Методы увеличения нефтеотдачи пластов

Страницы:   1   2   3   4

---

Содержание

 

Введение

1 Основные объекты и направления развития

1.1 Технология акустического воздействия

1.2 Глубина залегания объектов воздействия

1.3 Восстановление потенциальной производительности скважин

2.1 Процесс кольматации

3 Очистка ПЗП

 

ВВЕДЕНИЕ

 

В наше время существенно увеличились масштабы добычи нефти и газа и вводятся в разработку месторождения со сложными геолого-физическими условиями, решается важнейшая проблема увеличения полноты извлечения нефти из недр.

Исследования показывают, что средняя величина коэффициента нефтеотдачи составляет в СНГ 0,37-0,4, а в США — 0,33 (по данным Торри). Нефтеотдача пластов, сложенных малопроницаемыми коллекторами, характеризующимися режимом растворенного газа, еще ниже. М.Макет считает, что объем нефти, которая может быть извлечена из пластов, достигших экономического предела эксплуатации с помощью существующих методов воздействия, составит 1/3 объема нефти оставшейся в пласте. Следовательно, запасы остаточной нефти в так называемых истощенных пластах огромны. Они представляют собой солидный резерв нефтедобывающей промышленности. Повышение коэффициента нефтеотдачи пласта со средними запасами до 0,7-0,8 равносильно открытию новых крупных месторождений. Увеличение отношения объема добываемой нефти к ее остаточным труднодоступным (или недоступным) для извлечения запасам является очень важной и сложной проблемой. Однако работы отечественных и зарубежных исследователей показали, что она может быть решена в ближайшем будущем.

Нефтеотдача — отношение количества извлеченной из пласта нефти к первоначальным ее запасам в пласте. Различают текущую и конечную нефтеотдачу. Под текущей нефтеотдачей понимают отношение количества извлеченной из пласта нефти на данный момент разработки пласта к первоначальным ее запасам. Конечная нефтеотдача — отношение количества добытой нефти к первоначальным ее запасам в конце разработки пласта. Вместо термина «нефтеотдача» употребляют также термин «коэффициент нефтеотдачи».

 

 1 Основные объекты и направления развития

 

Скважинные акустические методы возникли в 50-х годах как средство решения относительно простых задач, таких как литологическое расчленение разреза, параметризация данных сейсмических исследований, контроля наличия цемента за колонной. Позднее с помощью акустических методов решался уже более широкий круг задач акустических исследований скважин (например, определение упругих свойств пород, выявление низкопористых кавернозно-трещинных коллекторов, контроль цементирования обсадных колонн и др.). Появились специальные методы (акустическое телевидение, акустический широкополосный каротаж и т. д.), обозначилась специализация направлений исследований.

Период 70-80 гг. XX века характеризовался открытием в ряде районов страны (Восточное Предкавказье, Припятская впадина, Соликамская впадина, и др.) месторождений нефти и газа, приуроченных к низкопористым отложениям с коллекторами сложного строения. Стандартный комплекс геофизических исследований скважин не способен выделять низкопористые кавернозно-трещинные коллекторы. Работами (1978), (1981), , (1985), , (1991) показана возможность решения этой задачи акустическими методами.

Максимальную эффективность добычи нефти и газа и экологическую безопасность разрабатываемых месторождений обеспечивает надёжная гидродинамическая изоляция затрубья нефтегазовых скважин, что достигается в первую очередь высоким качеством их цементирования. Работами (1978, 1988), (1981,1984,1995), (1970, 1981, 1984) обоснована необходимость использования акустических методов для контроля качества цементирования нефтегазовых скважин.

Таким образом, повышение эффективности акустических методов для выявления низкопористых коллекторов и для контроля качества цементирования, их совершенствование и развитие являются важными задачами скважинных акустических исследований.

Для Пермского края изучение и совершенствование двух рассмотренных направлений акустических исследований актуально по двум причинам: 1) открытие ряда высокопродуктивных залежей нефти, приуроченных к низкопористым карбонатным отложениям со сложным строением коллекторов; 2) расположение ряда нефтяных месторождений на территории Верхнекамского месторождения калийных солей (ВКМКС).

При строительстве нефтяных скважин на ВКМКС применяется специальная двухколонная конструкция (техническая + эксплуатационная колонны) крепления ствола в интервалах солей и специальные технологии цементирования колонн. Это требует совершенствования техники и методики акустического контроля цементирования при строительстве скважин и обеспечения должного уровня акустического контроля состояния цементного кольца за двумя колоннами в ходе их эксплуатации.

Таким образом, выделяются, по крайней мере, два принципиально различных по строению объекта акустических исследований:

1) вскрытые скважиной низкопористые карбонатные потенциально продуктивные отложения с трещинными или сложнопостроенными коллекторами, отличающиеся разрывностью, неоднородностью свойств карбонатных пород как в радиальном направлении, так и вдоль оси скважины по всей её окружности;

2) обсаженные скважины (с одно — и двухколонными конструкциями крепления пород и др.), отличающиеся радиальной неоднородностью и имеющие при одноколонной конструкции три плотные среды (стальную или стеклопластиковую колонну, цементное кольцо, околоскважинную среду), а при двухколонной — пять плотных сред.

Объекты отличаются по содержанию и свойствам, и объединяет их только одно – гетерогенность (неоднородность) изучаемых сред. Для изучения и количественной оценки свойств этих объектов необходима разработка специальных акустических методов, приёмов и, в целом, современной технологии исследований. Эта технология должна включать в себя цифровую регистрацию первичных данных (волновых сигналов, снимков САТ) и их обработку современными, легко адаптируемыми к решению новых задач акустических исследований, программными средствами.

Назначение и классификация методов увеличения нефтеотдачи пластов

В настоящее время выделяют несколько групп методов повышения нефтеотдачи пласта:

• гидродинамические методы;
• физико-химические методы;
• тепловые, микробиологические и другие методы.

В НГДУ «БН» наиболее широко применяются первые две группы методов, поэтому рас смотрим их более подробно.

Гидродинамические методы. К ним относятся:

• нестационарное заводнение;
• форсированный отбор жидкости;
• вовлечение в разработку недренируемых запасов;
• барьерное и очаговое заводнение.

К первой группе относятся методы, которые осуществляются через изменение режимов эксплуатации скважин и, как следствие, через изменение режимов работы пласта. Эти методы объединяются общим понятием «нестационарное заводнение» и включают в себя:

• циклическое заводнение;
• изменение направления фильтрационных потоков.

Они сравнительно просты в реализации, не требуют больших экономических затрат и получили широкое развитие.

Методы основаны на периодическом изменении режима работы залежи путем прекращения и возобновления закачки воды и отбора, за счет чего более полно используются капиллярные и гидродинамические силы. Это способствует внедрению воды в зоны пласта, ранее не охваченные воздействием.

Форсированный отбор жидкости применяется на поздней стадии разработки, когда обводненность достигает более 75%. При этом нефтеотдача возрастает вследствие увеличения градиента давления и скорости фильтрации. При этом методе вовлекаются в разработку участки пласта, не охваченные заводнением, а также отрыв пленочной нефти с поверхности породы. Форсированный отбор – наиболее освоенный метод повышения нефтеотдачи. При ступать к нему следует постепенно, увеличивая дебит отдельных скважин на 30-50%, а за тем – в 2-4 раза. Предельное значение увеличения отбора регламентируется возможностями используемого способа эксплуатации скважин. Для осуществления форсированного от бора необходимы насосы высокой подачи или использование газлифта.

Эксплуатация газонефтяных месторождений осложняется возможными прорывами газа к забоям добывающих скважин, что значительно усложняет, вследствие высокого газового фактора, их эксплуатацию. Суть барьерного заводнения состоит в том, что нагнетательные скважины располагают в зоне газонефтяного контакта. Закачку воды и отборы газа и нефти регулируют таким образом, чтобы исключить взаимные перетоки нефти в газовую часть залежи, а газа – в нефтяную часть.

Очаговое заводнение – это дополнение к уже осуществленной системе законтурного заводнения или внутриконтурного. При этом группы нагнетательных скважин размещаются на участках пласта, отстающих по интенсивности использования запасов нефти.

Физико-химические методы

Использование физико-химических методов повышения нефтеотдачи пластов – одно из наиболее перспективных направлений в процессах разработки нефтяных месторождений. Научными организациями отрасли разработано, испытано и сдано более 60 технологий с использованием физико-химического воздействия.

Одним из методов воздействия на продуктивные пласты, особенно низкопроницаемых, является гидравлический разрыв пласта (ГРП). Он оказывает воздействие не только на призабойную зону пласта, но и способствует повышению нефтеотдачи. При ГРП создается система глубокопроникающих трещин, в результате чего значительно увеличивается дренируемая скважиной зона и повышается производительность скважин. Продолжительность эффекта от ГРП достигает 3-5 лет, коэффициент успешности – 85%.

Ведущее место в физико-химических методах воздействия на пласт занимает полимерное заводнение. Получение композиций полимеров в сочетании с различными реагентами существенно расширяет диапазон применения полимеров. Основное назначение полимеров в процессах увеличения нефтеотдачи пластов – выравнивание неоднородности продуктивных пластов и повышение охвата при заводнении.

Существуют следующие технологии с использованием полимеров:

• полимерное заводнение (закачка оторочки) на неоднородных по проницаемости объектах с высоковязкой нефтью, находящихся в начальной стадии разработки;
• комплексное воздействие на продуктивные пласты полимерными гелеобразующими системами в сочетании с интенсифицирующими реагентами (ПАВы, щелочи, кислота) применяется на поздней стадии разработки;
• воздействие на пласт вязкоупругими составами (ВУС) для выравнивания профиля приемистости и интенсификации добычи нефти;
• циклическое полимерное заводнение с использованием раствора сшитого полиакриламида, содержащего неионогенное ПАВ;
• циклическое воздействие на продуктивный пласт полимерсодержащими поверхностно-активными системами;
• щелочно-полимерное заводнение;
• полимерное воздействие при закачке в пласт углекислоты.

Особенно эффективен метод ВУС для пластов, характеризующихся резкой неоднородностью и слабой гидродинамической связью. Данный метод выравнивает проницаемость и тем самым позволяет повысить охват пласта полимерным воздействием и снизить темпы обводнения добываемой нефти.

К модифицированным технологиям относится воздействие на обводненные продуктивные пласты полимер-дисперсной системой (ПДС) на основе ПАА суспензий глин. Их применение заключается во внутрипластовом регулируемом образовании дисперсных вязкоупругих систем между химическими реагентами и водонефтенасыщенной породой. Это позволяет увеличить нефтеотдачу на поздней стадии разработки, когда традиционные методы малоэффективны.

Одним из эффективных методов физико-химического воздействия на пласт является щелочное заводнение. Метод основан на снижении поверхностного натяжения на границе нефти с раствором щелочи. При этом образуются стойкие водонефтяные эмульсии с высокой вязкостью, способные выравнивать подвижность вытесняемого и вытесняющего агентов. Щелочное заводнение эффективно для нефти высокой вязкости и неоднородных пластов.

Для доотмыва остаточной нефти применяется метод закачки большеобъемных оторочек поверхностно-активными веществами (ПАВ).

На завершающих стадиях разработки большое значение имеет ограничение притоков пластовой и закачиваемой воды. Для этой цели применяются различные методы ремонтно-изоляционных работ, в результате которых не только уменьшается обводненность продукции, но и повышается охват пласта процессом выработки запасов. Наиболее часто применяется изоляция цементом обводненных пропластков или ликвидация заколонной циркуляции. В том случае, когда происходит прорыв воды по отдельным высокопроницаемым пропласткам, практически не отделенными глинистыми перемычками от необводненных интервалов, используется метод селективной (избирательной) изоляции. Вариантами этого метода являются: применение кремнийорганических соединений (продукт 119-204, Акор), закачка силиката натрия (жидкое стекло), волокнисто- и полимернаполненных дисперсных систем (ВДС и ПНДС).

На современном этапе задачу повышения нефтеотдачи пластов экологически чистыми технологиями может решить метод микробиологического воздействия на пласт. В отличие от химических реагентов, теряющих активность в результате разбавления их пластовыми водами, микроорганизмы способны к саморазвитию, т.е. размножению и усилению биохимической активности в зависимости от физико-химических условий среды.

Одними из приоритетных методов повышения нефтеотдачи пластов, наиболее подготовленными технологически и технически, являются тепловые, когда в продуктивный пласт вводится тепло. При этом вязкость нефти снижается, а нефтеотдача увеличивается. Среди тепловых методов воздействия на нефтяные пласты выделяют два направления:

• закачка в пласты пара и нагретой воды;
• внутрипластовое горение.

Тепловые методы целесообразно применять в пластах с вязкостью нефти более 50 мПа-с. На месторождениях ОАО «СНГ» вязкость нефти не превышает 5 мПа-с, поэтому тепловые методы не применяются.

1.1Общим, во всех случаях, является объект воздействия. На рис 1 приведен типичный график зависимости отношения текущего дебита Q к его потенциальному значению Q _п от расстояния R до стенки скважины и степени снижения проницаемости околоскважинного пространства порового коллектора [14].

Видно, что дебит зависит от проницаемости пород, залегающих в пределах прискважинного слоя толщиной примерно 1,0 метр. Именно этот слой определяет производительность

 

L / v>> T,

где L — характерный размер объекта воздействия, v — скорость упругой волны, T — период синусоидальных колебаний или время нарастания импульса. Положив скорость волны в породе равной 3000 м/с видим, что к волновым следует отнести процессы с частотой f > 10 кГц, характерной для магнитострикционных и пьезокерамических излучателей. В остальных случаях возникающей упругой волной можно пренебречь и считать, что создаваемое знакопеременное давление приложено к “пробке”, закупоривающей коллектор и имеющей характерный размер L » 1,0 м. Сказанное позволяет оценить соответствующие градиенты давления. Для электроискровых излучателей, свабов, пульсаторов давления, пороховых генераторов и аккумуляторов давления, они достигают десятков мегапаскалей (сотен атмосфер) на метр, а для волновых — могут быть оценены по формуле

grad p » 4 p_о /L,

где L — длина волны, p_о — амплитуда акустического давления. Соответственно, для магнитострикторов и пьезокерамики (p_o для них, как уже говорилось, имеет порядок тысячных — сотых долей мегапаскаля, а L — порядок 10^—1 м ) grad p меняется в пределах десятых — сотых долей мегапаскаля (от единиц до десятых долей атмосферы) на метр [7.].

Преобладающая частота применяемых в настоящее время излучателей магнитострикционного и пьезокерамического типа равна 20 – 25 кГц. Поэтому основанную на их применении технологию можно назвать ультразвуковой. Ей и будет уделено основное внимание.

Технология заключается в акустическом воздействии (АВ) на пласты- коллекторы с целью восстановления их продуктивности или приемистости, если эти показатели снизились в процессе эксплуатации за счет образования зон пониженной проницаемости (скин-слоев) в их призабойных зонах. При проведении обработки, с помощью скважинного прибора, опускаемого в зону перфорационных отверстий на обычном каротажном кабеле, в скважине возбуждается акустическое поле интенсивностью до 10 кВт/м². Его интенсивность в породе вблизи стенки скважины составляет 1 кВт/м², что обеспечивает интенсивность порядка 0,2 кВт/м² в породе на расстоянии около одного метра от стенки [12].

1.2 Глубина залегания объектов воздействия может достигать многих тысяч метров. Воздействие осуществляется избирательно, поточечно с разрешением до одного метра по вертикали, т.е. без влияния на необрабатываемые (например водоносные) интервалы. Оборудование и подготовка скважины не отличаются от таковых при стандартных геофизических исследованиях. Широкий набор скважинных приборов различного диаметра позволяет проводить воздействие как в открытом стволе, так и через насосно-компрессорные трубы. В нагнетательных скважинах обработка может проводиться при закачке и во время остановки, а в скважинах газлифтного и фонтанного фондов — без

прекращения добычи и подъёма насосно-компрессорных труб. На механизированных скважинах обработку целесообразно совмещать с подземным или капитальным ремонтом оборудования. Акустическое воздействие обладает эффектом последействия, т.е. положительный эффект от его применения сохраняется от нескольких недель до двух лет и более. Метод экологически чист, а затраты на его проведение ниже, чем при химобработке и, тем более, гидроразрыве.

1.3 Восстановление потенциальной производительности скважин достигается за счет разрушения органических и неорганических структур, кольматирующих в процессе добычи или нагнетания призабойные части пластов-коллекторов и приводящих к возникновению скин-слоев. Существует два главных механизма их образования. Первый, обычно называемый стрейнинг (straining: – в данном случае — фильтрование), характерен, в основном, для кольматирующих структур минерального происхождения. Он заключается в кольматации поровых каналов частицами песчаников, глин и т.д., размер которых не на много меньше эффективных размеров поровых каналов (в пять и менее раз меньше размеров зерен, слагающих пласт) [24, 25]. Такие частицы, минеральный состав которых в основном совпадает с минеральным составом коллектора, всегда имеются в порах и в отсутствии течения находятся в осажденном состоянии, т.к. в силу их относительно большого размера гравитационные силы превышают силы отталкивания от стенок пор (отталкивание, связано с тем, что знаки поверхностных зарядов частиц и поровых каналов как правило совпадают). При возникновении течения и достижении им критических скоростей (согласно [25] – это десятые доли см/с для однофазных флюидов и сотые доли см/с для водонефтяных эмульсий) частицы увлекаются флюидом и кольматируют сужения поровых каналов. Расстояние от стенки скважины, на котором достигаются критические скорости, обычно не превышает нескольких десятков сантиметров и, соответственно, только залегающие в этом интервале частицы увлекаются потоком и вызывают кольматацию.

Большой размер частиц, вызывающих стрейнинг, предопределяет механический характер кольматирующих образований, причем кольматируются в основном узости поровых каналов. Эти факторы предопределяют невысокую прочность кольматирующей системы в целом. По данным вышеназванной работы, небольшие знакопеременные воздействия (например, обратный ток флюида или акустическое воздействие малой амплитуды) приводят к их разрушению, восстановлению исходной проницаемости и, соответственно, дебита.

2.1 Cтрейнинг реализуется на начальном этапе эксплуатации добывающих скважин, т.е. пока минеральные частицы относительно большого размера не удалены потоком из области, где скорость достигает критических значений (новые частицы в интервал не привносятся, т.к. скорости вне его ниже критических).

Для частиц органического происхождения – парафиновых, асфальтеновых

– стрейнинг протекает аналогичным образом, хотя в силу высокой плавучести, обусловленной близостью плотностей пластового флюида и материала кольматанта, даже частицы относительно большого размера не отложены изначально на стенках поровых каналов. Причем такие частицы, находящиеся во флюиде вне пределов ПЗП, стрейнинга обычно не вызывают, т.к. отфильтровываются на пути движения к забою.

Итак, стрейнинг реализуется на начальном этапе эксплуатации добывающих скважин, т.е. пока частицы относительно большого размера не удалены потоком из ПЗП. Кроме того, процесс кольматации в результате стрейнинга можно считать «быстрым». В эксперименте, описываемом в работы [25], при прокачке всего 100 поровых объемов (Pore Volume) жидкости (100 PV), проницаемость образца упала на 15 – 30%.

Одновременно со стрейнингом развивается другой – медленный — процесс кольматации. В его основе причины физико-химического характера.

Кольматация в этом случае возникает в результате действия органических и неорганических частиц, размер которых существенно меньше (более, чем в 5

раз) эффективных размеров поровых каналов. Эти частицы способны мигрировать по пласту на большие расстояния не будучи отфильтрованными. Учитывая реальные эффективные размеры пор коллекторов, можно утверждать, что размер таких частиц не должен превышать 5×10^—6 м. Жидкости, содержащие частицы такого размера, являются коллоидно-дисперсными системами (КДС) — суспензиями, состоящими из дисперсной среды — жидкости, и дисперсной фазы — коллоидных частиц размером от 5×10^{— 6}до 10^{— 9} м. Особенность коллоидных частиц, как органических, так и неорганических, в том, что они седиментационно устойчивы, т.е. при относительно небольших концентрациях могут находится во флюиде не оседая и не создавая агрегатов при любых значениях скорости течения, в том числе и стремящихся к нулю. Для неорганических частиц такая устойчивость обусловлена в частности тем, что знаки их поверхностных зарядов и поверхностных зарядов стенок пор совпадают (как правило они отрицательны). Устойчивость органических КДС связана с низким межфазным натяжением поверхности частица – углеводородная жидкость и их высокой плавучестью, обусловленной малой плотностью.

При прямолинейном течении суспензионного потока невысокой концентрации система устойчива, т.е. частицы не отлагаются на стенках поровых каналов при любых скоростях. Однако, фактически, поровые каналы извилисты, имеют сужения и ответвления. Условно, их можно подразделить на относительно прямолинейные и «искривленные». На скоростях, превышающих критические значения, начинается отложение частиц на фронтальных по отношению к направлению потока стенках зерен породы [26], поскольку при обтекании зерен центробежные силы, действующие на частицы в местах искривления потока, стремятся приблизить их к стенкам поровых каналов. При достижении критических скоростей, центробежные силы преодолевают силы отталкивания и переводят частицы в область действия молекулярных электростатических сил притяжения — сил Ван-дер-Ваальса. В описанном в работе [26] эксперименте, скорости потока имели значения от сотых до десятых долей сантиметра в секунду.

---

Страницы:   1   2   3   4