Способ разработки нефтяных и газовых месторождений

Авторы патента:

E21B43/25 - способы возбуждения скважин (цементировочные желонки E21B 27/02; устройства для генерирования вибраций E21B 28/00)

E21B43 - Способы или устройства для добычи нефти, газа, воды, растворимых или плавких веществ или полезных ископаемых в виде шлама из буровых скважин (применяемые только для добычи воды E03B, добыча нефти из нефтеносных отложений, растворимых или плавких веществ с применением горной техники E21C 41/00; насосы F04)

Способ разработки нефтяных и газовых месторождений, включающий бурение скважин на пласт-коллектор, разгрузку пород нарушением сплошности среды и отбор пластового флюида, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности разработки путем увеличения охвата пласта разгрузкой, разгрузку пород пласта-коллектора осуществляют путем отбора флюида из выше или нижележащего разгружающего пласта, который разрабатывают рядами скважин, размещенными на расстоянии, не превышающем диаметра депрессионной воронки, а пласт-коллектор разрабатывают в той же последовательности, но с отставанием от фронта откачки флюида на разгружающем пласте на величину L, определяемую из следующей зависимости: где h - мощность пород между пластом-коллектором и разгружающим пластом, м; h₁ - мощность разгружающего пласта, м; P - перепад пластового давления, т/м²; - объемный вес пород, т/м³; E_п - модуль упругости пород между пластом-коллектором и разгружающим пластом, т/м²; E_п_л - модуль упругости пород разгружающего пласта, т/м²; R - радиус депрессионной воронки скважины, м.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что отбор флюида для разгрузки осуществляют из разгружающего пласта с повышенными фильтрационными свойствами и/или с аномально высоким пластовым давлением.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что отбор флюида для разгрузки осуществляют из разгружающего водонасыщенного пласта. Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности и может быть использовано при разработке многопластовых нефтяных и газовых месторождений. Известен способ разработки нефтяных и газовых месторождений путем поддержания пластового давления различными методами. Указанные методы основаны на поддержании в залежи пластового давления и направлены на повышение или поддержание силового фактора нефтепередачи при существующих значениях проницаемости залежи. Недостатки таких методов заключаются в неравномерности выработки залежи по площади, в результате чего остаются "целики" нефти. Известен способ разработки нефтяных и газовых месторождений, включающий бурение скважин на пласт-коллектор, разгрузку пород нарушением сплошности среды и отбор пластового флюида [2] Нарушением сплошности массива в виде плоских щелей достигается снятие повышенных концентраций напряжений, возникающих в окрестности скважины, раскрытие пор и трещин и повышение на этой основе фильтрационных свойств пласта коллектора. Недостатком способа является ограниченное в пространстве влияние щели. Прорезанная щель снимает повышенные концентрации напряжений, вызванные бурением скважины непосредственно в ее окрестности не далее 3-5-кратной ширины щели. Поэтому способ является локальной мерой, с помощью которой открывают канал для поступления флюида в скважину. Регионального воздействия на пласт коллектор щель не оказывает. Целью изобретения является повышение эффективности разработки путем увеличения охвата пласта разгрузкой. Это достигается тем, что согласно предложенному способу разработки нефтяных и газовых месторождений, включающему бурение скважин на пласт-коллектор, разгрузку пород нарушением сплошности среды и отбор пластового флюида, разгрузку пород пласта-коллектора осуществляют путем отбора флюида из выше или нижележащего пласта, который разрабатывают рядами скважин, размещенными на расстоянии, не превышающем диаметра депрессионной воронки, а пласт-коллектор разрабатывают в той же последовательности, но с отстаиванием от фронта откачки флюида на разгружающем пласте на величину L, определяемую из следующей зависимости
0,2h

1-e

где h мощность пород между пластом-коллектором и разгружающим пластом, м;
h₁ мощность разгружающего пласта, м;

Р перепад пластового давления, т/м²;

- объемный вес пород, т/м³;
Е_п модуль упругости пород между пластом-коллектором и разгружающим пластом, т/м²;
Е_пл модуль упругости пород разгружающего пласта, т/м²;
R радиус депрессионной воронки скважины,м. При этом отбор флюида для разгрузки осуществляют из разгружающего пласта с повышенными фильтрационными свойствами и/или с аномально высоким пластовым давлением. Кроме того, отбор флюида для разгрузки осуществляют из разгружающего водонасыщенного пласта. На фиг. 1 показано расположение вышезалегающего разгружающего пласта 1, пласта-коллектора 2 и первых двух рядов скважин 3, пробуренных и эксплуатирующих разгружающий пласт, а также зона разгрузки 4, в пределах которой обеспечивается в пласте-коллекторе зона повышенной проницаемости 5. На фиг. 2 показано размещение ряда скважин 6, пробуренных на пласт-коллектор в зону максимальной разгрузки при работе двух первых рядов скважин 3 на вышезалегающем разгружающем пласте. На фиг. 3 показано расположение нижезалегающего разгружающего пласта 1, пласта-коллектора 2 и рядов скважин 3, пробуренных на разгружающий пласт. На фиг. 4 показано размещение ряда скважин 6, пробуренных на пласт-коллектор в зону максимальной разгрузки при работе трех рядов скважин 3 на нижележащем разгружающем пласте. Сущность предлагаемого способа заключается в установлении последовательности технологических операций по откачке нефти, газа или воды, при которой обеспечивается достаточно высокий эффект разгрузки смежных пластов. Устанавливаются параметры разработки пластов, при которых обеспечивается максимальное использование эффекта разгрузки пород, и последующие пласты разрабатывают в разгруженных от горного давления зонах 4, т.е. в более благоприятных условиях по факторам фильтрационной способности пласта-коллектора, обеспечивающих повышенную нефтеотдачу в скважины. Способ реализуется выполнением следующих расчетных и технологических приемов. На основе геологических исследований подбирают наиболее производительный пласт, из которого представляется возможным извлечь наибольшее количество флюида с единицы площади. В качестве таких пластов принимаются мощные с высокой пористостью и высоким пластовым давлением слои-коллекторы нефти, газа или даже водоносные слои. Выполняют расчет разгружающего эффекта и параметров зон разгрузки 4, на основе которого выбирают разгружающий пласт, разрабатываемый в первую очередь, и устанавливают последовательность отработки смежных с ним продуктивных пластов. Разработку разгружающего пласта ведут существующей технологией путем откачки флюида через скважины с поверхности. Однако скважины пробуривают по уплотненной сетке с расстоянием между ними, не превышающем радиуса депрессионной воронки, определяемого, например, из выражения
R 1,5

где К коэффициент фильтрации, м/сут;
t время действия скважины, сут;

- коэффициент трещиноватости;
h₁ мощность разгружающего пласта, м. Скважины 3 располагают рядами, а откачку флюида развивают поступательно, создавая фронт откачиваемой жидкости. Образованием такого фронта обеспечивается перепад пластового давления. За фронтом откачки в выработанном пространстве снижается горное давление, возрастают напряжения в скелете пласта и происходит его уплотнение. Породы смежных пластов в том числе и пластов-коллекторов, получают расширение и развивается зона пониженных напряжений зона разгрузки 4. Последующие пласты вводят в отработку с отставанием и откачку нефти (газа) ведут в пределах активной зоны разгрузки. Для разработки пласта-коллектора 2 необходимо рассчитывать параметры L₁ и L₂, т.е. определить точки начала и завершения разгрузки. Этот элемент является важным, т.е. именно в пределах зоны разгрузки обеспечивается эффективная отдача углеводородов. L₁ 0,2 h;
L₂=

1-e

Конфигурация зоны разгрузки может быть не симметричной. Это зависит от параметров залегания пласта, например угла падения, темпов откачки на разгружающем (защитном) пласте и других факторов. Однако это не имеет заметного значения, при любой конфигурации зоны разгрузки в пределах ее обеспечивается повышенная нефте-газоотдача. При осесимметричной зоне разгрузки величина это середина зоны разгрузки и определяется она выражением
L

В этой точке обеспечивается максимальный эффект разгрузки и, следовательно, максимальный дебит нефти в скважину. Способ основан на применении ползущей системы разработки с подвиганием сетки скважин в определенном направлении. Возможно работы начинать и с середины залежи и развивать их одновременно в двух направлениях и даже круговым фронтом от центра к периферии. За счет повышенной проницаемости сетка скважин на пласт-коллектор 2 разряжена по расстоянию между скважинами. Количество же рядов и расстояние между рядами принято равным на разгружающем пласте и пласте-коллекторе. При значительном разгружающем эффекте сетка скважин на пласт-коллектор может быть разряжена вдвое и более. Таким образом, плотность скважин на пласте-коллекторе снижена более чем вдвое. В принципе кратность расстояний между рядами и скважинами в рядах на разгружающий пласт и пласт-коллектор может быть любой и должна устанавливаться экспериментально или расчетными методами. Результаты шахтных экспериментов по изучению закономерностей изменения скорости газовыделения из под- и надрабатываемых пластов угля свидетельствуют о том, что при разгрузке горных пород лишь на 15-20% от величины

Н (где Н глубина работ,

- объемный вес пород), скорость газовыделения и величина газопроницаемости повышаются в десятки раз. При восстановлении горного давления до величины

Н эффект разгрузки снижается и скорость смыкания фильтрационных каналов резко уменьшается. Такая динамика газовыделения свидетельствует о том, что скважины целесообразно использовать в стадии активной разгрузки. Осуществление способа приводится на следующем примере. На месторождение нефти (газа) в качестве разгружающего пласта 1 принят пласт со следующими параметрами:
Н глубина залегания 2000 м;
h₁ мощность пласта 10 м;

- объемный вес пород 2,5 т/м³;

Р перепад пластового давления 2000 т/м²;
Е_пл модуль упругости пород пласта 1

10⁵ т/м²;
Е_п модуль упругости пород между данным пластом и пластом-коллектором 1

10⁶ т/м². Перепад давлений

Р представляет собой разность между пластовым давлением и давлением жидкости в прискважинной зоне, т.е. минимальным давлением в центре запрессионной воронки. На разгружающий пласт 1 пробуривают рядами скважины 3. При установившемся режиме откачки жидкости среднюю величину снимаемых нормальных к напластованию напряжений на уровне пласта 1 возможно определить по формуле

Если разгружающие скважины функционируют в течение года при К 0,2 м/сутки и

= 0,2, то размер воронки депрессии составляет 2R 180 м, а

= 110 кг/см². Таким образом, за счет отбора жидкости при таких условиях залегания возможно снизить горное давление (напряжение) на 22% от исходной величины

Н. Снижением напряжений и деформации на пласте 1 обеспечивают формирование зоны разгрузки 4 в окружающие породы. Пласт 2, залегающий на расстояние h 40 м, попадает в зону активной разгрузки в пределах участка L₁L₂, фиксированного относительно забоя на разгружающем пласте 1 величинами L₁ 8 м и L₂ 275 м, рассчитанными по приведенным формулам. Направленное создание зон разгрузки открывает возможность рационального использования эффектов повышения газопроницаемости пластов в этих зонах. Полезное действие этих эффектов следует учитывать и использовать на различных стадиях и в различных технологических аспектах. Приведем в качестве примеров некоторые из этих аспектов. При закономерном развитии сетки скважин по ползущей системе разработки разгруженная зона в плоскости пласта имеет площадное распространение и перемещается вслед за наступлением сетки скважин. В этих условиях целесообразно применение в зонах разгрузки скважин с удлиненной горизонтальной нефтепринимающей частью. Пониженные напряжения в зонах разгрузки улучшают устойчивость скважин, в связи с чем облегчаются условия их поддержания. В зонах разгрузки действует тенденция движения нефти или газа от контура к центру разгрузки. Это положение целесообразно использовать при искусственных методах воздействия на пласт. Например, при заводнении следует подвигать фронт воды вслед за перемещением зоны разгрузки с некоторым отставанием от нее. В этих условиях силовые факторы от разгрузки и принудительного воздействия фронта заводнения складываются и повышается эффективность фильтрации нефти в скважины. Совместным воздействием разгрузки и искусственного воздействия может быть существенно сокращен срок отработки запасов. В приведенном описании эффект разгрузки используется на втором разгружаемом пласте. Первый же разгружающий пласт отрабатывают как одиночный, т.е. в условиях полного веса налегающего столба пород. Однако отработкой второго пласта обеспечивается и обратный эффект разгрузки на защитный пласт. В этих условиях может обнаружиться целесообразность повторной эксплуатации скважин на защитном пласте, но уже с отставанием от фронта скважин на разгружаемом пласте. Роли защитного и подзащитного пластов заменяются. Предлагаемый способ может найти широкую область использования. Ориентировочно подсчитано, что до 80% нефтяных месторождений представлены несколькими продуктивными пластами. Практически на каждом из них может быть использовано изобретение.

Формула изобретения

где h мощность пород между пластом-коллектором и разгружающим пластом, м;
h₁ мощность разгружающего пласта, м;

P перепад пластового давления, т/м²;

объемный вес пород, т/м³;
E_п модуль упругости пород между пластом-коллектором и разгружающим пластом, т/м²;
E_п_л модуль упругости пород разгружающего пласта, т/м²;
R радиус депрессионной воронки скважины, м. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что отбор флюида для разгрузки осуществляют из разгружающего пласта с повышенными фильтрационными свойствами и/или с аномально высоким пластовым давлением. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что отбор флюида для разгрузки осуществляют из разгружающего водонасыщенного пласта.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4