасанов, О.С. Ушмаев, Д.А. Самоловов [и др.] // Нефтяное хозяйство. – 2013. – № 12. – С. 44–47.
2. Метод определения оптимальных параметров системы разработки газонефтяных зон нефтяных оторочек / М.М. Хасанов, О.С. Ушмаев, Д.А. Самоловов [и др.] // SPE-166898. – 2013.
3. Самоловов Д.А. Технико-экономическое обоснование оптимальной схемы кустования» // Нефтяное хозяйство. – 2012. – № 12. – С. 23–25.
4. Технико-экономическая оптимизация кустования скважин при интегрированном концептуальном проектировании» / А.Ф. Можчиль, С.В. Третьяков, Д.Е. Дмитриев [и др.] // Нефтяное хозяйство. – 2016. – № 4. – С. 126–129.
5. Повышев К.И., Вершинин С.А., Верниковская О.С. Особенности разработки, обустройства и эксплуатации нефтегазоконденсатных месторождений. Результаты внедрения интегрированной модели» // Нефтяное хозяйство. – 2017. – № 7. – С. 68–71.
6. Опыт бурения многозабойных горизонтальных скважин для разработки нефтяных оторочек на примере Новопортовского месторождения» / Д.А. Сугаипов, И.Ф. Рустамов, О.С. Ушмаев [и др.] // Нефтяное хозяйство. – 2017. – № 12. – С. 35–36.
7. Интегрированный подход к разработке нефтяных оторочек Новопортовского нефтегазоконденсатного месторождения» / Д.А. Сугаипов, Д.Ю. Баженов, С.С. Девятьяров [и др.] // Нефтяное хозяйство. – 2016. – № 12. – С. 60–63.
8. Батлер Р.М. Горизонтальные скважины для добычи нефти, газа и битумов. – М.-Ижевск: НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика», 2010. – 536 с. 

References 

1. Khasanov M.M., Ushmaev O.S., Samolovov D.A. et al., Estimation of cost effective oil thickness of oil rims developed with horizontal wells (In Russ.), Neftyanoe khozyaystvo = Oil Industry, 2013, no. 12, pp. 44–47.
2. Khasanov M.M., Ushmaev O.S., Samolovov D.A. et al., A method to determine optimum well spacing for oil rims gas-oil zones (In Russ.), SPE-166898-RU, 2013.
3. Samolovov D.A., Technical and economic assessment of optimal well clustering (In Russ.), Neftyanoe khozyaystvo = Oil Industry, 2012, no. 12, pp. 23–25.
4. Mozhchil A.F.,Tret'yakov S.V., Dmitriev D.E., Gil'mutdinova N.Z. et al., Technical and economic optimization of well pads calculation at the stage of integrated conceptual design (In Russ.), Neftyanoe khozyaystvo = Oil Industry, 2016, no. 4, pp. 126–129.
5. Povyshev K.I., Vershinin S.A., Vernikovskaya O.S., Specifics of development, infrastructure construction and production of oil-gas-condensate fields. Integrated model application experience (In Russ.), Neftyanoe khozyaystvo = Oil Industry, 2017, no. 7, pp. 68–71.
6. Sugaipov D.A., Rustamov I.F., Ushmaev O.S. et al., Multilateral wells application in continental facies of Vostochno-Messoyakhskoye field (In Russ.), Neftyanoe khozyaystvo = Oil Industry, 2017, no. 12, pp. 35–36.
7. Sugaipov D.A., Bazhenov D.Yu., Devyat'yarov S.S. et al., Integrated approach to oil rim development in terms of Novoportovskoye field (In Russ.), Neftyanoe khozyaystvo = Oil Industry, 2016, no. 12, pp. 60–63.
8. Butler R.M., Horizontal wells for the recovery of oil, gas and bitumen, Petroleum Society of CIM, Monograph no. 2, 1994. 


Возврат к списку