Оценка эксплуатационных запасов подземных вод на отдельных участках нефтяных месторождений с использованием постоянно-действующих моделей
Автор: Ершов Г.Е., Палкин С.С., Фортыгин А.В.
На территории Ханты-Мансийского автономного округа расположено более 300 нефтяных месторождений. Разработка нефти на разрабатываемых месторождениях производится с применением технологии заводнения (поддержания пластового давления). Для заводнения используются речные, подземные (пресные и минерализованные) и подтоварные воды. На 58 месторождениях используются, совместно с подтоварными, минерализованные подземные воды апт-альб-сеноманского водоносного комплекса.
Подсчет эксплуатационных запасов минерализованных вод апт-альб-сеноманского водоносного комплекса по нефтяным лицензионным участкам до середины 90-х годов выполнялся с использованием гидродинамического подхода со схематизацией пласта в качестве изолированного и однородного. Расходы действующих и проектных водозаборов принимались по их максимальной производительности на весь срок эксплуатации. Как правило, при расчете учитывались все водозаборы, расположенные в радиусе до 100 км (средняя принятая величина радиуса влияния) от участка оценки запасов.
Как показывает многолетняя практика, фактическая динамика снижения уровней на водозаборных участках существенно отличается от результатов прогнозных расчетов при принятой схеме учета максимальной производительности. Прежде всего, это связано с постепенным снижением отбора за счет компенсации подтоварными водами. Кроме того, за счёт применения упрощённой расчётной схемы, как правило, завышена и сама величина расчетных понижений от взаимодействующих водозаборов при гидродинамических расчетах.
В 1999-2003 г.г. ЗАО ГИДЭК выполнялись работы по региональной оценке эксплуатационных запасов подземных вод апт-альб сеноманского водоносного комплекса для целей ППД. Разработанная в ходе региональной оценки эксплуатационных запасов постоянно-действующая модель, позволила оценить условия формирования запасов (определяющиеся, прежде всего, емкостными свойствами водовмещающих отложений) и воспроизвести ретроспективную картину освоения апт-альб-сеноманского водоносного комплекса (начиная с 1966 года), а также перспективы дальнейшего освоения при оценке ЭЗПВ.
Необходимым приложением к постоянно действующей модели является информационно-аналитическая система, включающая взаимосвязанные фактологическую и картографическую базы данных, которая предназначена для хранения, анализа и подготовки к моделированию текущей и ретроспективной гидрогеологической информации.
Постоянно-действующая модель охватывает всю площадь распространения апт-альб-сеноманских отложений на территории ХМАО (рис.1). Ее границами являются: на западе - по внешнему восточному контуру Уральской ГСО, на севере, юге и востоке контуры модели отнесены от административной границы ХМАО, частично охватывая территории Ямало-Ненецкого округа, Тюменской, Томской областей (отодвинуты от границ ХМАО соответственно на 120, 60 и 150 км).
В соответствии с геологическим строением апт-альб-сеноманского ВК и его гидрогеологическими условиями, целевой водоносный комплекс для целей моделирования схематизирован 3-мя расчетными слоями (сверху-вниз):
1. Уватская свита и верхнепокурская подсвита (верхняя толща)
2. Ханты-мансийская свита и среднепокурская свита (средняя толща).
3. Викуловская свита и нижнепокурская подсвита (нижняя толща)
Кроме того, в модель был включен 4-й слой, отождествляемый с неоком-юрским нефтеводоносным комплексом, для воспроизведения на модели вертикального перетока из нижних частей разреза платформенного чехла в целевой водоносный комплекс.
Для формирования структуры модели были использованы карты полных мощностей верхней, средней и нижней толщ апт-сеноманских отложений, а также изогипс кровли и подошвы ААС ВК, обоснованные данными каротажей более, чем 10 тысяч разведочных скважин.
Распределение фильтрационных параметров ААС ВК на региональной постоянно-действующей модели принято по геолого-структурным картам и картам распределения гидрогеологических параметров, построенных как по результатам интерпретации каротажа разведочных скважин, так и по данным материалов геологического изучения недр с подсчётом ЭЗПВ для целей ППД по 71 нефтяному участку. Распределение коэффициента фильтрации в расчетных слоях модели принято изотропным по горизонтали (Kx=Ky), и анизотропным по вертикали Kz << Kx, в каждом расчетном блоке.
Выделение зон с разными значениями коэффициента фильтрации Kx для каждого слоя модели было выполнено по результирующим картам обобщенного коэффициента фильтрации (для всей мощности слоя), который рассчитывался как частное от деления суммарной водопроводимости слоя на его полную мощность.
Коэффициент вертикальной фильтрации Kz, характеризующий вертикальную взаимосвязь между водоносными пластами, задавался для каждого расчетного слоя модели. Стартовые значения вертикального коэффициента фильтрации (Kz) для западной части и переходной зоны Березово-Тюменского и восточной части Омско-Ларьякского районов, где распространены более глинистые отложения, задавались величиной в 100 раз меньше горизонтального. Для центральной части ХМАО (западной части Омско-Ларьякского района), где глинистость разреза снижается, а прослои глин часто замещаются хорошо проницаемыми отложениями, исходное соотношение коэффициентов фильтрации устанавливалось как 1/10.При решении обратной задачи на модели было отмечено, что основную роль в формировании положения уровней подземных вод и взаимодействии водозаборных воронок в условиях эксплуатации водозаборов играет величина обобщённой упругой емкости водовмещающих отложений, которая, как правило, фактически в несколько раз больше, чем принимаемые по результатам каротажа значения.
С 2003 по 2005 год постоянно действующая модель была использована при оценке эксплуатационных запасов подземных вод на ряде отдельных месторождений на территории ХМАО и ЯНАО (Люкпайский, Кирско-Коттынский, Восточно-Пякутинский участки). Изложенная ниже методика апробирована в ходе работ на этих участках.
При оценке эксплуатационных запасов подземных вод использование информационно-аналитической системы осуществляется в следующей последовательности:
1) Получение из базы данных информации о геологическом и гидрогеологическом строении водоносного комплекса в пределах исследуемого месторождения. На основе данных о структурных показателях апт-сеноманского водоносного комплекса по разведочным скважинам выполняется построение или уточнение детальных карт отметок кровли-подошвы и мощности пачек апт-сеноманского водоносного комплекса в пределах площади исследуемого и прилегающих к нему лицензионных участков, построение геологических разрезов.
С использованием имеющейся фактологической базы данных осуществляется выборка результатов определения фильтрационных параметров по изучаемой территории.
На основании интерпретации каротажных исследований разведочных и эксплуатационных скважин методом ПС и ГК производится оценка фильтрационных параметров пластов.
Полученные из базы данных материалы дополняются результатами проведения опытно-фильтрационных работ в процессе текущих исследований.
2) Получение из базы данных сведений об утверждённых эксплуатационных запасах и эксплуатации апт-сеноманского водоносного комплекса по изучаемой площади. Ежегодное обновление фактологической базы данных должно осуществляться государственным контролирующим органом субъекта РФ за недропользованием. Для отдалённых эксплуатируемых лицензионных участков, выбирается информация о среднегодовых значениях отбора подземных вод.
Для исследуемого участка данные материалы дополняются информацией о ежемесячных величинах отбора (при его эксплуатации).
3) Получение данных о гидрохимических показателях подземных вод. Формируется выборка общих химических анализов по близрасположенным участкам недропользования и оценка минерализации и температуры подземных вод по имеющимся картографическим (цифровым и бумажным) материалам.
Полученные данные дополняются результатами химических анализов подземных вод апт-альб-сеноманского комплекса, полученных при опробовании скважин участка на этапе текущих исследований.
4) Оценка взаимовлияния водозаборов. Эта оценка реализуется на основе региональной постоянно-действующей численной модели. При этом на модели производится восстановление опыта эксплуатации (эпигнозная задача) до года, на который производится оценка запасов подземных вод. При наличии данных на модели, следует уточнить интервалы водоносного комплекса (слой модели), из которых производится эксплуатации подземных вод ААС ВК на окружающих участках эксплуатации, фильтрационные параметры пластов.
При близком расположении эксплуатируемых участков может понадобиться более точное воспроизведение на модели расположения водозаборных узлов (детализация расчетной сетки). При наличии данных о положении уровней подземных вод на оцениваемом участке по результатам решения эпигнозной задачи может быть выполнено уточнение величины обобщенного коэффициента фильтрации, вертикального коэффициента фильтрации и упругой водоотдачи отложений водоносного комплекса.. На основе полученного численного решения оценивается величина суммарной срезки уровней за счёт влияния смежных водозаборов на текущий период, а после задания на модели прогнозного режима их эксплуатации – на прогнозный период. По разнице расчётных уровней подземных вод при заданном на модели водоотборе на оцениваемом участке и без него оценивается влияние эксплуатации подземных вод участка на близрасположенные водозаборы. При моделировании в области развития покурской свиты следует ориентироваться на значения вертикального коэффициента фильтрации, который на 2-3 порядка меньше значений горизонтального. Как показали результаты моделирования в ходе региональной оценке запасов, при этом достигается более реальное соотношение собственных понижений и срезок от влияния удалённых водозаборов.
5) Оценка прогнозного положения уровней в эксплуатационных скважинах. Эта оценка может быть выполнена на основе аналитических решений для безграничного пласта при значениях параметров, полученных по данным интерпретации каротажа, по близрасположенным участкам или оцененных по картам водопроводимости. При наличии информации о наиболее вероятных интервалах водопритоков, интервалах перфорации, рекомендуется применять расчётную схему двухслойного пласта с перетеканием, при этом для основного расчётного пласта принимать параметры пачки, где ожидаются максимальные водопритоки, а для смежного – всю остальную мощность водоносного комплекса.
Прискважинное сопротивление на фильтрах может быть оценено по опыту эксплуатации (при его наличии) или при введении известных расчетных поправок для учета несовершенства скважин.
Выводы:
1. Разработанная в ходе региональной оценки эксплуатационных запасов (1999-2003 г.г.) постоянно действующая модель, позволила оценить условия формирования запасов (определяющиеся, прежде всего, емкостными свойствами водовмещающих отложений) и воспроизвести ретроспективную картину освоения апт-альб-сеноманского водоносного комплекса (начиная с 1966 года), а также перспективы дальнейшего освоения при оценке ЭЗПВ.
2. Информационно-аналитическая система, предназначенная для хранения, анализа и подготовки к моделированию гидрогеологической информации, включающая взаимосвязанные фактологическую и картографическую базы данных, является необходимым приложением к постоянно действующей модели и
3. Представленная методика оценки эксплуатационных запасов подземных вод на участках нефтяных месторождениях с помощью постоянно действующей модели и информационной системы апробирована при оценке эксплуатационных запасов ААС ВК на ряде нефтяных месторождений, сочетает численные и численно-аналитические методы и позволяет выполнять работы связанные с утверждением ЭЗПВ с минимальными затратами и максимальной эффективностью.
4. Для поддержания достоверности разработанной информационной системы и постоянно действующей модели необходимо ежегодное обновление фактологической базы данных по показателям эксплуатации водозаборов и результатов мониторинга подземных вод.