Геологические основы разработки нефтяных и газовых месторождений

 

Система с использованием напора пластовых  вод при неподвижном ГНК.

 

Система предусматривает обеспечение отбора нефти из нефтегазовой залежи (с  потенциально смешанным природным  режимом) только за счет внедрения пластовых  вод при неизменном объеме газовой  шапки. Стабилизация ГНК в начальном  его положении обеспечивается регулированием давления в газовой шапке путем отбора из нее через специальные скважины строго обоснованных объемов газа, соответствующих темпам снижения давления в нефтяной части залежи. При такой системе разработки интервал перфорации в скважинах может быть расположен несколько ближе к ГНК по сравнению с его положением при совместном использовании напора вод и газа. Однако и здесь при выборе интервала перфорации следует учитывать возможность образования конусов газа и воды и необходимость продления периода безводной эксплуатации скважин в условиях подъема ВНК.

 

Система разработки с нейтрализацией действия энергии газовой шапки успешно  применяется при большой высоте нефтяной части залежи, низкой вязкости нефти, высокой проницаемости пласта, наличии в разрезе пласта непроницаемых прослоев, увеличивающих его анизотропию.

4.3. НЕТРАДИЦИОННЫЕ МЕТОДЫ РАЗРАБОТКИ  НЕФТЯНЫХ ЗАЛЕЖЕЙ И ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ  УСЛОВИЯ ИХ ПРИМЕНЕНИЯ

 

Нетрадиционными методами разработки в настоящее  время принято называть все методы воздействия на пласт, отличающиеся от широко применяемого метода заводнения. Новые методы необходимы для разработки залежей нефти, на которых заводнение не может быть применено вообще, и для эксплуатационных объектов, на которых традиционное заводнение не обеспечивает высоких коэффициентов извлечения нефти. Таким образом, применение новых методов предусматривает увеличение коэффициентов извлечения нефти по сравнению с их величиной при использовании природного режима залежей и заводнения. Поэтому часто все нетрадиционные методы разработки называют методами увеличения коэффициентов извлечения нефти.

 

Методы повышения  коэффициентов извлечения нефти  по виду применяемого процесса можно  подразделять на следующие группы:

 

физико-химические методы—вытеснение нефти водными  растворами химических реагентов (полимеров, поверхностно-активных веществ, кислот, щелочей), мицеллярными растворами и др.;

 

теплофизические методы—нагнетание в пласты теплоносителей—горячей воды или пара;

 

термохимические методы—применение процессов внутрипластового горения нефти — «сухого», влажного или сверхвлажного, в том числе  с участием щелочей, оксидата и др.:

 

методы вытеснения нефти смешивающимися с ней агентами—растворителями, углеводородными газами под высоким  давлением.

 

Каждый из  методов может быть эффективно применен лишь в определенных геолого-физических условиях. Поэтому при внедрении того или иного нового метода важно выбрать соответствующие эксплуатационные объекты. Испытание методов в промысловых условиях показывает, что оценка эффективности новых методов по данным лабораторных и теоретических исследований нередко бывает завышенной. Поэтому при выборе объектов наряду с экспериментальными данными необходимо учитывать результаты широкого испытания методов в различных геологопромысловых условиях. В настоящее время объем таких испытаний еще недостаточен. Поэтому приводимые ниже рекомендации по применению различных методов следует принимать в качестве предварительных. Эффективность рекомендуемых методов и реагентов также требует дополнительной проверки.

 

При обосновании  применения новых методов следует  учитывать, что многие из них дорогостоящие, требуют использования дефицитных реагентов или сложного оборудования. Поэтому при их проектировании и внедрении особое внимание следует уделять вопросам экономики.

 

Заводнение с  использованием химических реагентов.

 

Эта группа методов основана на нагнетании в продуктивные пласты водных растворов химических веществ с концентрацией 0,02—0,2%. Растворы нагнетаются в объеме 10—30% от общего объема пустот залежи для создания оторочки, вытесняющей нефть. Затем оторочку перемещают путем нагнетания в пласт обычной воды, называемой в этом случае рабочим агентом. Методы могут применяться при тех же плотностях сеток скважин, что и обычное заводнение. С их помощью может быть существенно расширен диапазон значений вязкости пластовой нефти (вплоть до 50—60 мПа с), при котором возможно применение методов воздействия, основанных на заводнении. Применение методов в начальных стадиях разработки позволяет ожидать увеличение коэффициентов извлечения нефти по сравнению с их величиной при обычном заводнении на 3—10%.

 

Вытеснение  нефти водными растворами полимеров.

 

Наиболее  приемлемым для этого процесса считается  раствор полиакриламида (ПАА) известкового способа нейтрализации. Добавка  ПАА к нагнетаемой воде повышает ее вязкость и, следовательно, уменьшает  относительную вязкость пластовой нефти: mо=mн/mв. Это повышает устойчивость раздела между водой и нефтью (фронта вытеснения), способствуя улучшению вытесняющих свойств воды и более полному вовлечению объема залежи в разработку.

 

Метод рекомендуется для залежей с повышенной вязкостью пластовой нефти — 10—50 мПа с. Учитывая возможность снижения приемистости нагнетательных скважин вследствие повышенной вязкости раствора и соответственно низких темпов разработки залежей, метод целесообразно применять при значительной проницаемости пород-коллекторов—более 0,1 мкм2. Благоприятны залежи с относительно однородным строением продуктивных пластов, преимущественно порового типа.

 

При фильтрации раствора в пористой среде  пород происходит адсорбция полимера на стенках пустот. Интенсивность этого процесса особенно ощутима при движении в пласте первой порции раствора, при значительной обводненности пластов минерализованной водой в результате предшествующей разработки, при высокой глинистости пород-коллекторов. Так как адсорбция может воздействовать на эффективность процесса вытеснения одновременно в двух противоположных направлениях, то по каждому объекту она должна быть предметом специальных исследований. Вместе с тем считают, что наиболее эффективно метод может быть применен на новых залежах (с низкой водонасыщенностью пластов) при низкой глинистости коллекторов (не более 8—10%). Вследствие потери полимерами при высокой температуре способности загущать воду метод целесообразно применять при температуре пластов не выше 70—90°С. Допустимая глубина залегания продуктивных отложений определяется потерями давления на трение вязкой жидкости в нагнетательных скважинах и величиной геотермического градиента.

 

Вытеснение  нефти водными растворами поверхностно-активных веществ ПАВ.

 

Наиболее  применимыми считаются растворы неионогенных ПАВ типа ОП-10. Судя по эксплуатационным данным, добавка ПАВ в нагнетаемую воду улучшает отмывающие свойства воды: снижается поверхностное натяжение воды на границе с нефтью, уменьшается краевой угол смачивания и т. д. Метод рекомендуется для залежей с водонасыщенностью пласта не более 15% (с учетом способности реагента к селективной адсорбции на стенках во-донасыщенных пустот породы), при вязкости пластовой нефти 5—30 мПа-с, проницаемости пласта выше 0,03—0,04 мкм2, температуре пласта до 70 °С.

 

Следует отметить, что по мере накопления материалов о проведении опытно-промышленных работ  в разных геологопромысловых условиях представления об эффективности  метода становятся менее оптимистичными. В настоящее время возможный прирост коэффициента извлечения нефти от применения метода оценивают примерно в 3-5%.

 

Вытеснение  нефти мицеллярными растворами.

 

При этом методе в качестве вытесняющего агента, в пласт нагнетают мицеллярный  раствор (в объеме около 10 %)

 

В разных литературных источниках указываются различные предельные значения температуры от пустотного пространства залежи), узкую оторочку которого перемещают широкой оторочкой буферной жидкости — раствора полимера, а последнюю—рабочим агентом—водой. Состав мицеллярного раствора: легкая углеводородная жидкость, пресная вода, поверхностно-активные вещества, стабилизатор. Раствор представляет собой микроэмульсню, состоящую из агрегатов (мицелл) молекул воды и УВ. Метод предусматривает достижение близких значений вязкости пластовой нефти, мицеллярного раствора и буферной жидкости. Механизм процесса находится в стадии изучения.

 

Метод предназначается в основном для  извлечения остаточной нефти из заводненных  пластов. Для применения известных  мицеллярных растворов рекомендуется выбирать залежи нефти в терригенных коллекторах порового типа (нетрещиноватых). относительно однородных, не содержащих карбонатного цемента. Эти требования обусловлены тем, что при перемещении раствора по резко неоднородному коллектору и при контакте его с карбонатами может нарушаться его структура. Средняя проницаемость пластов желательна более 0,1 мкм2. Остаточная нефтенасыщенность пласта технологически не ограничивает применения метода, но вследствие большой стоимости работ по созданию оторочки экономически целесообразно, чтобы она была более 25—30%. Рекомендуемая вязкость пластовой нефти от 3 до 20 мПа×с, поскольку при более высокой вязкости требуется и большая вязкость раствора и буферной жидкости, что обусловливает технологические трудности в подготовке и нагнетании растворов. В связи с неблагоприятным влиянием солей на структуру раствора метод целесообразно применять для эксплуатационных объектов, разрабатываемых с внутриконтурным нагнетанием пресной воды. Температура пластов не должна превышать 70—90 °С. Допустимая глубина залегания пластов определяется теми же факторами, что и при вытеснении нефти растворами ПАВ.

 

Теплофизические методы.

 

Применение  этих методов основано на внесении в пласт тепла с поверхности. В качестве теплоносителей применяют  пар или горячую воду.

 

Вытеснение  нефти паром. Метод рекомендуется  для разработки  залежей  высоковязких  нефтей — более  40— 50 мПа•с, для  которых метод заводнения не пригоден. Наибольшее признание процесс паротеплового  воздействия получил в сочетании  с заводнением, при котором путем нагнетания пара в пласт в нем создается высокотемпературная оторочка в объеме 20—30 % к общему объему пустотного пространства залежи, которая перемещается закачиваемой в пласт водой. Применение метода позволяет достигать высокой величины коэффициента извлечения нефти—0,4—0,6, иногда более.

 

Высокая эффективность метода обеспечивается благодаря снижению вязкости пластовой  нефти, дистилляции нефти в зоне пара, гидрофилизации породы-коллектора вследствие расплавления и удаления со стенок пор смол и асфальтенов и другим явлениям.

 

Выбор залежей с благоприятной для  применения метода геологопромысловой характеристикой основывается главным  образом на необходимости создания условий для минимальных потерь тепла при перемещении пара по скважине и затем по пласту. Глубина залегания пласта ограничивается примерно 1000 м во избежание чрезмерно высоких потерь тепла в породы через ствол нагнетательной скважины. Рекомендуемая нефтенасыщенная мощность—10—40 м. При меньшей мощности резко возрастают потери тепла в породы, покрывающие и подстилающие продуктивный пласт. При чрезмерно большой мощности горизонта во избежание низкого охвата воздействием по вертикали возможно его расчленение на объекты. Благоприятны высокие коллекторские свойства пород (коэффициент пористости более 0,2 %, проницаемость более 0,5 мкм2), поскольку при этом сокращаются потерн тепла на нагревание собственно пород продуктивного пласта. Процесс наиболее эффективен при разработке залежей с высокой начальной нефтенасыщенностью, так как при этом потери тепла на нагрев содержащейся в пласте воды минимальны.

 

Следует учитывать, что нагнетание пара при  неустойчивости пород-коллекторов  к разрушению может вызвать усиление выноса породы в добывающие скважины, а также разбухание глин в пласте, приводящее к уменьшению размера пор и к соответствующему снижению проницаемости. Поэтому целесообразно выбирать объекты с пластами, не подверженными разрушению и с малой глинистостью—не более 10%. Более благоприятны для процесса мономинеральные (кварцевые) песчаники, менее благоприятны — полимиктовые с обломками глинистых пород.

 

Применение  метода эффективно при условии расстояний между скважинами не более 200—300 м.

 

Вытеснение  нефти горячей водой. Этот метод  может применяться для разработки нефтяных залежей высоковязких нефтей с целью повышения коэффициента извлечения нефти из залежей высокопарафинистых нефтей для предотвращения выпадения парафина в пласте. Повышение коэффициента извлечения нефти обусловливается теми же факторами. что и при нагнетании пара. Однако рассматриваемый процесс менее эффективен, поскольку он обеспечивает воздействие на пласт меньшей, чем при нагнетании пара. температуры и для прогрева пласта, вследствие значительного отставания фронта прогрева пласта от фронта вытеснения нефти, требуется закачивать в пласт большие объемы горячей воды (в 3—4 раза превышающие объем пустот продуктивного пласта).

 

Метод применяется для залежей, по которым  даже незначительное снижение температуры  в процессе разработки может приводить  к выпадению парафина в пласте и закупориванию его пор. Для предотвращения этого следует нагнетать воду с температурой, превышающей пластовую на величину ее потерь по пути к забою скважины.

 

Так же, как и  при нагнетании пара, выбор объектов для воздействия горячей водой  в основном лимитируется величиной теплопотерь в скважине и в пласте.

 

Термохимические методы.

 

Методы основаны на способности пластовой нефти  вступать в реакции с нагнетаемым  в пласт кислородом (воздухом), сопровождающиеся выделением большого количества тепла (внутрипластовым «горением»). Таким образом, методы предусматривают генерирование тепла непосредственно в продуктивном пласте путем инициирования процесса горения у забоя и перемещения зоны (фронта) горения по пласту при последующем нагнетании воздуха. Для разработки нефтяных залежей могут быть применены следующие методы:

 

-—  прямоточное  «сухое» горение, когда на забое  воздухонагнетательной скважины  производится поджог нефти и  зона горения перемещается нагнетаемым  воздухом в направлении к добывающим  скважинам;

 

-—  прямоточное  влажное или сверхвлажное горение,  при котором в пласт нагнетаются  в определенном соотношении воздух  и вода. Это обеспечивает образование  впереди фронта горения оторочки  горячей воды, т. е. перенос  тепла в зону впереди фронта  горения, и способствует увеличению коэффициента извлечения нефти при значительном уменьшении расхода нагнетаемого воздуха.