Повышение нефтеотдачи неоднородных по проницаемости пластов в условиях неизотермической фильтрации

Значительное количество нефтяных месторождений Урало-Поволжья и Западной Сибири (Ромашкинское, Ново-Елховское, Арланское, Туймазинское, Шкаповское, Мамонтовское, Самотлорское, Усть-Балыкское и др.) вступили в позднюю стадию разработки, характеризующуюся значительными объемами закачки и отбора воды. Интенсивная выработка запасов нефти из неоднородных по коллекторским свойствам продуктивных горизонтов этих месторождений, разрабатываемых с применением активной системы заводнения, привела к опережающему отбору нефти из высокопроницаемых коллекторов и, как следствие, ухудшению структуры запасов нефти в сторону резкого увеличения доли трудноизвлекаемых [71,72,73]. При этом основная часть остаточных запасов нефти представлена высоковязким фракциями нефти, сосредоточенными в низкопроницаемых коллекторах или в зонах с интенсивным негативным техногенным воздействием. К таким зонам относятся и области, в которых в результате длительной закачки холодной воды, понижается температура пласта. При разработке таких участков особое внимание исследователей уделяется процессам изменения свойств охлажденных пластовых флюидов и коллектора. [70].

Холодная вода, закачиваемая в нефтснасыщенный пласт для поддержания пластового давления, в промысловых условиях имеет существенно более низкую температуру, чем сам пласт (например, в условиях Ромашкинского месторождения на 10−20°С [58], для Самотлорского месторождения — 50 — 60 °C [32,33]). Поэтому в процессе длительной эксплуатации в результате закачки холодной воды неизбежно происходит общее понижение температуры пласта, что сопровождается повышением вязкости нефти и в конечном счете приводит к снижению количества добываемой нефти, а также к увеличению материальных затрат на единицу добытой продукции. Это подтверждается многочисленными результатами экспериментальных исследований, проведенных по месторождениям Татарстана H.H. Непримеровым совместно с сотрудниками Казанского Университета [3].

Согласно данным работы [3] в неоднородном, многослойном продуктивном горизонте, вскрытом единым фильтром в нагнетательной скважине, из-за неравномерного продвижения хладоагента по слоям происходит тепловая интерференция между пластами, и, как следствие этого, — изменение их фильтрационных характеристик. Закачка воды с температурой ниже пластовой ведет к снижению гидрои пьезопроводности охлаждаемых пластов. В результате потери в нефтеотдачи от охлаждения слабо вырабатываемых пластов могут составить до 25−30% нефти.

Для получения точной оценки изменения вязкости нефти и других параметров пластовых систем от закачиваемой воды необходимо знать температурное поле пласта. Отметим, что возможности непосредственного измерения температуры глубоко залегающих участков с помощью измерительной техники весьма ограничены. Измерить температуру можно только в непосредственной близости от скважины. Поэтому для описания температурного поля пласта используются теоретические расчеты на основе модели процесса распространения тепла в пространстве: конвективный перенос тепла движущейся жидкостью, кондуктивный теплообмен между пластом и его кровлей и подошвой и т. д. [41].

При исследовании вопроса о температурном поле пласта, залегающего на глубине 1500−2000 м, можно выделить две основные задачи. Во-первых, следует выяснить, как меняется температура закачиваемой воды при прохождении через скважину — не происходит ли значительный нагрев ее к моменту поступления в пласт? Во-вторых, требуется дать достоверные границы существенно охлаждаемого участка пласта. [55]. Данные задачи тесно связаны с задачами фильтрации пластовых флюидов в пространственно неоднородных коллекторах, свойства которых изменяются в зависимости от термодинамических условий.

Вопросы теории и практики неизотермической фильтрации освещены в трудах Нспримерова H.H., Пудовкина М. А., Николаевского В. Н., Басниева К. С., Горбунова А. Т., Байбакова Н. К., Гарушева А. Р., Боксермана A.A., Шалимова Б. В., Мирзаджанзаде А. Х., Сургучева M. JL, Вахитова Г. Г., Желтова Ю. П., Муслимова Р. Х., Жданова С. А., Хавкина А. Я., Хисамутдинова Н. И., Телина А. Г. и других исследователей.

Результаты этих работ показывают, что поддержание пластовой температуры на оптимальном уровне наряду с поддержанием пластового давления является одним из определяющих направлений совершенствования заводнения, способствующих извлечению нефти из объектов с трудноизвлекаемыми запасами.

Актуальность проблемы.

Выработка остаточных запасов нефти, сосредоточенных в низкопроницаемых областях неоднородного коллектора и относящихся к категории трудноизвлекаемых запасов, осложнена значительным снижением температуры за счет интенсивного заводнения высокопроницаемых областей коллектора холодной водой. Разработка таких охлажденных зон традиционными методами характеризуется низкой эффективностью, сопровождается дальнейшим снижением пластовой температуры и возрастанием доли неизвлекаемых запасов нефти. Сложившиеся системы разработки месторождений становятся неэффективными. К настоящему времени разработано значительное количество подходов, методов и технологий регулирования заводнения продуктивных коллекторов путем ограничения отборов воды, использования тампонирующих составов и водоизолирующих добавок, которые в целом позволяют добиться повышения эффективности процесса выработки запасов. Однако, все они остаются малоэффективными и приносят только временный эффект при сохранении сложившейся системы заводнения холодной водой. Дальнейший рост эффективности выработки запасов нефти, наряду с применением физико-химических МУН, связан с повышением температуры вытесняющего агента. Данная задача является актуальной проблемой для разработки нефтяных месторождений.

Цель работы. Повышение эффективности действующих систем заводнения на основе одновременного повышения температуры вытеснения агента и оптимального применения технологий селективной водоизоляции заводненных пластов.

Основные задачи исследований.

1. Анализ существующих технологий теплового воздействия и результатов их применения на нефтяных месторождениях.

2. Анализ на основе математического моделирования процессов неизотермической фильтрации нефтеотдачи неоднородных по проницаемости пластов.

3. Анализ разработки, тепловой режим и состояние выработки запасов нефти.

•5 пластов АВ1, АВ2−3 Самотлорского месторождения в районе блока § 13−04 и определение стратегии повышения эффективности действующей системы заводнения.

4. Разработка комбинированной технологии, сочетающей тепловое воздействие с селективной водоизоляцией выработанных охлажденных пластов.

Методы исследований. Решение поставленных задач базируется на анализе состояния разработки выбранного объекта, результатов промысловых исследований с использованием современных методов обработки исходной статистической информации и на математическом моделировании неизотермической фильтрации жидкости в неоднородных по проницаемости коллекторах, численных исследованиях и обобщении результатов промышленных испытаний разработанных технологий.

Научная новизна выполняемой работы.

1. При заводнении холодной водой послойно-неоднородного по проницаемости пласта основной рост объемов охлажденных геологических и подвижных запасов нефти происходит после прорыва воды по высокопроницаемому слою к забоям добывающих скважин и возрастания обводненности добываемой жидкости до 8090%.

2. Неизотермические процессы при заводнении холодной водой послойно-неоднородного пласта практически не сказываются на выработке высокопроницаемых слоев и снижают коэффициент нефтеизвлечения прилегающих низкопроницаемых прослоев.

3. Неравномерное заводнение многопластовых систем, состоящих из однородных по фильтрационно-емкостным свойствам пластов, опережающая выработка и охлаждение одного из пластов существенно изменяет условия нефтевытеснения сопредельных с ним пластов за счет неравномерного изменения свойств пластовых флюидов в результате охлаждения.

Основные защищаемые положения.

1. Предложена новая технология теплового воздействия в сочетании с селективной водоизоляцией послойно-неоднородных частично заводненных коллекторов.

2. Современное состояние разработки пластов АВ], АВ2−3 Самотлорского месторождения в районе блока glЗ-04 требует существенного изменения системы разработки. Одним из направлений ее модернизации становится применение водоизоляционных и потокоотклопяющих технологий в сочетании с закачкой горячей воды.

3. Предложены критерии выбора участка для проведения комплексного воздействия (селективная водоизоляция и тепловое воздействие).

Практическая ценность и реализация работы.

1. Результаты диссертационной работы использованы при разработке и внедрении геолого-технических мероприятий Самотлорского месторождения.

2. Внедрение комплекса мероприятий, включающего в себя: работы по выравниванию профиля приемистости и притокаработы по изоляции высокообводнившихся пропластков в добывающих скважинахинтенсификация притока в малодебитных скважинахрегулирование объемов закачки и отборов по участкамперераспределение объемов закачки по площади месторождения с целью выравнивания и восстановления температурного поля пласта, позволило получить 1,370 тыс. т дополнительно добытой нефти с экономическим эффектом в 2,750 млн руб.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались на семинарах НПО «Нефтегазтехнология» (г.Уфа, 2005;2007 гг.), Научно-технических советах ОАО «Татнефть» (г.Альметьевск, 2006 гг.) и ОАО «ТНК.

Нижневартовск" (2006;2007 гг.), в нефтяной компании «ТНК-ВР» (г. Москва, 2006 — 2007 гг.).

Публикация результатов и личный вклад автора. По теме диссертации опубликовано 7 печатных работ, из них 4 — в изданиях, входящих в перечень ВАК. Одна статья опубликована без соавторов. В рассматриваемых исследованиях автору принадлежит постановка задач, их решение, анализ и обобщение полученных результатов и организация внедрения рекомендаций в промысловых условиях.

Структура и объем работ.

Диссертация состоит из введения, 4 глав, основных выводов и рекомендаций, списка литературы из 99 наименований. Работа изложена на 172 страницах, в том числе содержит 6 таблиц, 93 рисунка.

4.6. Выводы.

Результаты исследований процессов неизотермической фильтрации показывают, что фронт охлаждения пласта кратно отстает от фронта вытеснения нефти водой. Поэтому, применение холодной воды в качестве вытесняющего агента вполне оправдано на однородных по проницаемости коллекторах, т.к. выработка запасов происходит задолго до охлаждения пласта. Однако реальные залежи нефти отличаются неоднородным строением коллекторов, многопластовостью разрабатываемых объектов. Поэтому заводнение холодной водой, которое практически не снижает нефтеотдачу однородных высокопроницаемых слоев, существенно влияет на нефтеотдачу соседних низкопроницаемых или неразрабатываемых пластов. Поэтому при разработке неоднородных по проницаемости коллекторов необходимо найти оптимальное соотношение применения холодной и горячей воды в качестве вытесняющего агента.

Применение теплового воздействия на частично заводненный и охлажденный послойно-неоднородный по проницаемости пласт позволяет как увеличить эффективность нефтеизвлечения, так и восстановить пластовую температуру до начальной и тем самым снизить негативный эффект от начального заводнения холодной водой.

Переход на закачку горячей воды необходимо сопровождать эффективными мероприятиями по ограничению отборов воды для повышения эффекта от теплового воздействия. Совместное применение селективной водоизоляции промытого высокопроницаемого пропластка и закачки теплой воды по сравнению с простым применением теплового воздействия позволяет: 1) значительно снизить обводненность добываемой продукции, 2) увеличить конечный коэффициент нефтеотдачи, 3) предотвратить образование областей коллектора с трудноизвлекаемыми запасами нефти за счет прогрева и восстановления (или увеличения) начальной пластовой температуры низкопроницаемых невыработанных зон коллектора.

Предложены подходы для выбора участка для применения комбинированного (СВИ+тепло) воздействия. На модельном примере показана эффективность комбинированного воздействия.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

Представленные в работе исследования позволяют сделать следующие выводы:

1. Значительная послойная неоднородность коллектора приводит к существенному снижению нефтеотдачи пласта за счет опережающего прорыва воды по высокопроницаемому пропластку и быстрого обводнения скважинной продукции. Заводнение высокопроницаемого слоя холодной водой приводит к созданию активного канала охлаждения соседних с высокопроницаемым слоем низкопроницаемых пропластков.

2. Неизотермические процессы практически не влияют на вытеснение нефти в начальный период разработки. Однако, по мере распространения фронта охлаждения (а он значительно отстает от фронта вытеснения) в область пониженных температур попадает все больший и больший объем коллектора. Основные изменения термодинамических параметров пласта наблюдаются вблизи от нагнетательной скважины. Кроме того, из-за высокой проницаемости существенно снижается температура заводненного слоя. Так как фронт вытеснения значительно опережает фронт охлаждения, то снижение температуры в выработанном слое практически не сказывается на показатели разработки модельного пласта. При этом конечный КИН для неизотермической фильтрации меньше, чем для изотермической.

3. Анализ объемов нефти сосредоточенных в охлажденных зонах пласта с температурой ниже критической (выпадения парафинов) показал, что при росте обводненности от 50% до 90% доля охлажденных запасов увеличивается до 3% для геологических и до 1% подвижных запасов нефти. Дальнейшая закачка холодной воды приводит к резкому увеличению долей геологических и подвижных запасов нефти, находящейся в охлажденных зонах коллектора с температурой ниже критической. При достижении предельной обводненности доля текущих геологических запасов нефти в охлажденной зоне коллектора достигает величины в 20.5% от всех начальных геологических запасов нефти модельного пласта. Доля текущих подвижных запасов нефти в охлажденной зоне пласта составляет 11% от начальных подвижных запасов нефти модели. Это уже значительные величины. В случае выпадения твердой фазы (парафинов) на границе высокопроницаемых и низкопроницаемых пропластков при снижении температуры ниже критической происходит потеря части подвижных запасов нефти за счет их отсечения от процесса фильтрации. При этом конечный КИН может снизиться кратно.

4. При разработке многопластовых систем, содержащих высокои низкопроницаемые пласты, разделенные друг от друга непроницаемыми разделами, опережающая выработка, заводнение и охлаждение высокопроницаемых пластов создает предпосылки к охлаждению соседних низкопроницаемых пластов, что приводит к росту доли трудноизвлекаемых запасов нефти. Даже в однородном по проницаемости пласте распространение холода через непроницаемый раздел за счет заводнения и охлаждения соседнего пласта сопровождается неоднородным изменением свойств пластовой нефти и, как результат этого, снижению эффективности вытеснения нефти водой. Так, для рассмотренной модели, конечный КИН низкопроницаемого пласта за счет изменения температурного поля снижается почти на 9%. При этом охлаждение заводняемого высокопроницаемого пласта практически не влияет на его конечный коэффициент нефтеизвлечения, что связано с отставанием фронта охлаждения от фронта вытеснения.

5. Очевидным решением, направленным на увеличение нефтеотдачи и снижение негативного эффекта от неизотермической фильтрации является проведение следующего комплекса ГТМ. При достижении обводненности добываемой продукции выше 85−90% необходимо провести работы по селективной водоизоляции в добывающей скважине. Одновременно с этим необходимо организовать закачку подогретой воды с температурой равной начальной пластовой температуре (или выше ее). Такой вид сочетания ГТМ позволит получить синергетический эффект. 2.

6. Современное состояние разработки пластов АВ], АВ2−3 Самотлорского месторождения в районе блока glЗ-04 характеризуется высоким значением текущей обводненности добываемой продукции при низких значениях коэффициента нефтеотдачи (ниже проектного). Геологическое строение залежей нефти пластов АВ]3, АВ2−3 является сложным, пласты отличаются значительной послойной и зональной неоднородностью фильтрационно-емкостных свойств коллектора. На рассмотренном участке ведется интенсивная закачка поверхностной (холодной) воды со среднегодовой температурой 10 °C. Как показывают промысловые замеры в районах интенсивного заводнения пластовая температура снизилась относительно начальной на 25−30°С, а средняя пластовая температура снизилась на 15-^20°С. Все это говорит об опережающей выработке высокопроницаемых участков коллектора и начале формирования трудноизвлекаемых запасов нефти за счет охлаждения низкопроницаемых или неразрабатываемых частей залежи. Наиболее эффективным с точки зрения повышения нефтеотдачи в настоящее время становится применение водоизоляционных и потокоотклоняющих технологий в сочетании с закачкой горячей воды. В качестве наиболее перспективных источников горячей воды необходимо рассматривать ниже лежащие водоносные пласты, а наиболее подходящим методом закачки горячей воды в пласты АВ)3, АВг-з является внутрискважинная перекачка.

7. Предложены критерии выбора участка для проведения комплексного воздействия (селективная водоизоляция и тепловое воздействие). На примере модели участка в районе скважины 16 216 пласта АВ13 Самотлорского месторождения продемонстрирована технико-экономическая эффективность применения комплексного воздействия.