Моделирование процессов заводнения скважин: лучшие примеры

1.

Primary funding is provided by
The SPE Foundation through member donations
and a contribution from Offshore Europe
The Society is grateful to those companies that allow their
professionals to serve as lecturers
Additional support provided by AIME
Society of Petroleum Engineers
Distinguished Lecturer Program
www.spe.org/dl

2.

Моделирование процессов
заводнения скважин: лучшие
примеры
Scot Buell, SPEC
Society of Petroleum Engineers
Distinguished Lecturer Program
www.spe.org/dl
2

3. Содержание

• Проектирование заводнения и
эффективность закачки
• Оценка подтверждаемости
• Дизайн нагнетательных скважин
• Наблюдение за процессом заводнения
• Качество воды
• Трещинообразование
• Междисциплинарные аспекты заводнения
3

4. Заводнение: ключ к повышению нефтеотдачи

Добыча Нефти
Первичные методы
Мех. способы
Третичные
методы
Термальные
Внутрипластовое
горение
Закачка пара
Закачка горячей воды
Электромагнитное
воздействие
ЭЦН, газлифт, т.д.
Поддержание
давления
Заводнение
Продвинутые методы
Методы повышения нефтеотдачи
Вторичные
методы
Смешивающееся/
несмешивающееся
вытеснение газом
CO2
Азот
Углеводороды
Закачка воды,
сухого газа, т.д.
Химические
и др.
Щелочь
Мицеллярный полимер
Микроорганизмы
% отбора нефти из пласта
Фонтанирование
100%
80%
60%
40%
Продвинутые
методы добычи
Вторичные
(заводнение)
20%
Первичные
Время
Source: SPE 84908, Stosur et al
4

5. Коэффициент подвижности

Mwf = mo krw/mw kro
Mwf > 1 неблагоприятно – вода
более подвижная, чем нефть
Mwf < 1 предпочтительно – нефть
более подвижная, чем вода
mo = вязкость нефти
mw = вязкость воды
kro = относительная фазовая проницаемость нефти
krw = относительная фазовая проницаемость воды
5

6. Какой период реализации вашего проекта заводнения?

• Коэффициент
подвижности
• Годовые объемы
закачки, измеряемые в
Прокачиваемых
Поровых Объемах (ППО)
• Эффективность закачки
• Качество воды
• Проницаемость
• Расстояние между
скважинами
• Разработка на суше /
шельфе
Уровни компенсации закачкой и их вклад в длительность
проекта
для Mwf<1 необходимо
0.8-1.2 ЗПО
для Mwf>1 необходимо
1-3 ЗПО
ППО/год
Длительность
проекта для ЗПО =1
Длительность
проекта для ЗПО =3
6
Период реализации проекта (года)
Проектирование зависит от:
Прокачиваемые поровые объемы (ЗПО) в год
Какой период реализации
вашего проекта заводнения?

7. Фактический пример: Закачанные поровые объемы для четырех шельфовых месторождений

Сравнительный КИН для 4х залежей на одном тренде от
прокачанных поровых объемов
Коэффициент извлечения нефти (%)
• Уровни закачки (ЗПО/год)
значительно различаются
среди залежей
• Одинаковые
стратиграфические
единицы, свойства
флюидов, структуры и
ловушки для всех залежей
• Неблогоприятный
коэффициент
подвижности
• Между залежами есть
связь через общий
водоносный горизонт
• Начало периодов
первичной добычи и
закачки воды отличаются
для каждого пласта
Прокачиваемые поровые объемы (%)
7

8. На сколько эффективна закачиваемая вода с точки зрения вытеснения нефти?

Эффективность закачки
Пример анализа
Коэффициент извлечения нефти (%)
• Техника основана на чистом
объеме накопленной воды в
пласте
• Проекты с хорошим удержанием
воды будут близки к 100%
эффективности (фактический=теоретически)
• Эффективность закачки
накладывает влияние на
потребности в объемах воды и
период проекта
• Промысловый пример на
графике характеризуется
эффективностью ~75%
или Чистая накопленная закачка
Факт
Теория
Reference: Staggs, SPE SW Petroleum Short Course, 1980
8

9. Коэффициент замещения пустотного пространства (VRR)

• Коэффициент используется в качестве основного
индикатора для достижения целевого значения
пластового давления (особенно в случае отсутствия
данных по забойному давлению)
• Также известен как FIFO (fluid-in fluid-out) или IWR
(injection-withdrawal ratio)
• Осуществляется учет в пластовых условиях
закачиваемых и добываемых объемов
• При заводнении требуется определить целевое,
минимальное и максимальное пластовые
давления
9

10. Типичные значения коэффициента замещения пустотного пространства

Приконтурное
заводнение
от 1.1 до 1.4
Площадное
Канал
от 1.0 до 1.1
от 1.0 до 1.2
Оцениваете ли вы коэффициенты для
целевых пластов ?
10

11.

Water Injection (BWPD)
Постоянный
Снижающийся
Месячное значение
Накопленное значение
Накопленный коэффициент
замещения
Текущий коэффициент замещения
Gas (mdf/day) & Oil (BOPD)
Важность управления коэффициентом
замещения пустотного пространства
11

12.

Классическая проблема заводнения в
условиях слоистого пласта
Нагнетательная
Добывающая
Зона 1
Зона 2
Зона 3
Фронт
продвижения
воды
12

13. Управление откликом заводнения в условиях слоистого пласта

Слой
Запасы
нефти (%)
% Kh
(md-ft)
Текущий
прокачанный
поровый
объем (%)
Зона 1
Зона 2
Зона 3
Всего
25%
15%
60%
100%
30%
50%
20%
100%
36%
100%
10%
30%
Текущий
ВНФ
2
20
2.1
Всегда начинайте с нагнетательной скважины. Необходимы
наблюдение и специальное заканчивание скважины, которое
позволяет следить за профилем закачки и управлять им.
13

14. Методы анализа по заводнению

Коэффициент Лоренца–Дикстра-Парсонса
Модели емкостного сопротивления (CRM
или ЯМК)
Линии тока
Электромагнитные исследования
Гравиметрические исследования
Lorenz Plot
1.0
Flow Capacity - Skh
Определение взаимосвязи между
нагнетательными и добывающими
скважинами
1950, Schmalz and Rahme
0
Pore Volume Storage - Sfh
1.0
Необходимо понимать допущения каждого анализа:
Единый гидравлический поток или усреднение
нескольких потоковых единиц – 2-мерные
Материальный баланс – соблюдение закачки и добычи
В большинстве случаев при заводнении эти допущения
не соблюдаются.
14
Reference: SPE 23451, 30758, 59529, 68802, 84080, 102478, 114983, 124625, 129604, 171226, 176569, 177106, IPTC 17978, & SEG 2002-0791

15. Заканчивание нагнетательных скважин для осуществления контроля

Скважины
Селективная малого диаметра Внедрение 2х
НКТ
перфорация
без НКТ
Пакеры и
«Умное»
клапаны с
с
регулируемыми заканчиваение
пакером и
штуцерами
клапанами ICV
15

16. Элементы плана по контролю за процессом заводнения

•Замеры добычи
•Замеры приемистости
•Качество воды
•Устьевые и забойные давления
•Профилеметрия (притока/приемистости)
•Механическая целостность скважины
Специальные исследования:
Исследования на неустановившихся
режимах
Сейсмика
Профили насыщенности
ГИС в открытом стволе
Закачка трассеров
Отборы проб для PVT тестов
Испытания пласта в новых скважинах
Рутинные и спец. исследования керна
Extended leakoff test (XLOT)
Накопленное количество выполненных работ
Необходимые рутинные исследования:
Приоритет исследований №1 по заводнению: замеры
забойного давления, насыщения и профилеметрия
Цель
Факт
16

17.

Новая технология: Опто-волоконное
Распределенное Акустического зондирования
(DAS) для оценки профиля закачки
Опто-волоконное
Распределенное
Температурное
зондирование (DTS) - это
созданная технология для
профилирования потока.
DTS имеет ограничения –
когда разница температур
в горизонтальных
скважинах мала.
DAS алгоритмы
профилирования потока
быстро улучшаются.
Оснащение добывающих и
нагнетательных скважин
капиллярными трубками
для опто-волоконного
профилирования потока.
Copyright owned by SPE - SPE 179377, Irvine-Fortescue, et al
17

18. Междисциплинарный контроль за заводнением

Аспекты для контроля и анализа
Иерархия анализа
Блок
Приемистость
% от целевых
объемов закачки
Коэффициент
замещения
пустотного
пространства и
Пластовое давление
Площадь
Месторождение
Залежь
Сектор
Скважина
Качество воды и
мощности для
системы ППД
Наблюдение за
разработкой залежи
и накопление
информации
Единица
потока
Необходимо больше, чем просто наличие пласта и
инженеров, чтобы достичь эффективного заводнения
18

19. Типовые характеристики качества воды

Параметр
Типовые значения
Количество
взвешенных частиц
Растворенный
кислород
Содержание сульфатов
Остаток хлора
< 2 ppm
< 10 ppb
< 2 to 40 ppm
0.3 – 1.0 ppm
Sessile Sulfate Reducing
Bacteria
< 100/cm2
Planktonic sulfate
reducing bacteria
<100/mL
Reference: NACE 5962 Eggum et al 2015, IJAETCS Abdulaziz 2014, & SPE 98096 Jordan et al 2008
19

20. Аспекты для планирования заводнения на Шельфе

Месяцы без
хлорирования ?
20

21. Биозагрязнение: какие последствия от несоответствия качества воды?

What are Biofilms?
Это колония микроорганизмов и
внеклеточных полимеров, которые они
выделяют. Они прикрепляются к
инертным или живым субстанциям. Эти
бактерии классифицируются как
планктонные (свободно плавающие) или
сидячие (закрепленные).
Пример Микробиологической
коррозии (MIC)
Микробиологическая коррозия
(MIC): Бактерии производят отходы, такие
как CO2, H2S и органические кислоты,
которые вызывают коррозию труб за счет
повышения токсичности текучей среды в
трубопроводе. Микробы, как правило,
образуют колонии в гостеприимной среде и
ускоряют коррозию под колонией.
21

22. Отложения и коррозия: какие последствия от несоответствия качества воды?

Часто встречающийся
механизм образования
коррозии – отложения
биоматериала либо
твердых частиц.
Коррозия трубы в результате отложений на
стенках биоматериала
Отложения образуют
“ячейки коррозии,”
которые как правило
имеют очень агрессивную
среду и локализованы.
Могут глубоко проникнать
в сталь за короткое время
Reference: NACE 11266, 2011
22

23. Кислород: какие последствия от несоответствия качества воды?

Пример коррозии в результате окисления
Неизолированная
углеродистая сталь может
долгое время использоваться
для закачки в отсутствие
кислорода
Кислород является сильным
окислителем и очень быстро
реагирует с металлом.
Кислород увеличивает
коррозионное действие
кислотных газов H2S и CO2
23

24. Операции по вводу в эксплуатацию нагнетательной воды (WIP)

• Операции по вводу воды в
эксплуатацию имеют ли более
низкую приоритетность по
сравнению с нефтью или
газом?
• Обслуживающий персонал в
сложной ситуации: соблюдать
требования по объему или по
качеству нагнетаемой воды?
• Междисциплинарное
взаимодействие необходимо
для принятия лучших решений
по управлению заводнением
Установка для удаления
примесей из воды
24

25. Операционные дисциплины, связанные с качеством воды

• Есть ли у вас технические
условия по качеству воды
или рекомендации по ней?
• Есть ли критерии качества
для остановки нагнетания
воды?
• Негативные воздействия
«неправильной» воды не
исправляются очисткой
полости, СКО, химической
ударной обработкой,
заменой поверхностного
оборудования и т.д.
Коррозионные побочные продукты:
сульфид железа и оксид железа в нагн.скв.
25

26. Мифы при заводнении матрицы породы

• Длительное заводнение матрицы
не может быть выполнено с существующим
качеством воды в терригенных пластах.
• В большинстве нагнетательных скважин будут
возникать трещины вблизи ствола из-за эффектов
термического напряжения и эффекта закупоривания.
• Давление нагнетания, дебит и качество воды могут
быть использованы при моделировании геометрии
трещин.
• Каверны, трещинноватые карбонаты могут быть
исключениями.
See SPE 28082, 28488, 39698, 59354,84289,95021, 95726, 102467, 107866,165138, et al
26

27. Управление поверхностным оборудованием при заводнении

• Управление целостностью поверхностного оборудования
предполагает, что нагнетаемая жидкость ограничена
целевыми и лицензионными резервуарами.
• Промышленные события, связанные с нагнетанием воды,
могут внести изменения в морское дно или в поверхность
земли.
• Возрастание общественных и государственных проблем
• Исторически внимание было сосредоточено на понимании
распространении трещин, а не на понимании породы и
покрышках.
• Держать давление нагнетания ниже давления разрыва не
гарантирует отсутствие появления трещин - может
потребоваться геомеханическое моделирование.
27

28. Основные выводы

• Понимать проектный срок и скорость работы резервуара
(прокачиваемые поровые объемы (ЗПО) в год)
• Понимать, какой объем нагнетаемой воды эффективен
• Иметь план на случай раннего прорыва воды и на случай
многослойного резервуара
• Понимать, что необходим минимальный контроль и новые
оптоволоконные технологии
• Использовать оперативные дисциплины для определения
качества воды, иметь критерии для стоп-нагнетания, знать
химический состав воды
• Предполагать процессы авто-грп и контроль за поверхностным
оборудованием
• Использовать междисциплинарное взаимодействие для лучшего
командного решения
28

29.

Your Feedback is
Important
Enter your section in the DL Evaluation
Contest by completing the evaluation
form for this presentation
Visit SPE.org/dl
Society of Petroleum
Engineers
Distinguished Lecturer
Program
www.spe.org/dl
29