Снижение пластовых потерь нефти из-за неравномерности дренирования в пассивных зонах

Вестник ДГТУ. Технические науки. № 15, 2009. -\-

А.И. Ибрагимов, Т.М. Умариев

СНИЖЕНИЕ ПЛАСТОВЫХ ПОТЕРЬ НЕФТИ ИЗ-ЗА НЕРАВНОМЕРНОСТИ ДРЕНИРОВАНИЯ В ПАССИВНЫХ ЗОНАХ.

В статье рассматривается частная, но достаточно важная в научном и практическом отношениях задача о динамике деформации контактов фаз при заводнении чисто нефтяных залежей. В работе были использованы, полученные ранее результаты экспериментов по динамике формирования остаточных целиков нефти, нахождение путей выработки которых могло бы существенно изменить ситуацию в нефтедобывающей отрасли. Задача решалась методами физического моделирования Изучен механизм образования остаточных целиков в прикровельных частях чисто нефтяных залежей. Изучен так же механизм образования остаточных целиков в слоисто-неоднородном пласте. Актуальность подобных задач и их практическую значимость подтверждает накопленный нефтепромысловый опыт. В частности, остаточные запасы нефти по многим месторождениям Урало-Поволжья, в том числе и таким крупным как Туймазинское и Шкаповское сосредоточены в прикровельных частях залежей и причиной их образования является гравитационное расслоение нефти и воды. Авторами предложен ряд технологических приемов, обеспечивающих снижение в этих условиях статочного целикообразования и повышение нефтеотдачи.

Известные стандартные технологии повышения нефтеотдачи пластов, которые широко применяются в нефтедобывающей отрасли, основаны на односторонних эффектах и не могут обеспечить комплексное воздействие на пласт в целях повышения нефтеотдачи. В этом их органический порок и фактор ограничивающий применимость в сложных исходных геолого-физических условиях. Перспективы же повышения нефтеотдачи связаны с новыми более совершенными технологиями воздействия на пласт, которые адекватны исходным данным. Построение таких технологий является одной из основных задач нефтедобывающей отрасли, отвечающей требованиям времени.

Ниже приводится беглый обзор состояния дел в нефтедобывающей отрасли, который позволяет убедиться в актуальности вышеуказанной задачи повышения эффективности разработки углеводородных залежей в новых более сложных геолого-физических условиях и вынести рекомендации по натурному внедрению новых методов повышения нефтеотдачи.

Одним из недостатков традиционных стандартных схем разработки углеводородных залежей является неравномерность дренирования по вертикали, обусловленная слоистой неоднородностью или гравитационным разделением нефти и воды. В первом случае механизм формирования остаточных целиков выглядит следующим образом.

Закачиваемый в пласт через нагнетательную скважину рабочий агент (вода) обычно более интенсивно фильтруется и вытесняет нефть из высокопроницаемых пропластков.

В результате со временем контакт «нефть-вода» по указанным пропласткам достигает интервала отбора опережающими темпами и обводняет последний. При этом в низкопроницаемых пропластках остаются целики нефти, выработка нефти из которых практически не происходит.

Во втором случае - закачиваемый рабочий агент опережающими темпами продвигается по приподошвенной части из-за того, что удельный вес воды больше удельного веса нефти . В результате остаточный целик формируется в прикровельной части залежи. Указанные ситуации, которые отражают естественные причины

-\-

остаточного целикообразования, иллюстрируются рис1 и рис 2. Значительная, если не большая часть пластовых потерь нефти обусловлена именно этими факторами. Подтверждение тому - опыт разработки месторождений Урало-Поволжья и, в частности , месторождений Туймазинское и Шкаповское, в которых остаточные запасы сосредоточены в прикровельных частях залежей.

Другая причина понижения нефтеотдачи - несовершенство системы разработки или иными словами - техногенный фактор. Если проявление естественного фактора связано с остаточным целикообразованием главным образом в низкопроницаемых зонах продуктивного пласта, то проявление техногенного фактора связано с тем, что воздействие на пласт не может быть реализовано в каждой его точке и ограничивается областью влияния скважи-ны. Остальные же зоны пласта дренируются в меньшей степени или не дренируются совсем. В результате в указанных зонах остаются целики неизвлеченной нефти. Выработка нефти из таких целиков происходит крайне медленно и при высокой обводненности добываемой продукции. Примером формирования таких целиков может быть остаточное целикообразование в площадных схемах размещения скважин /3/. Механизм указанного явления изучен достаточно подробно и состоит в следующем. Закачиваемая через нагнетательные скважины вода первоначально образует круговой фронт вытеснения, который в дальнейшем на отдельных участках вытягивается в сторону добывающих скважин. В результате наиболее интенсивно нефть вытесняется по линиям, которые напрямую соединяют нагнетательные и добывающую скважины между собой. При этом в слабодренируемых участках пласта между нагнетательными скважинами остаются целики нефти, вытянутые между добывающей скважиной данного элемента разработки и добывающими скважинами соседних элементов (рис.3). Вовлечение указанных целиков в разработку и повышение коэффициента извлечения нефти в данном случае достигается за счет изменения направления фильтрационных потоков и повышения коэффициента охвата . Данный пример довольно типичен для нефтедобывающей практики, в которой увеличение коэффициента извлечения нефти достигается как правило или за счет повышения коэффициента вытеснения или повышения коэффициента охвата. Такой технологический прием обеспечивает одновременное повышение коэффициента охвата и коэффициента вытеснения.

Вышеописанный механизм формирования пластовых потерь нефти из-за естественного фактора- слоистой неоднородности или гравитационного разделения нефти и воды и техногенного фактора - неравномерности дренирования продуктивного пласта по толще или по площади изучен во многих работах / 1 ,2 ,3 / методами физического и математического моделирования.

В настоящей работе предлагаются принципиально иные подходы к проблеме наращивания добычи нефти , существо которых состоит в применении известных методов повышения коэффициента охвата или коэффициента вытеснения нефти по программе , которая обеспечивала бы одновременное повышение и коэффициента охвата и коэффициента вытеснения Такие технологии строятся на селективной закачке рабочего агента через интервал закачки или избирательном отборе нефти через интервал отбора и специальном регулировании программы закачки-отбора . Ранее технологиям, основанным на таких принципах уделялось не достаточно внимания , несмотря на их явные экономические преимущества . Между тем перспективы нефтегазодобывающей отрасли, по мнению авторов, следует связывать именно с такими технологиями , поскольку открытия новых значительных по запасам чисто нефтяных залежей не предвидится и ожидать увеличения доказанных запасов за счет открытия таких залежей не приходится.

Остаточные запасы нефти в пассивных зонах, описанного выше типа могут составить многие и многие миллионы тонн и их вовлечение в разработку могло бы значительно повысить энергетическую безопасность страны в условиях ухудшающейся ситуации в сфере доказанных запасов.

-\-

Сообразно с изложенным в настоящей статье предпринята попытка разработки

технологий, которые могли бы обеспечить вовлечение в разработку нефти из пассивных зон. Изложены рекомендации по натурному внедрению новых способов разработки нефтяных залежей, которые базируются на известной и, изученной в ранних работах / 1, 2, 3,/ , динамике образования остаточных целиков нефти.

Применительно в приведенному выше примеру площадного заводнения, повышение показателей разработки, выбранной для натурного внедрения схемы, как уже указывалось выше может основываться на циклическом изменении направлении фильтрационных потоков. В частности, после первой фазы заводнения и образования остаточных целиков, добывающие скважины соседних элементов разработки переводятся под нагнетание воды, а добывающая данного элемента сохраняет свои функции. При этом первоначально нагнетательные скважины так же сохраняют свои функции, и нефть остаточных целиков вытесняется к интервалу отбора добывающей скважины вдоль их длинных сторон, что позволяет предотвратить смещение нефти в ранее водонасыщенную зону и ее потери из-за гистерезиса фазовых проницаемостей. Далее может быть осуществлен возврат к первоначальной схеме. В дальнейшем циклическое заводнение может повторяться в описанной выше последовательности.

Описанный прием есть технология повышения нефтеотдачи вышеуказанного типа, т.е. с одновременным повышением и коэффициента охвата и коэффициента вытеснения. Технология основана на гиродинамическом принципе. Повышение коэффициента охвата достигается за счет изменения функционального назначения скважин и изменения направления фильтрационных потоков. За счет того же фактора повышается и коэффициент вытеснения , поскольку изменение направления фильтрационных потоков обеспечивает так же и вовлечение в разработку нефти из узких поровых каналов на микроуровне.

Такой же результат обеспечивают и другие технологии, несмотря то, что основаны они на другом принципе - физико-химическом. К натурному внедрению предлагается специальная программа закачки в пласт двуокиси углерода или воды загущенной полиакриламидом.

Закачка в нефтяной пласт двуокиси углерода с последующей закачкой воды для повышения коэффициента вытеснения и закачка раствора полиакриламида для подавления вязкостной неустойчивости широко применяется нефтедобывающей практике / 4 /.

Технологии же предлагаемые в настоящей работе , в отличие от известных ранее /4/ , позволяют помимо вышеуказанных преимуществ, обеспечить дополнительное повышение коэффициента охвата за счет выравнивания профиля дренирования в случае слоисто-неоднородного пласта и интенсивного проявления гравитационных сил .

Одновременное повышение и коэффициента охвата и коэффициента вытеснения , которое ожидается при натурном внедрении описанных далее способов , позволяет рассчитывать на кратное увеличение нефтеотдачи.

Динамика вытеснения нефти водой при традиционной технологии заводнения показана на рис.1 - для случая интенсивного гравитационного расслоения нефти и воды и на рис.2 - для случая слоисто-неоднородного пласта.

Как видно из рис.1 , закачиваемая через нагнетательную скважину вода, как более тяжелый агент, опускается в приподошвенную часть пласта и после достижения интервала вскрытия добывающей скважины обводняет последний. Прикровельная часть при этом дренируется менее интенсивно и к моменту обводнения добывающей скважины в прикровельной части остается целик нефти, который в дальнейшем практически не вырабатывается. По предлагаемой технологии следует в приподошвенную часть пласта закачивать воду, загущенную полиакриламидом в большей степени, чем в прикровельную, кратно отношению проявления в этих частях гравитационных сил. Другой вариант - закачивать в прикровельную часть отточку двуокиси углерода большего

-\-

объема с последующим заводнением, чем объем оторочки двуокиси углерода, закачиваемой в нижнюю приподошвенную часть, так же кратно проявлению в этих частях гравитационных сил. В первом случае понижается скорость движения контакта «нефть-вода» в приподошвенной части за счет увеличения вязкости и понижения подвижности вытесняющего агента (воды) в этой части.

Рис.1. Гравитационное расслоения нефти и воды.

НС - нагнетательная скважина ; ДС - добывающая скважина ;ОЦ - остаточный целик нефти; В- верхняя прикровельная часть пласта; Н- нижняя приподошвенная часть пласта;

1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 - положение контакта «нефть-вода» на различные моменты времени в

порядке увеличения времени .

Во втором, повышается скорость движения контакта «нефть-вода» за счет уменьшения вязкости и повышения подвижности вытесняемого агента - в прикровельной части. В обоих случаях следует ожидать выравнивание фронта вытеснения «нефть-вода» и исключение остаточного целикообразования в прикровельной части нефтяной залежи.

В случае слоисто-неоднородного пласта( рис.2 ) динамика вытеснения нефти водой показана на примере пласта , сложенного двумя разнопроницаемыми пропластками . Как видно из рис.2 при закачке воды через нагнетательную скважину наблюдается опережающий прорыв воды по высокопроницаемому пропластку. К моменту достижения языком воды интервала отбора добывающей скважины и обводнения последнего , в низко-проницаемой части пласта остается целик невыработанной нефти . Выработка указанного остаточного целика, как и описанного выше прикровельного остаточного, идет крайне медленно и при высокой обводненности добываемой продукции .

Как и в приведенном выше случае возможность довыработки указанного остаточного слоя увязывается с технологией избирательного воздействия на пласт, в которой концентрация или объемы закачки рабочих агентов изменяются в соответствии с изменяющимися геолого-физическими данными внутри самого пласта(адекватно этим условиям).

В этом случае большая степень загущения воды полиакриламидом предпологается для высокопроницаемого прослоя. Это позволит увеличить в этом прослое вязкость вытесняющей воды и снизить для него скорость вытеснения нефти.

В случае же применения технологии закачки СО2 , большие объемы закачки последней в нефть следует производить в низкопроницаемый пропласток. Тогда вязкость нефти в этом пропластке снизится, а скорости вытеснения возрастут. В результате применения в натурных условиях такого технологического приема, как и в случае с селективным загущением вытесняющей воды различных пропластков фронт вытеснения выравнивается.

Рис.2. Заводнение слоисто-неоднородого пласта. НС - нагнетательная скважина; ДС - добывающая скважина; ОЦ - остаточный целик нефти; В- верхняя прикровельная часть пласта; Н- нижняя приподошвенная часть пласта ; 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 - положение контакта «нефть-вода» на различные моменты времени в

порядке увеличения времени различным количеством полиакриламида , ожидается выравнивание профиля вытеснения «нефть-вода» и снижение или полное исключение

остаточного целикообразования.

Общий вывод, который напрашивается из обобщения результатов, поставленных ранее опытов и приведенных выше рассуждений состоит в том, что одним из перспективных направлений развития нефтедобывающей отрасли могут стать многоцелевые технологии . В данном случае , как видно из представленных рассуждений , повышение коэффициента извлечения нефти может быть достигнуто за счет включения двух и более механизмов. В условиях истощения мировых запасов нефти и невозможности решения проблемы наращивания добычи нефти за счет вовлечения в разработку новых чисто нефтяных залежей, задачи подобного рода должны стать предметом интенсивного изучения методами физического и математического моделирования.

Рис.3. Площадное заводнение границы площадного элемента на этапе 1 разработки границы площадного элемента на этапе 11 разработки нефть; вода ; 1 и 2 - нагнетательная и добывающая скважины; 3 - добывающие скважины соседних элементов разработки; 4 - границы остаточных целиков ; 5 - вытеснение нефти водой на втором этапе .

Вестник ДГТУ. Технические науки. № 15, 2009. -\-

Библиографический список:

1. Умариев Т.М. «Исследование динамики образования прикровельного остаточного слоя нефти», серия: «Разработка нефтяных и газовых месторождении и методы повышения нефтеотдачи», М.ВНИИОЭНГ, 1990г., ЭИ , вып.1.

2. Умариев Т.М. «Исследование структуры пластовых потерь нефти в слоисто-неоднородном пласте» ,НТС «Нефтепромысловое дело» , М. ВНИИОЭНГ.1992 г., вып.8.

3. Фазлыев Р.Т. « Площадное заводнение нефтяных меторождений», М.Недра.1980г.

4. Сургучев М.Л. «Методы извлечения остаточной нефти» , М.Недра. 1991г.

Вестник ДГТУ. Технические науки. № 15, 2009.

-\-

A.I. Ibragimov, T.M. Umariev

A decrease in base oil loss because of drainage no uniformity in the passive regions

The work is devoted to a particular but scientifically and practically important problem of the deformation dynamics of phase contacts at flooding the pure oil accumulations. In the paper are used previously obtained experimental results on the formation dynamics of unrecovered oil, a finding of recovery techniques of which could essentially change a situation in the oil industry. Authors offer a number of technological methods providing a decrease of unrecovered oil generation and increase of productive rate under these conditions.

Ибрагимов Авес Ибрагимович (р.1941) Заведующий кафедрой «Нефтегазовое дело» Дагестанского государственного технического университета. Кандидат технических наук (1973).

Область научных интересов: гидромеханика, системы управления производственными процессами

Автор более 60 научных публикаций

Умариев Темирлан Магомедович

Область научных интересов: Скважинная разработка нефтяных и газовых месторождений Автор более 60 научных трудов и 20 изобретений