Теоретичні положення

Слід розрізняти заходи по підтримці пластової енергії нафтогазового покладу в процесі його розробки і вторинні методи розробки, які застосовуються вже після виснаження природної енергії продуктивного пласта.

Метою застосування вторинних методів розробки є підвищення коефіцієнту нафтовіддачі шляхом вилучення залишкових запасів нафти з продуктивних горизонтів, коли природна пластова енергія повністю вичерпана.

Для досягнення максимально можливого, а іноді і повного вилучення запасів вуглеводнів застосовують ряд методів. Серед них виділяють: нагнітання в пласт води або газу, дію на продуктивний пласт ультразвуковими хвилями, нагнітання в пласт поверхнево-активних речовин, підпалювання нафти в пласті з метою підвищення її рухливості та ін.

Застосування кожного наступного методу по відношенню до попереднього може розглядатися як третинний, четвертинний і т.д. методи.

При виборі об’єктів для здійснення вторинних методів видобутку керуються наступними міркуваннями.

1 Залишкова нафтонасиченість повинна складати не менше 35% об’єму порового простору, оскільки при меншій нафтонасиченості ефективність процесу різко зменшується через зростання граничних розходів робочого агента на 1 т нафти, яку видобувають із пласта.

2 Закачка води є більш ефективною при вмісті зв’язаної води до 25%. Більш високий її вміст різко знижує ефективність даного процесу. Межа водонасиченості для застосування методу може досягати 55%. Нагнітання газу в пласт можна проводити і при більш високому вмісті зв’язаної води. Межа водонасиченості в даному випадку може сягати 70%.

3 Неоднорідні пласти, які складаються з прошарків з різною проникністю, доцільно ділити на 2-3 об’єкти для роздільної закачки робочого агента в кожний з них.

4 У випадку фаціальної мінливості, лінзовидності і малої товщини пласта, якщо сусідні свердловини не взаємопов’язані, вторинні методи видобутку нафти не дають, як правило, необхідного ефекту.

5 Пласти, складені нестійкими, рихлими породами несприятливі для здійснення вторинних методів видобутку нафти через утворення піщаних пробок на вибоях видобувних свердловин і необхідність боротьби з ними.

6 При наявності тектонічних порушень, які розбивають пласт на декілька блоків, слід розглядати кожен блок як самостійний об’єкт.

7 Сприятливими об’єктами для застосування вторинних методів видобутку нафти є герметичні пласти з режимом розчиненого газу.

8 Значна обводненість пласта знижує ефективність площадного заводнення. Висока газонасиченість пласта несприятлива для закачки газу або повітря, оскільки відбувається проникнення робочого агента в експлуатаційну свердловину і підвищується його розхід.

9 Витрата робочого агента залежить від властивостей нафти. Підвищена в’язкість нафти обумовлює високий питомий розхід води, газу або повітря. При в’язкості нафти в пластових умовах більше 50 сПз нагнітання в пласт води, газу або повітря малоефективне.

10 При здійсненні вторинних методів видобутку, процесом, як правило, повинен бути охоплений весь експлуатаційний об’єкт. Пласти, які вибираються для застосування вторинних методів повинні мати рівномірну сітку свердловин. Якщо такої сітки немає, слід проектувати буріння додаткових свердловин з врахуванням економічної доцільності цього. Для визначення результату дії методу на пласт, бурять оцінювальні свердловини з відбором керну для лабораторного визначення коефіцієнта витіснення нафти газом або водою.

При закачці води і газу в пласт спостерігають за зміною:

а) пластового тиску чи рівня рідини в свердловинах;

б) коефіцієнта продуктивності і дебіта свердловин;

в) газового фактора і відсотка обводнення свердловин;

г) складу нафти, води і газу в продукції, що видобувається;

д) контурів нафтоносності;

е) приймальності нагнітальних свердловин.

Отримані дані беруть за основу для встановлення технологічного процесу закачки, тиску нагнітання, кількості робочого агента, темпу відбору і закачки робочого агента в пласт в цілому і по окремих свердловинах. З метою контролю за процесом дії на пласт виділяють спеціальні свердловини – п’єзометричні і контрольні.

При нагнітанні повітря в пласт регулярно контролюють густину повітряної суміші на гирлі нагнітальних свердловин, вміст в ньому азоту, метану та ін. газів для запобігання утворення вибухонебезпечних газоповітряних сумішей. Спостереження за зміною контурів водоносності здійснюють шляхом побудови карт обводнення свердловин і графіків зміни газових факторів на кожний квартал.

При застосуванні вторинних методів видобутку нафти особливу увагу слід звертати на запобігання проникненню робочого агента з нагнітальних свердловин в експлуатаційні. Про їх проникнення свідчить різке збільшення ще в початкову стадію процесу газових факторів або відсотка води у продукції, що видобувається.

Засобами боротьби з проникненням робочого агента є:

1) обмеження об’єму закачки робочого агента і дебітів свердловин на ділянках з його проникненням;

2) періодична експлуатація видобувних свердловин і періодична закачка робочого агента в нагнітальні свердловини;

3) ізоляція високопроникних пропластків в нагнітальних свердловинах шляхом установки пакерів та проведення інших заходів по їх ізоляції.

Під час проведення вторинних методів видобутку нафти ведуть ретельну геолого-технічну документацію всього процесу.

Заводнення пластів

В даний час заводнення є найбільш поширеним серед вторинних методів видобутку нафти. Для цього застосовують законтурне, приконтурне, центральне внутріконтурне, осьове та площадне заводнення. Крім цього, існує метод заводнення нафтового покладу з розрізанням його на окремі сектори.

При законтурному заводненні нагнітальні свердловини розташовують за межами зовнішнього контуру нафтоносності.

Законтурне заводнення застосовують для витіснення нафти з пластів за умови високої проникності колекторів на периферійних ділянках покладу і нерозривності пласта.

При законтурному заводненні нафтового пласта з метою рівномірного просування контурів нафтоносності, відстань між нагнітальними свердловинами приймають не більшою відстані між ними та зовнішнім контуром нафтоносності.

 

 

 

Рисунок 7.1 - Схема розташування нагнітальних свердловин при законтурному заводненні

1 – зовнішній контур нафтоносності; 2 – внутрішній контур нафтоносності; 3 – нагнітальні свердловини; 4 – експлуатаційні свердловини.

Приконтурне заводнення передбачає розташування нагнітальних свердловин між зовнішнім і внутрішнім контурами нафтоносності. Його застосовують, коли продуктивний пласт характеризується на периферійних ділянках структури низькими колекторськими властивостями.

Внутріконтурне заводнення нафтового пласта може бути центральним і осьовим.

Центральне внутріконтурне заводнення нафтового покладу застосовується, коли він приурочений до куполоподібних антиклінальних структур. Нагнітальні свердловини розташовуються в цьому випадку на склепінні структури в самому центрі або по концентричному колу, при значних розмірах куполоподібних структур.

 

 

 

Рисунок 7.2 - Схема розташування нагнітальних свердловин при приконтурному заводненні

1 – зовнішній контур нафтоносності; 2 – внутрішній контур нафтоносності; 3 – нагнітальні свердловини; 4 – експлуатаційні

 

 

Рисунок 7.3 - Схема центрального внутріконтурного заводнення

1 – зовнішній контур нафтоносності; 2 – внутрішній контур нафтоносності; 3 – нагнітальні свердловини; 4 – експлуатаційні свердловини.

 

Осьове внутріконтурне заводнення покладу нафти застосовується на брахіантиклінальних і лінійно витягнутих структурах. Нагнітальні свердловини розташовуються вздовж великої осі антикліналі, оскільки в цій частині структури колекторські властивості пластів завжди покращуються за рахунок тріщинуватості гірських порід. Нагнітання води в пласт здійснюється в напрямку вниз по падінню пласта і є, як правило, ефективним.

 

Рисунок 7.4 - Схема розробки з осьовим нагнітанням води

1 – зовнішній контур нафтоносності; 2 – внутрішній контур нафтоносності; 3 – нагнітальні свердловини; 4 – експлуатаційні свердловини.

Площадну закачку води в нафтовий пласт застосовують:

1) у випадку, коли проникність колекторів невисока, але змочування глинистих частинок в пісковиках водою не викликає значного зниження їх проникності;

2) при низькій водонасиченості пласта і, відповідно, невеликому процентному вмісті води в нафті, що видобувається (10-20 %);

3) якщо залишкова нафтонасиченість пласта перевищує 35-40%.

Нагнітальні свердловини розміщують рівномірно по площі в проміжках між експлуатаційними свердловинами. Найбільш поширеними системами розміщення свердловин в цьому випадку є п’ятиточкова і семиточкова. При п’ятиточковій системі нагнітальні свердловини розташовують по сторонах квадратів, а експлуатаційні – в центрах квадратів; при семиточковій системі нагнітальні свердловини розташовують по кутах шестикутника, а експлуатаційні – в центрі шестикутника (рис. 7.5).

а) б)

 

 

Рисунок 7.5 - Схема площадного заводнення пласта

а) п’ятиточкова схема; б) семиточкова схема.

 

Таке розташування нагнітальних і експлуатаційних свердловин забезпечує рівномірну дію води, що нагнітається, на поклад. Однак, і в цьому випадку всю площу заводнити повністю не вдається і ступінь обводненості площі визначають за допомогою коефіцієнта заводнення або коефіцієнта охоплення, яким називають відношення площі (або об’єму) породи, охопленої заводненням, до всієї площі або об’єму покладу. Ці коефіцієнти, як правило, завжди менші одиниці.

Відстань між свердловинами при здійсненні процесу може змінюватися в широких межах в залежності від проникності колектора, об’ємів і тисків нагнітання.

Тиск нагнітання залежить від об’ємів нагнітальної води і проникності порід.

Слід врахувати, що із збільшенням темпів закачки води не завжди скорочуються строки витіснення нафти і часто відбуваються прориви води в будь-якому напрямку. Оптимальні швидкості руху води і тиски нагнітання встановлюються дослідним шляхом для кожного конкретного пласта.

Сумарний розхід води при площадному заводненні не повинен перевищувати на початковій стадії закачки 3 м³ води на 1 т нафти, яка видобувається, і на кінцевій стадії 20 м³/т. Нормальним вважається розхід води в середньому 10-15 м³/т. Знаючи залишкові запаси нафти і керуючись даними лабораторного визначення коефіцієнту вилучення нафти, можна наближено вирахувати сумарний розхід води на заводнення і приблизний строк розробки пласта. Ефективність процесу площадного заводнення залежить від вмісту зв’язаної води. Для успішного проведення процесу, вміст зв’язаної води не повинен перевищувати 25%, при більш високому вмісті ефективність процесу площадного заводнення знижується.

В практиці проведення процесу, в зв’язку з неоднорідністю будови покладів, можливі прориви води в будь-якому напрямку, що значно знижує ефективність заходу.

Для боротьби з цими явищами застосовують наступні заходи:

а) ізоляцію сильно поглинаючих інтервалів в свердловинах шляхом їх цементування, хімічного тампонажу, застосування пакерів;

б) регулювання темпів нагнітання води і відбору рідини аж до припинення прориву;

в) часткове зменшення проникності найбільш поглинаючих зон шляхом нагнітання в них забрудненої води, повітря в суміші з водою, парафінового дистиляту.

Для контролю за проривами води від нагнітальних свердловин в тих чи інших напрямках застосовують різноманітні індикатори, які додають у нагнітальну воду (барвники, радіоактивні ізотопи).

Для нагнітання в пласт застосовують річкові, артезіанські, пластові і морські води, які повинні відповідати наступним вимогам:

1) вміщувати технічні домішки в кількості не більше 1 мг/л;

2) не містити водоростей і мікрокомпонентів;

3) зберігати стабільність в пластових умовах;

4) містити залізо в окисній формі в кількості не більше 0, 5 мг/л;

5) не викликати корозії трубопроводів;

6) вміщувати домішки нафти в кількості не більше 0, 5 мг/л.

У відповідних геологічних умовах доцільно застосовувати комбіновані методи дії на пласт, наприклад, закачку повітря в склепінну частину пласта і води в законтурну зону. Даний метод рекомендується для пластів з пониженою проникністю, в яких вплив нагнітальних свердловин не поширюється на всю площу пласта. На промислах колишнього Радянського Союзу нагнітання води в нафтові пласти з метою підвищення нафтовіддачі було розпочато з 1943-1944 рр. (промисли Доссор і Макат в Прикаспійській западині).

В США метод заводнення пластів одержав широке застосування і масштаби його весь час зростають.