Освоение скважин при помощи струйных насосов на восточно-северском месторождении. Учебное пособие 2е издание Тема Физические свойства горных породколлекторов нефти и газа. Природные коллекторы нефти и газа

• Название: Учебное пособие 2е издание Тема Физические свойства горных породколлекторов нефти и газа. Природные коллекторы нефти и газа
• Анкор: Освоение скважин при помощи струйных насосов на восточно-северском месторождении
• Дата: 17.03.2022
• Размер: 3.74 Mb.
• Имя файла: Pokrepin_-_Razrabotka_neftyanykh_i_gazovykh_mestorozhdeniy.doc
• Тип: Учебное пособие; #401692
• страница: 16 из 18

7.14. Вибросейсмическое воздействие на пласт.

Методы вибросейсмического воздействия на призабойные зоны скважин известны уже более 30 лет, широко распространены и положительно себя зарекомендовали. В свою очередь, идея такого воздействия на нефтеносные горизонты в целом возникла вследствие отмеченной специалистами взаимосвязи между землетрясениями и последующим увеличением дебитов скважин на месторождениях, расположенных вблизи их эпицентров. В последние годы благодаря созданию мощных источников вибрации и теоретической разработке основ процессов локализации и накопления энергии в предусмотренных точках стало возможным приступить к созданию технологий увеличения нефтеотдачи пластов, особенно истощенных в процессе разработки традиционными методами.

Известны следующие предпосылки улучшения процесса разработки залежей нефти при воздействии на них сейсмических или упругих волн.

Один из основных эффектов, сопровождающих импульсное воздействие, - образование трещин в породе-коллекторе. Отмечено, что эффект тем выше, чем менее проницаема порода, а значение проницаемости может возрастать на несколько порядков. Для этого необходимо реализовать в пласте амплитуды давления импульса 15-20 МПа.

Прохождение сейсмических волн через насыщающую пласт жидкость может, при достаточной их амплитуде, приводить к многократному (даже в десятки раз) возрастанию скорости фильтрации. Это связано с проявлением нескольких эффектов. Под воздействием упругих колебаний разрушается структура вязкопластичных и вязко-упругих жидкостей, и они приобретают ньютоновские свойства (вязкопластичность течения в низкопроницаемых коллекторах характерна для большинства нефтей). Кроме того, экспериментально установлено, что при достижении амплитуды давления выше напряжения сдвига наблюдается разрушение структуры поверхностного слоя жидкости вблизи стенок поровых каналов. Таким образом, происходит одновременно переход к ньютоновскому характеру течения, снижение эффективной вязкости нефти и увеличение эффективного сечения пор. Имеются также данные о снижении при прохождении упругой волны межфазного натяжения на границе нефть-вода. После прекращения воздействия сейсмического поля свойства жидкости обратимо возвращаются в исходное состояние, причем это может происходить сразу или в течение некоторого времени.

В заводненном нефтяном пласте вибросейсмическое воздействие может, при условии существования свободной газовой фазы, значительно (на два-три порядка) ускорить процесс гравитационного разделения нефти и воды. Пузырьки газа всегда прочно фиксируются на стенках капель нефти, рассеянных в воде. В акустическом поле на газовые пузырьки действуют радиационные акустические силы, способствующие их более скорому всплыванию. Вследствие этого и капли нефти испытывают действие дополнительной подъемной силы. В результате, как показывают расчеты, гравитационное разделение может происходить на два-три порядка быстрее, что делает реально возможным искусственное переформирование залежей в обводненных пластах с целью последующей добычи нефти из повышенной, прикровельной части разреза. Исследователи отмечают высокую эффективность подобного процесса с точки зрения энергетических затрат на его осуществление.

Имеющиеся технические средства позволяют осуществлять воздействие целенаправленно на определенные участки пласта, охватывая весь его объем от призабойных зон скважин до наиболее Удаленных от них зон. Это возможно при одновременном использовании нескольких поверхностных и скважинных источников вибрации. Существуют источники, основанные на различных принципах создания вибрации и передачи ее земной толще.

Наиболее мощное вибровоздействие осуществляется при помощи наземных виброплатформ, а также закачкой через скважины и подрывом в пласте жидких взрывчатых веществ. Виброплатформы бывают двух основных типов: электрогидравлические и центробежные дисбалансные виброисточники. Разработаны скважинные приспособления для сжигания газообразных, жидких и твердых взрывчатых веществ и горючеокислительных составов, позволяющие получать как одиночные импульсы, так и серии импульсов давления. Известны и скважинные виброизлучатели длительного действия, главным образом механические, пневматические или гидравлические.

Известно, что поверхностные излучатели способны развивать большую мощность, но их КПД. относительно невысок из-за потерь энергии в толще, отделяющей продуктивные пласты от дневной поверхности. Скважинные же устройства имеют ограниченную мощность. Группирование наземных и скважинных генераторов вибрации позволяет фокусировать колебания и за счет интерференции осуществлять мощное воздействие в той или иной точке пласта. При этом недостатки тех и других генераторов как бы устраняются, а преимущества используются более полно, о чем свидетельствует имеющийся мировой опыт.

7.15. Критерии подбора объектов воздействия для повышения нефтеотдачи.

На стадии промышленного испытания и промышленного внедрения методов повышения нефтеотдачи пластов возникает проблема их эффективного применения. Риск экономических потерь от применения методов увеличения нефтеотдачи весьма ощутим, так как затраты на их осуществление значительно выше, чем при обычном заводнении или разработке на режимах истощения. Для любого месторождения могут оказаться применимыми несколько методов. Чтобы выбрать наилучший метод, надо знать следующее:

* нефтенасыщенность пластов или степень их истощения, заводнения;

• 
  свойства нефти и пластовой воды- вязкость, содержание серы, парафина, асфальтенов, смол, солей;
  
• 
  коллектор и его свойства - песчаник, алевролит, известняк, проницаемость, толщину, неоднородность, прерывистость, расчлененность, глубину, удельную поверхность, вещественный состав, глинистость, солевой состав;
  
• 
  расположение и техническое состояние пробуренных скважин; наличие материально-технических средств, их качество, характеристику и стоимость;
  
• 
  отпускную цену на нефть;
  
• 
  потребность в увеличении добычи нефти.
  

Их совокупность создает многовариантную задачу, которая решается лишь при специальных конкретных изучении и технико-экономическом анализе с ограничениями, заданными заранее. Первые три качественных условия (физико-геологические свойства пластов, нефти и воды) очень сильно, но неоднозначно определяют целесообразный метод увеличения нефтеотдачи пластов (табл. 7.2).

На основе многочисленных лабораторных исследований и опытно-промышленных испытаний методов увеличения нефтеотдачи пластов, проведенных в нашей стране и за рубежом, накоплены достаточно обширные знания и представления о количественных критериях, характеризующих свойства пластовой нефти, воды и пластов, для успешного их применения (табл. 7.3 и 7.4).

Таблица 7.2

Методы увеличения нефтеоотдачи в зависимости от геологофизических условий

Нефть, вода	Пласт	Метод
Маловязкая, легкая нефть, вода с малым содержанием солей, особенно кальция и магния	Песчанный неистощенный, высокопроницаемый, слабопроницаемый, неоднородный	Заводнение, циклическое воздействие, водогазовая смесь, закачка ПАВ, применение газа высокого давления
Маловязкая нефть, вода с малым содержанием солей, особенно калия и магния	Карбонатный неистощенный, высокопроницаемый, трещиноватый, пористый Песчаный истощенный (заводненный), высокопроницаемый,, монолитный Карбонатный заводненный, высокопроницаемый, слаботрещинноватый, неоднородный	Заводнение, циклическое воздействие, применение щелочей, истощение Мицеллярный раствор, углекислый газ, водогазовые смеси Применение углекислого газа, циклическое воздействие
Средневязкая, смолистая (активная) парафинистая нефть, вода с малым содержанием солей, особенно калия и магния	Песчаный неистощенный, высокопроницаемый, слабопроницаемый Карбонатный неистощенный, высокопроницаемый, слабопроницаемый, трещиновато-пористый Песчаный заводненный, высокопрницаемый, монолитный, однородный	Заводнение (горячая вода), применение полимеров, закачка водогазовой смеси, щелочи Заводнение (горячая вода), циклическое воздействие, закачка щелочи, углекислого газа Применение углекислого газа, микроэмульсий, водогазовых смесей
Высоковязкая тяжелая нефть, вода пластовая с большим содержанием солей	Песчаный глубокозалегающий, высокопроницаемый, слабопроницаемый Песчаный, высокопроницаемый, слабопроницаемый, неглубокозалегающий	Внутрепластовое горение Закачка пара, пароциклические обработки

Таблица 7.3

Основные критерии для применения физико-химических агентов, увеличивающих нефтеотдачу

Параметры	Закачка СО2	Водогазовые смеси	Полимерное заводнение	Закачка ПАВ	Закачка мицеллярных растворов
Вязкость пластовой нефти, мПа с	<15	<25	5-100	<25	<15
Нефтенасыщенность, %	>30	>50			>25
Пластовое давление, МПа	>8	Не ограничено
Температура пласта,  С	Не ограничена		<70		<90
Проницаемость пласта, мкм2	Не ограничена		>0,1	Не ограничена	>0,1
Толщина пласта, м	<25		Не ограничена		<25
Трещинноватость	Неблагоприятна
Литология	Не ограничена		Песчаник	Песчаник и карбонаты	Песчаник
Соленость пластовой воды, мг/л	Не ограничена		<2		<5
Жесткость воды (наличие солей калия и магния)	Не ограничена		Неблагоприятна	Не ограничена	Неблагоприятна
Газовая шапка	неблагоприятна	Не ограничена	неблагоприятна
Плотность сетки скважин, га/скв	Не ограничена		<24	Не ограничена	<16

Их анализ позволяет отметить некоторые характерные, общие для всех методов критерии, ограничивающие или сдерживающие применение всех методов.

1. 
   Трещинноватость пластов. Предельная неоднородность пластов в этом случае вызывает быстрый прорыв дорогостоящих рабочих агентов в добывающие скважины и их нерациональное
   использование.
   
2. 
   Газовая шапка. Для всех методов весьма неблагоприятно наличие естественной или искусственной высокой газонасыщенности какой-либо части пласта, так как нагнетаемые рабочие агенты устремляются в газовую часть, обладающую в 20-100 раз более высокой проводимостью, чем нефтенасыщенная часть. В результате происходит неэффективный расход рабочих агентов.
   
3. 
   Нефтенасыщенностъ пластов. Высокая водонасыщенность нефтяного пласта (более 70-75%) недопустима для применения всех известных методов увеличения нефтеотдачи по экономическим причинам, так как вытесняющая способность дорогостоящих агентов используется лишь на 25-30%, а остальная часть расходуется бесполезно на водонасыщенную часть пласта. Многие методы (внутрипластовое горение, вытеснение паром, заводнение с ПАВ) неприменимы при нефтенасыщенности пластов менее 50% просто из-за неокупаемости затраченных средств.
   

Таблица 7.4

Основные критерии для применения тепловых методов увеличения

Параметры	Внутрипластовое горение	Вытеснение паром	Пароциклическая обработка	Вытеснение горячей водой
Вязкость пластовой нефти, мПа с	>10	>50	>100	>5
Нефтенасыщенность, %	>50
Пластовое давление, МПа	Не ограничено
Проницаемость, мкм2	>0,1	>0,2	Не ограничена
Толщина пласта, м	>3	>6		>3
Трещинноватость	Неблагоприятна
Литология	Не ограничена
Глубина, м	<1500	<1200		<1500
Содержание глины в пласте, %	Не ограничено	5-10
Плотность сетки скважин, га/скв	<16	<6	Не ограничена

4. Активный водонапорный режим. Когда нефтяная залежь разрабатывается при активном естественном водонапорном режиме (обычно это небольшие по размеру залежи с высокопродуктивными пластами и малой вязкостью нефти), то при этом достигаются высокий охват пластов заводнением и низкая остаточная нефтенасыщенность пласта (менее 25-30%) за счет вытесняющих свойств контурной или подошвенной пластовой воды. В этих условиях применение методов увеличения нефтеотдачи пласта осложняется тем, что либо достигаемая низкая остаточная нефтенасыщенность исключает применения многих методов, либо краевые зоны залежей, находящихся под активным водонапорным режимом, невозможно подвергнуть эффективному воздействию дорогостоящими рабочими агентами. Нагнетание их в законтурные скважины ведет к потере агентов, а во внутриконтурные скважины - к снижению эффективности.

5. Вязкость нефти. Этот фактор очень сильный и в большинстве случаев самый решающий по экономическим критериям. Все физико-химические методы, применяемые с обычным заводнением, экономически оправданы только при вязкости нефти менее 25-30 мПа_{ }с. Полимерное заводнение допускает более высокую вязкость (до 100-150 мПа-с) в высокопроницаемых
пластах. Термические методы целесообразно применять при более высокой вязкости нефти, так как в этом случае достигается больший эффект снижения ее вязкости при нагреве. Однако при вязкости нефти более 500-1000 мПа_{ }с и тепловые методы с обычной технологией становятся нерентабельными. При такой высокой вязкости нефти требуется очень плотная сетка скважин (менее 1-2 га/скв), что связано с большими затратами, расходами энергии и не всегда экономически оправдывается.

6. Жесткость и соленость воды. Все физико-химические методы увеличения нефтеотдачи пластов резко снижают свою эффективность при высокой солености, и особенно при большом содержании солей
кальция и магния в пластовой воде, используемой для приготовления растворов. Кроме того, для приготовления растворов любых химических продуктов из воды необходимо удалить кислород и
биоорганизмы, чтобы устранить условия для образования сероводорода в пласте и последующей коррозии оборудования. При тепловых методах эти свойства воды не имеют значения, но для приготовления пара в парогенераторах также требуется чистая умягченная лишенная кислорода вода.

7. Глинистость коллектора. Высокое содержание глины в нефтеносных пластах (более 10%) противопоказано для всех методов увеличения нефтеотдачи пластов. При высоком содержании глины в пластах физико-химические методы снижают свою эффективность вследствие большой адсорбции химических продуктов. Адсобция химических реагентов пропорциональна удельной поверхности пористой среды, которая для алевролитов и полимиктовых коллекторов в 10-50 раз выше, чем для кварцевых песчаников. В результате этого химические продукты выпадают из растворов, оседают вблизи нагнетательных скважин, а в основной части пласта нефть вытесняется обедненными растворами. Применение тепловых методов в высокоглинистых коллекторах, когда глина служит цементирующим материалом зерен породы, приводит к нарушению консолидации пластов и большому выносу песка в добывающие скважины.

7.16. Потенциальные возможности методов увеличения нефтеотдачи пластов.

Согласно методике оценки эффективности методов увеличения нефтеотдачи пластов, принятой в настоящее время, технологический эффект от реализации метода оценивается сравнением фактических результатов с базовым вариантом разработки рассматриваемого объекта (без применения метода увеличения нефтеотдачи). За базовый вариант при определении эффекта от тепловых видов воздействия обычно принимают режим истощения, физико-химических и газовых - заводнение. Возможность количественной оценки фактического технологического эффекта от применения метода увеличения нефтеотдачи пласта зависит от того, на какой стадии реализации находится промышленный эксперимент. Стадия эксперимента или степень его завершенности характеризуется, как правило, числом прокачанных поровых объемов рабочих агентов (оторочек химических реагентов, воды, газов) с начала испытания. Продолжительность промышленного эксперимента или обводненность добываемой продукции могут рассматриваться как факторы, характеризующие стадию реализации, только в совокупности с другими показателями разработки, так как длительность полного периода испытания определяется гидродинамическими условиями пласта, а обводненность продукции может зависеть от стадии заводнения объекта испытания к началу применения метода.

Все методы увеличения нефтеотдачи пластов характеризуются различной потенциальной возможностью увеличения нефтеотдачи пластов (от 1,5-2 до 25-35% от балансовых запасов) и различными критическими факторами их применения.

Таблица 7.5

Потенциальные возможности и критические факторы методов увеличения нефтеотдачи пластов

Рабочий агент	Увеличение нефтеотдачи, %	Критический фактор применения рабочего агента
Вода+газ	5-10	Гравитационное разделение. Снижение продуктивности
Полимеры	5-8	Соленость воды и пласта. Снижение продуктивности
Щелочи	2-8	Активность нефти
Мицеллярные растворы	8-20	Сложность технологий. Соленость воды и пласта. Снижение продуктивности
Двуокись углерода	8-15	Снижение охвата. Регенерация, коррозия
Пар	15-35	Потери теплоты. Малая глубина. Вынос песка. Технические проблемы
Внутрипластовое горение	15-30	Осложнения при инициировании. Охват горением. Технические проблемы. Охрана окружающей среды

Остаточную нефть из заводненных частей пластов могут эффективно вытеснять только мицеллярные растворы и углекислый газ, которые обеспечивают смешиваемость нефти с вытесняющим агентом, т. е. устраняют действие капиллярных сил, удерживающих эту нефть. Повышать охват заводнением неоднородно-слоистых и зонально-неоднородных пластов способны полимерные растворы, углекислый газ, водогазовые смеси, циклическое воздействие, изменение направления потоков жидкости, щелочи, уменьшающие подвижность воды и неоднородность потоков. С помощью пара и внутрипластового горения за счет снижения вязкости нефти одновременно увеличивается и вытеснение нефти, и охват пластов по сравнению с обычным заводнением только в случае высоковязкой нефти. Водорастворимые ПАВ и серная кислота обеспечивают повышение нефтеотдачи пластов в основном за счет увеличения работающей толщины пластов в скважинах, так как мало снижают межфазное натяжение.

Нефть, оставшуюся в обособленных линзах и пропластках, можно извлекать только с помощью специально пробуренных на них скважин или переведенных с других горизонтов. Исходя из потенциальных возможностей и назначения методов, можно отметить, что для наших нефтяных месторождений с маловязкой нефтью, разрабатываемой с использованием заводнения, к наиболее перспективным методам относятся применение:

1) двуокиси углерода;

2) водогазовых смесей;

3) мицеллярных растворов,

а для месторождений с высоковязкой нефтью:

1) пара;

2) внутрипластового горения.

Остальные методы будут использоваться в основном для интенсификации добычи нефти и регулирования процесса разработки с целью достижения проектных показателей, так как их потенциальные возможности ниже возможных погрешностей при расчетах эффективности заводнения.