О некоторых особенностях вытеснения газированной нефти водой и газа газированной нефтью при разработке нефтяных оторочек

Как известно, фундаментальные основы фильтрации газированной жидкости в пористых средах изложены в известных работах Лейбензона Л.С., Христиановича С.А., Чарного И.А., Маскета М., Викофа и Ботсета, Уилджа X., Глоговского М.М., Розенберга М.Д., Эфроса Д.А., Курбанова А.К. и др. В промысловой практике вытеснение газированной нефти водой может иметь место в случаях: а) при площадном заводнении оторочки частично или полностью в условиях режима растворенного газа; б) при последовательной и одновременной разработке нефтяной оторочки и газовой шапки в условиях упруговодонапорного режима при снижении пластового давления ниже давления насыщения; в) при законтурном и барьерном заводнении, когда давление в нефтяной оторочке снижается ниже давления насыщения.

Задача о вытеснении газа газированной нефтью может возникнуть при вариантах: одновременная разработка газовой шапки и нефтяной оторочки, опережающая разработка газовой шапки и разработка газовой шапки с попутной добычей нефти в условиях развития газовой фазы вследствие снижения давления в нефтяной оторочке ниже давления насыщения.

Особенностью площадного заводнения является равномерное распределение нагнетательных скважин и сравнительно малые расстояния между нагнетательными и добывающими скважинами. В этом случае оказывается приемлемым [13] для характеристики механизма вытеснения использовать результаты лабораторных экспериментов, а физико-математическую модель вытеснения можно трактовать следующим образом. Закачиваемая в пласт вода, вытесняя подвижный газ и заполняя поровое пространство в окрестности нагнетаемой скважины, образует нефтяной вал впереди фронта воды, который вытесняет подвижный и защемляет остаточный газ. Очевидно, защемленный газ снизит остаточную нефтенасыщенность. Следует иметь в виду, что в результате дегазации нефти вязкость и плотность нефти будут больше. Существует мнение, что в силу особенностей вытеснения газированной нефти водой в малоистощенных нефтяных пластах перед осуществлением площадного заводнения целесообразно создавать газонасыщенность путем рассредоточенной закачки газа в пласт [13].

В неистощенных нефтяных пластах газовая фаза может развиваться в условиях разработки при снижении пластового давления ниже давления насыщения. Результаты лабораторных исследований подтверждают [13], что в определенных условиях разработка нефтяного пласта с упругим режимом может быть более эффективной при пластовых давлениях ниже давления насыщения. Очевидно, начиная с момента непрерывного снижения пластового давления, процесс фильтрации будет неустановившимся, а нефте- и газонасыщение – переменным. Механизм вытеснения в этом случае можно представить следующей схемой. В нефтяной оторочке и на фронте вытеснения давление и газонасыщение непрерывно меняются; впереди закачиваемой воды (при законтурном, внутриконтурном или барьерном заводнении) движется нефтяной вал ограниченной протяженности, который встречает на своем пути и вытесняет газированную нефть с переменным соотношением газовой и нефтяной фаз, вследствие чего распределение защемленного газа в заводненной зоне будет неравномерным.

Используя результаты лабораторных опытов по вытеснению газированной нефти водой, в соответствии с теорией Бакли–Ливретта можно определить газонасыщенность на текущем фронте вытеснения и среднюю остаточную нефте- и газонасыщенность в зоне заводнения. Кстати заметим, лабораторными опытами по вытеснению газированной нефти водой в несцементированном песке установлено, что остаточная газонасыщенность в заводненной части превышает 2-3% объема пор [13]. Эта же задача изучалась на физической модели. Позднее [14]было установлено, что на фронте вытеснения нефти водой образуется «нефтяной вал». Авторы предлагают использовать полученные ими результаты для приближенных расчетов технологических показателей заводнения обширных нефтегазовых зон, извлечение нефти из которых требует использования самостоятельной сетки скважин.

Методика расчета изменения среднепластового давления и остаточной нефте- газонасыщенности при вытеснении газированной нефти водой подробно изложена в работах Афанасьевой А.В. и Розенберга М.Д. [13, 15]. Показана бесспорная выгода метода разработки при снижении давления ниже давления насыщения в условиях естественного упруговодонапорного режима. Оптимальный предел снижения давления ниже Р _насдолжен оцениваться конкретно для каждого месторождения с учетом результатов лабораторных исследований процесса вытеснения на кернах данного продуктивного горизонта.

В работе [15] дано приближенное решение задачи о вытеснении газированной нефти водой в круговом пласте за счет упругости законтурной области, когда задано изменение дебита во времени. При этом авторы использовали метод подбора количества (расхода) вторгшейся в залежь воды. В работе [16] рассматривается аналогичная задача, но уже при заданных забойных давлениях и отборе нефти, не требующая подбора расхода вторгшейся в залежь воды. При этом залежь рассматривалась как укрупненная скважина и учитывалось образование зоны двухфазного потока. Было установлено, что в начальный период вытеснения преимущественная роль принадлежит энергии растворенного газа, а через некоторое время характеристики смешанного режима, изменение расхода вторгшейся воды q _в= f (t)и пластового давления Р=f (t)приближаются к показателям упругого режима.

В работе [17] исследован характер фазовых проницаемостей по промысловым данным Ново-Дмитровского и Анастасиевско-Троицкого месторождений Краснодарского края путем дифференцирования индикаторных кривых. Была установлена трехпараметрическая зависимость относительных фазовых проницаемостей для нефти и газа: и , где безразмерные параметры есть

(6.18)

где

Р _к– давление на контуре питания;

Р ₀ – начальное пластовое давление;

Р _с –забойное давление;

Г –газовый фактор;

S (P _к)–коэффициент растворимости газа в нефти.

Авторы делают выводы, что при проектировании, анализе и контроле разработки нефтяных месторождений при давлениях ниже давления насыщения необходимо учитывать возможные многопараметрические зависимости относительных фазовых проницаемостей, определяемых по промысловым данным.

В работе [18] исследуется задача о вытеснении газированной нефти водой в условиях плоско-радиального притока. При этом используются дифференциальные уравнения, полученные Боксерманом А.А. и Розенбергом М.Д. [19], связывающие текущее пластовое давление , насыщенность нефтью в переходной зоне, расстояние по радиусу и время. Задача решается с помощью ЭВМ. При этом, изменение параметров принимается по следующим зависимостям:

(6.19)

(6.20)

(6.21)

Здесь В _н() – объемный коэффициент нефти.

Авторы установили, что существенное влияние на характеристики процесса вытеснения оказывает абсолютная величина давления насыщения по сравнению с характером фазовых проницаемостей.

В работе [20] авторы рассмотрели задачу о вытеснении газа газированной жидкостью (нефтью) в случае отбора только газа, но уже с учетом изменения давления вдоль нефтяной части пласта в замкнутом круговом пласте. Задача решалась также методом смены стационарных состояний без учета реальных свойств нефти и газа. В результате получено сложное уравнение, устанавливающее связь между нефтенасыщенностью на контуре пласта и на контуре газоносности (на контуре нефть–газ) и требующее численного интегрирования. Практического применения не дано. Для условий проникновения выделившегося газа из нефти в газовую часть также получено громоздкое сложное решение, тоже требующее численного интегрирования.

Приближенное решение задачи о фильтрации газированной жидкости в полубесконечном линейном пласте доступно изложено Степановым В.П. и Ефремовым Н.А. в работе [21]. Система уравнений двухфазной фильтрации решалась с использованием аппроксимирующих аналитических выражений для относительных фазовых проницаемостей. Результаты расчетов сравнивались с численным решением, полученным на ЭВМ [22]. Сходимость результатов оказалась исключительно высокой: граничные условия на галерее удовлетворены, а расхождение в значениях насыщенности составило 2%.