Более того, доказано, что при снижении давления ниже оптимального возникают условия, при которых скважина теряет устойчивость и переходит в газовый режим [1]. Это объясняет трудности, возникающие при добыче нефти из оторочек газовых месторождений.
Качественное объяснение этого явления заключается в следующем.
При создании депрессии на пласт при некотором значении забойного давления газовый конус поднимается к перфорационным отверстиям. При этом газовое содержание флюида в скважине увеличивается, и забойное давление еще более уменьшается, что способствует дальнейшему росту газового конуса и дальнейшему снижению забойного давления. Т. е. возникает положительная обратная связь. Это, в конечном счете, приводит к переключению нефтяной скважины в газовый режим.
Наша технология позволяет с помощью специального забойного устройства ослабить эту положительную обратную связь, и, поддерживая забойное давление на оптимальном уровне, избежать этого явления.
Применяемость и основные положительные эффекты
Предлагаемая новая технология для оптимизации добычи нефти ТОР в основном применима для пластов с высоким газосодержанием (ГФ>100 м3/м3). Она может использоваться, когда забойное давление ниже давления насыщения (Pзаб<Pнас), а также при образовании газовых конусов. TOP применима для всех способов добычи – фонтанного, газлифта и насосного. Однако наиболее эффективна для фонтанного способа добычи.Патенты США номер 7 172 020 (6 февраля 2007 г.) и Патент США номер 7 753 127 (13 июля 2010 г.) защищают все основные положения TOP-технологии [2, 3].
Основные положительные эффекты от применения TOP:
- Увеличивает текущий дебит нефти;
- Увеличивает коэффициент нефтеотдачи скважины и всего месторождения;
- Уменьшает содержание воды и газа в добываемой нефти.
- Продляет жизнь скважины;
- Уменьшает (или полностью убирает) газовые и водяные конусы;
- Задерживает падение пластового давления;
- Стабилизирует добычу из скважины;
- Позволяет предотвратить преждевременную потерю энергии пласта;
- Убирает области повышенной вязкости в призабойной зоне;
- Увеличивает коэффициент относительной проницаемости пласта по нефти;
- Увеличивает коэффициент отдачи пласта;
- Увеличивает эффективность газлифта и насосов;
- Уменьшает затраты электроэнергии на насосы и компрессоры для газлифта;
- Уменьшает вымывание песка из пласта, механические повреждения и потерю проницаемости пласта;
- Позволяет добывать нефть из нефтяных оторочек газового пласта.
Основное нововведение TOP: максимальный дебит достигается при определенном забойном давлении, которое точно вычисляется симулятором или определяется снятием индикаторной кривой (ИК) пласта, и величина которого находится между нулем и пластовым давлением. Эта величина называется оптимальным давлением Pопт (рис. 1).
Таким образом, при постепенном уменьшении забойного давления, из-за увеличения депрессии в пласте, дебит сначала увеличивается. Однако начиная с определенного давления (называемого оптимальным), дебит нефти начинает уменьшаться, несмотря на увеличение депрессии, что, как уже отмечалось, противоречит широко известной модели Фогеля. Причиной этого является то, что после того как оптимальное забойное давление достигнуто, влияние уменьшения коэффициента продуктивности на добычу становится доминирующим.
Факт существования оптимального давления был доказан как теоретически, при помощи решения сложной задачи матмоделирования системы «скважина-пласт», так и практически, путем проведения полевых экспериментов. Это оптимальное давление зависит от параметров пласта (проницаемость, пористость, насыщенность и давление), PVT – характеристик флюида (Rs(P,T) – растворимости газа в нефти; Bo(P,T) – коэффициента сжимаемости нефти; Bg(P,T) – коэффициента сжимаемости газа; μo(P,T) – вязкости нефти; μg(P,T) – вязкости газа) и других характеристик системы «скважина-пласт». Максимальный дебит достигается путем поддержания режима пласта, в котором минимизируются негативные эффекты в призабойной зоне (рис. 2). Эти негативные эффекты возникают из-за образования скин-эффекта (из-за присутствия газа в свободной фазе, который выделился из нефти при снижении давления ниже давления насыщения и блокирует поток нефти), возникновения газовых и водяных конусов, а также из-за формирования вблизи скважины зон вязкой дегазированной нефти.
Предлагаемые математические модели позволяют точно вычислить оптимальный режим для существующих параметров пласта и всей системы, чтобы обеспечить максимальную добычу. Вдобавок к вычислению Pопт эти модели и соответствующие компьютерные симуляторы позволяют определить другие параметры оптимального режима (оптимальный напор для газлифта, мощность насоса и т. д.), вычислить важные параметры конструкции поверхностных и погружаемых устройств, а также предсказать ожидаемый прирост добычи нефти. Эти высокоточные симуляторы также позволяют провести диагностику текущего состояния скважины и предсказать динамику ее поведения в будущем, включая динамику изменения дебита нефти, распределения давления и газонасыщености в пласте, ГФ и коэффициента нефтеотдачи пласта (пример матмоделирования – рис. 3). Краткое описание используемой математической модели приведено в Приложении.
(1 атм = 15 psi , 1 м3 = 6,3 барр, 1 м3/м3 = 5,6 куб. фут/барр )
Сначала скважина работала в неоптимальном режиме (Pзаб ≠ Pопт);
затем она была переключена в оптимальный режим, когда Pзаб поддерживается близко к Pопт
Результаты применения TOP на практике:
1) Скважина A1, Юго-Восточная Азия (рис. 4):
- Добыча увеличена с 23,5 до 50,5 м3 в день;
- ГФ уменьшен с 6864 м3/м3 до 2221 м3/м3;
- Водосодержание уменьшено с 27% до 5% ;
- Коэффициент нефтеотдачи значительно увеличился, поскольку скважина была стабилизирована и уменьшены ГФ и водосодержание;
- За два месяца добыто нефти дополнительно: 1816 м3 (на более 1 000 000 долл.).
- ГФ уменьшен с 586 до 227 м3/ м3;
- Дебит увеличился с 19,2 до 26 м3 в день;
- Водосодержание уменьшено с 9,5% до 0,43%;
- После снятия устройства TOP со скважины было замечено внезапное увеличение дебита, поскольку технология TOP помогла очистить призабойную зону от газовых и водяных конусов, уменьшила вязкость нефти и улучшила проницаемость этой зоны по нефти, в то же время ухудшив проницаемость по газу.
- Использование TOP увеличило ежедневную добычу на 18%, с 123,8 до 146 м3 в день, уменьшило ГФ на 15% с 1071 до 803,6 м3/ м3 и содержание воды до нуля;
- Устройство TOP было установлено на забое в НК трубах для поддержания оптимального забойного давления и стабилизации добычи из скважины;
- Был уменьшен скин-эффект в призабойной зоне, а также уничтожены газовые и водяные конусы в перфорационной зоне;
- Использование устройства TOP позволило добыть дополнительно 5952 м3 нефти за девятимесячный период;
- За 7 лет применения ТОР скважина дала дополнительно нефти на 10 млн долларов.
На скважине, добывавшей 6 тонн, с ГФ, равным 30000 м3/м3, и водосодержанием более 20% путем установки специально рассчитанного забойного устройства удалось повысить дебит нефти на 50%, снизить воду до 7%, а ГФ уменьшить вдвое.
В мире (и в России, в частности) существует огромное количество газовых месторождений, имеющих нефтяные оторочки. При этом не существует эффективной технологии, позволяющей добывать из них нефть.
Внедрение ТОР-технологии может позволить решить эту проблему и получить дополнительно миллионы тонн высококачественной нефти.