ПРОЕКТИРОВАНИЕ РАЗРАБОТКИ НЕФТЯНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ С ПРИМЕНЕНИЕМ ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ СКВАЖИН
В. ЛЫСЕНКО, ритэк
Создание горизонтальных скважин и их многочисленное применение при разработке нефтяных месторождений - большое достижение научно-технического прогресса последних десятилетий. Но не следует игнорировать другие прогрессивные направления, например, бурение вертикальных многопластовых скважин с контролем и регулированием индивидуальной работы каждого нефтяного пласта и скважин-елок, также вертикальных многопластовых, но с боковыми ветвями - горизонтальными стволами в отдельные нефтяные пласты. Не стоит преувеличивать возможности горизонтальных скважин. Неверным является утверждение, что во сколько раз горизонтальная длина горизонтальной скважины, проходящей по нефтяному пласту, больше его эффективной толщины, во столько раз дебит горизонтальной скважины больше дебита вертикальной.
Представьте себе, что пласт монолитный (т.е. без разделяющих непроницаемых прослоев) довольно большой толщины (20 м) пересечен галереями (пустыми галерейны-ми выработками) и вытеснение из пласта нефти водой идет от нагнетательной галереи к добывающей, с высоким дебитом нефти. Если нагнетательную галерею заменить нагнетательной вертикальной скважиной, а добывающую галерею - добывающей вертикальной скважиной, то дебит значительно уменьшится. При равномерной квадратной сетке, когда расстояние между скважинами равно расстоянию между рядами скважин, их дебит уменьшится примерно в пять раз, поскольку по расчетной схеме эквивалентных фильтрационных сопротивлений Ю. П. Борисова, при переходе к вертикальным скважинам к внешнему фильтрационному сопротивлению между двумя галереями (=1) добавляются еще
два внутренних фильтрационных сопротивления ( = 2 + 2 ). Но если по линиям галерей размещаются две горизонтальные скважины, то добавляются два значительно сниженных внутренних фильтрационных сопротивления (=0,012 + 0,012) . Таким образом, при замене двух вертикальных скважин двумя галереями дебит увеличивается в
раз, а при замене
двух вертикальных скважин двумя горизонтальными скважинами - в
2 + 1 + 2
— = 4,771 раза, 2-0,012 +1 + 2-0,012
т. е. в монолитном пласте при равномерной квадратной сетке дебит горизонтальных скважин меньше дебита галерей всего в раза.
Если вместо каждой из галерей в пределах эффективной толщины пласта вместо одной горизонтальной будут параллельно проведены три горизонтальные скважины, то общий дебит увеличится всего в
2-0,012+ 1 + 2-0,012
------ 1,048 раза.
1
Если вместо каждой из галерей в пределах эффективной толщины пласта вместо одной горизонтальной будут параллельно проведены три горизонтальные скважины, то общий дебит увеличится всего в
2-0,012 + 1 +2-0,012 1Л,1<Г —---— = 1,0315 раза.
Отметим, что общая горизонтальная длина скважин увеличивается в три раза с 400 до 1200 м, а общий дебит всего в 1,0315 раза. При толщине монолитного нефтяного пласта 20 м и горизонтальной длине одной горизонтальной скважины 400 м при замене вертикальных скважин горизонтальными их длина скважины по нефтяному пласту увеличивается в 400/20 = 20 раз, а дебит - только в 4,88 раза. Вообще при проектировании горизонтальных скважин надо обязательно рассматривать не отдельную скважину, а систему добывающих и нагнетательных скважин и учитывать геологическое строение нефтяных пластов (их общую и эффективную толщины, много-слойность и расчлененность, наличие разделяющих непроницаемых прослоев).
Вкратце рассмотрим расчет дебита вертикальных скважин при линейном заводнении при рядном-многорядном размещении добывающих скважин между рядами нагнетательных скважин. Для простоты гидропроводность нефтяного пласта примем равной —- = 1,
соотношение подвижностей вытесняющей воды и нефти равным ц* = 1 (как на многих нефтяных месторождениях Западной Сибири), а разность забойных давлений нагнетательных и добывающих скважин - равной (Рсн -Рс) = 100 . От этих принятых значений параметров легко перейти к любым
другим реальным значениям, не
равным — = 1 и (Рсн-Рс)=100, Ц
поскольку дебиты прямо пропорциональны этим величинам. На рассматриваемой нефтяной залежи применена равномерная сетка скважин ( Ь = 2о = 400 м и гс= 0,075 м). Приведем результаты расчета дебита на одну проектную скважину при различных значениях т - числа рядов добывающих скважин между
расстояния между рядами и между скважинами в ряду, ¿ = 2а = 400 м.
Формулы внутреннего фильтрационного сопротивления: ■ в случае вертикальных скважин:
где гс = 0,075 м - радиус ствола скважины;
дачи пластов существенное влияние оказывает геометрическая неравномерность фильтрационного потока, идущего от нагнетательных скважин к добывающим, из-за различия длин главных (самых коротких) и нейтральных (самых длинных) линий тока. Это различие может быть очень большим - в 2, 3, 4 раза и более. В наших расчетах нефтеотдачи определена геометрическая неравномерность и учтено ее влияние.
Табл. 1. Расчет дебитов вертикальных скважин
Число добывающих рядов, 1 2 3 4 5
Число скважин в отдельном элементе залежи, (1+1^ 1 3 4 5 6
Дебит на одну проектную скважину, *>1 20 16,7 13,3 10,9 9,2
Дебит элемента залежи, 40 50 53,3 54,5 55,2
Относительный дебит проектной скважины 1,00 0,833 0,667 0,545 0,460
двумя рядами нагнетательных скважин и соотношения добывающих и нагнетательных скважин.
Видно, что после т=2 дебит элемента залежи почти не увеличивается, а дебит проектной скважины неуклонно снижается после т=1. Поэтому сравнивать по дебиту горизонтальные и вертикальные скважины надо при т=1 и когда все добывающие скважины расположены на первой орбите относительно нагнетательных.
Поэтому для рассматриваемых условий при однорядном расположении добывающих скважин, т. е. при т=1, приведем формулу дебита на одну проектную скважину (вместе взяты нагнетательные и добывающие скважины) для вертикальных и горизонтальных скважин, причем для горизонтальных - для случаев монолитного или многослойного пласта.
Формула дебита на одну проектную скважину:
где: <д)„ и оо - внутренние фильтрационные сопротивления для нагнетательной и добывающей скважин;
2 • сон и 2 • со означает, что в рассматриваемом элементе залежи находятся половина нагнетательной и половина добывающей скважин;
- внешнее фильтрационное сопротивление; I, и 2о -
в случае горизонтальных скважин: - при монолитном пласте
(0=0) =
2_ 2л
2 •/ /,., 2 л г
где / = / •
Вертикальные скважины
Гидропроводность
к-Ь Ц
= 1
где !г - горизонтальная длина горизонтальной скважины;
Л - эффективная толщина пласта, причем эффективная толщина равна общей толщине Л=Лоб;
- при многослойном пласте
соотношение подвижностей вытесняющей воды и нефти в пластовых условиях д* =1, разность забойных давлений нагнетательных и добывающих скважин (Рсн -Рс) = 100, расстояние между рядами скважин = 400, расстояние между скважинами 2а = 400, соотношения добывающих и нагнетательных рядов и добывающих и нагнетательных скважин т = 1.
Дебит на одну скважину проектной сетки равен ц1 = 20, нефтеотдача - Кно = 0,461.
Горизонтальные скважины
■ Прежние условия, но вертикальные скважины заменены на горизонтальные с различной горизонтальной длиной Г:
псл - число нефтяных слоев;
1сл - горизонтальная длина горизонтальной скважины в пределах отдельного обособленного проницаемого нефтяного слоя;
Лсл - толщина отдельного обособленного нефтяного слоя.
Существенное отличие и преимущество представленных формул состоит в том, что определяется амплитудный дебит нефти на одну скважину проектной сетки, т. е. уже учтено взаимодействие добывающих и нагнетательных скважин.
При применении горизонтальных скважин важно по сравнению с вертикальными определить увеличение дебита нефти и изменение нефтеотдачи пластов - заметного или незначительного увеличения и уменьшения. На величину нефтеот-
2о=2о = Ь = 400.
Монолитный пласт
1 25 50 100 200 400
qr1 31,5 42,6 56,3 73,7 95,4
Кно 0,469 0,476 0,481 0,509 0,520
Явно виден рост дебита скважин и нефтеотдачи пластов. ■ Прежние условия, но одна горизонтальная скважина заменяет три вертикальные:
1 400 800 1200
121,8 199,5 286,3
Кно 0,388 0,461 0,483
Наблюдается значительный рост дебита нефти, но нефтеотдача пластов по сравнению с вертикальными скважинами при горизонтальной длине !г = 400 - заметно ниже (0,388<0,461); при /г = 800 оказывается одинаковой и при /г = 1200 - несколько выше (0,388<0,461).
Многослойный пласт
Общая толщина Лоб = 20, эффективная толщина Л = 10 и число нефтяных слоев псл = 4. Общая горизонтальная длина /г , горизонтальная длина по отдельному слою.
■ Горизонтальная скважина заменяет одну вертикальную:
2аг = 2о = 1 = 400
1/ 100 200 400
'сл 12,5 25 50
Чг1 33,4 40,5 49,7
Кно 0,464 0,469 0,476
Видно, что нефтеотдача пластов несколько больше, чем при вертикальных скважинах (0,464, 0,469 и 0,476 > 0,461). ■ Одна горизонтальная скважина заменяет три вертикальные: 2аг =3-2а = 3-400 = 1200, 2аг =1 = 400
1/ 400 800 1200
'сл 50 100 150
Чг1 50,1 64,4 76,4
Кно 0,352 0,357 0,368
В этом варианте дебит у горизонтальных скважин больше, чем у вертикальных в 2,5-3,8 раза; нефтеотдача пластов значительно ниже (0,352, 0,357 и 0,368 < 0,461).
Рациональную горизонтальную длину / горизонтальной скважины можно определить по условию достижения максимума величины:
3.-/ +з„./ '
к* в к" г
где д/- дебит нефти на одну горизонтальную скважину проектной сетки;
Кно - проектный коэффициент нефтеотдачи;
1в и / - вертикальная (или наклонная) и горизонтальная длина скважины;
Зк* и Зк** - капитальные затраты на 1 м соответственно вертикальной (наклонной) и горизонтальной длины.
Если 1в = 3000, З* = 0,004 и З** = 0,020, тогда:
Получается, что рациональной яв-
ляется горизонтальная длина / = 200.
1/ 100 200 400
Чг1 33,4 40,5 49,7
Кно 0,464 0,469 0,476
г 1,107 1,187 1,182
При другой стоимости единицы вертикальной (наклонной) и горизонтальной длины скважины будет другая рациональная величина горизонтальной длины /
Вывод
Горизонтальные скважины - огромное достижение на пути научно-технического прогресса за последние десятилетия. Они могут знач
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.