Разработка низкопроницаемых неоднородных коллекторов при циклическом заводнении

Одной из наиболее доступных и эффективных технологий повышения нефтеотдачи неоднородных коллекторов является нестационарное заводнение. Основной механизм нестационарного заводнения − гидродинамические градиенты, возникающие вследствие разных пьезопроводностей слоев, областей, зон неоднородного пласта.

При нестационарном заводнении одновременно будут протекать два процесса вытеснения нефти из пласта:

· процесс, механизм которого будет характерен для циклического заводнения, в котором при периодическом изменении режимов работы скважин (нефтяных и/или нагнетательных) между пропластками возникает перепад давления. Вследствие этого происходят перетоки жидкостей из одних слоев в другие, способствуя внедрению воды в малопроницаемые пропластки [113, 14, 18];

· процесс, механизм которого будет характерен для технологии изменения направления фильтрационных потоков [28]. Физическая основа данной технологии заключается в том, что в неравномерно заводненной залежи создается новое направление (новые гидродинамические градиенты) вытеснения нефти водой.

В результате этих механизмов в процесс дренирования вовлекаются застойные зоны, линзовидные участки, слабодренируемые нефтенасыщенные зоны.

Из вышесказанного следует, что изменение направления фильтрации это метод регулирования заводнения пласта по площади, а циклическое заводнение - по толщине пласта. Нестационарное заводнение − метод регулирования заводнения как по площади, так и по толщине пласта. В соответствии с конкретной задачей и промысловыми условиями и выбираются параметры нестационарного заводнения (последовательность, частота, амплитуда изменения режимов работы нагнетательных скважин).

Возникновение и развитие широко известного в нашей стране циклического метода воздействия на слоисто неоднородные пласты связано с именем М.Л. Сургучева. Теоретические исследования выполнены для пласта, состоящего из двух слоев: обводненного высокопроницаемого и нефтенасыщенного малопроницаемого. Показано, что создание в залежи нестационарного состояния путем циклического изменения объемов закачки воды в пласт приводит к увеличению коэффициента охвата пласта заводнением за счет интенсификации добычи нефти из нефтенасыщенного малопроницаемого пласта [112, 114].

Дальнейшие теоретические и экспериментальные исследования механизмов нефтеизвлечения при нестационарном заводнении, проведенные такими учеными, как М.Л. Сургучев, А. А. Боксерман, Ю. П. Желтов, К. Э. Музафаров, В. Г. Оганджанянц, И.Н. Шарбатова, В.Е. Гавура, О.Э. Цынкова и другими позволили сделать следующие выводы:

· в неоднородных коллекторах эффективность циклического процесса определяется наложением капиллярного перераспределения воды, принудительно закачанной в малопроницаемые пропластки повышением давления и противоточной капиллярной пропиткой, происходящей независимо от периодичности процесса заводнения;

· для перераспределения воды в неоднородном пласте и для её противоточного капиллярного впитывания в малопроницаемые участки из высокопроницаемых необходима выдержка по времени между основными периодами цикла (периодом восстановления и падения пластового давления). В соответствии с указанными источниками при циклическом заводнении неоднородных и порово-трещинных коллекторов можно подобрать такие условия (выдержка по времени), при которых вся вода, внедренная в нефтенасыщенные малопроницаемые включения (блоки), будет капиллярно удерживаться в них при сохранении высокого темпа нефтеизвлечения;

· для максимального эффекта продолжительность каждого следующего цикла должна увеличиваться по закону квадратичной параболы. При этом максимальный эффект от каждого цикла достигается при условии, когда количества воды, содержащейся в высокопроницаемых участках (трещинах), достаточно для проявления капиллярной пропитки. Поэтому проведение циклического заводнения рекомендуется проводить с короткими циклами, либо осуществлять без остановки процесса нагнетания воды.

Кроме того, в указанных экспериментальных исследованиях установлено, что начальное водосодержание порового пространства способствует более эффективному цикличному воздействию, так как капиллярное перераспределение воды, принудительно внедряемой в малопроницаемые элементы неоднородного пласта, происходит быстрее.

На основе серии экспериментальных исследований для изучения влияния вязкости нефти на эффективность цикличного воздействия на неоднородные пласты [15,112] получены следующие основные заключения:

· с увеличением вязкости нефти снижается темп извлечения нефти из малопроницаемых нефтенасыщенных участков неоднородного пласта при цикличном воздействии на него;

· темп нефтеизвлечения при увеличении вязкости нефти (с 1,1 до 10,6 мПа·с) при цикличном воздействии снижается приблизительно в два раза, что позволяет рекомендовать технологию для добычи нефти повышенной вязкости.

При обобщении опыта промыслового использования технологии циклического заводнения специалистами научно-исследовательского института ВНИИнефть имени А.П. Крылова определены следующие критерии указанной технологии:

· метод наиболее эффективен в мощных слоисто-неоднородных пластах с хорошей гидродинамической связью между прослоями. Неоднородность пласта характеризуется такими коэффициентами, как песчанистость и расчлененность, а также количественной оценкой слоистой и зональной неоднородности [61];

· с увеличением начального водосодержания интенсифицируется капиллярное перераспределение жидкостей [20, 19, 83];

· с увеличением вязкости нефти темп нефтеизвлечения при нестационарном заводнении снижается [15];

· с увеличением степени гидродинамической связанности пластов по разрезу увеличивается эффективность нестационарного заводнения. Степень гидродинамической связанности пластов по разрезу, выражаемый отношением площади слияния коллекторов к общей площади пласта, должен быть не менее 0,5;

· c увеличением упругоемкости системы увеличивается эффективность циклического заводнения [75, 99]. Упругоемкость системы способствует как внедрению воды в малопроницаемые нефтенасыщенные области из обводненных слоев и трещин за счет сжатия пласта в период закачки, так и обратному перетоку флюидов в период снижения пластового давления за счет расширения системы. Данная упругоемкость увеличивается с ростом газосодержания нефти и проявляется особенно резко при периодическом разгазировании, когда пластовое давление становится ниже давления насыщения пластовой нефти газом.

Важными критериями являются параметры технологии: продолжительность цикла, амплитуда колебания давления, а также продолжительности периодов повышения и понижения давления. С ростом амплитуды вынужденных колебаний давлений интенсивность циклического воздействия возрастает, а также при увеличении периода падения пластового давления в асимметричных циклах эффективность циклического воздействия возрастает [112].

Более раннее применение циклического заводнения является более эффективным для интенсификации обмена флюидами между высоко и низкопроницаемыми составляющими.

Таким образом эффективность циклического заводнения основывается на механизме обусловленных гидродинамическими, гравитационными, капиллярными и упругими силами. Циклическое заводнение характеризуется как способ активизации упруго-капиллярных проявлений системы. Его эффективность возрастает тем больше, чем менее эффективным оказывается стационарное заводнение указанных неоднородных коллекторов. Действительно, если пласт гидрофобный и низкопроницаемый слой расположен в кровле, то стационарное заводнение будет значительно менее эффективным, чем циклическое (нестационарное). При этом абсолютные величины коэффициентов нефтеизвлечения в гидрофобном пласте как при стационарном, так и при циклическом заводнении являются более низкими.

Применение метода циклического заводнения на крупных нефтяных месторождениях связано с необходимостью создания волн давления, распространяющихся по рядам или специально выбранным группам нагнетательных скважин и эксплуатационных скважин. При этом вместе с циклическими изменениями величин пластовых давлений происходят также циклические перемены направлений фильтрационных потоков. Тем самым осуществляется неразрывная связь двух методов воздействия – циклического заводнения и перемен направлений фильтрационных потоков.

В заключение следует отметить, что на исследуемом месторождении применение циклического заводнения может оказаться неэффективным вследствие того, что в период закачки нагнетательные скважины могут не обеспечить необходимую приёмистоть даже при применении горизонтальных скважин и (или) ГРП, в том числе из-за низкого качества подготовки промысловых вод – наличия твердых взвешенных частиц. Вследствие этого уменьшаются объемы воды, принудительно внедряемые в низкопроницаемые области в период закачки [82].

Был выполнен анализ эффективности применения нестационарного заводнения на трёх эксплуатационных участках исследуемого месторождения разрабатываемых системами ННС.

На первом участке в 2012 г. была полностью остановлена закачка на скважине ППД № 1 в мае и июле. В результате по реагирующей нефтяной скважине № 2 получили следующий эффект: обводненность снизилась с 37 до 31 %, дебит по жидкости снизился с 46 до 34 м³/сут, дебит по нефти снизился c 24,7 до 17,1 т/сут. За время проведения нестационарного заводнения потери нефти по причине снижения пластового давления составили 6,9 т/сут, прирост дебита нефти за счет снижения обводненности составил 1,9 т/сут, итого потери составили 5 т/сут.

Аналогичная ситуация сложилась на втором участке. В июле 2012 г. остановили скважины ППД № 3 и № 4. В результате по реагирующим нефтяным скважинам получили следующий эффект: обводненность снизилась с 36,5 до 35,6 %, дебит по жидкости снизился с 1623 до 1525 м³/сут, дебит по нефти снизился c 864,4 до 824 т/сут. За время проведения нестационарного заводнения потери нефти по причине снижения пластового давления составили 44,9 т/сут, прирост дебита нефти за счет снижения обводненности составил 14,5 т/сут, итого потери составили 30,4 т/сут.

На третьем участке в феврале 2013 г. остановили скважину ППД № 5. В результате по реагирующим нефтяным скважинам получили следующий эффект: обводненность снизилась с 43 до 39 %, дебит по жидкости снизился с 1123 до 980 м³/сут, дебит по нефти снизился c 456 до 410 т/сут. За время проведения нестационарного заводнения потери нефти по причине снижения пластового давления составили 15,7 т/сут, прирост дебита нефти за счет снижения обводненности составил 11,9 т/сут, итого потери составили 3,8 т/сут.

По проведенному анализу трех эксплуатационных участков, на которых была проведена нестационарная закачка, можно сделать вывод, что основной причиной снижения суточной добычи является падение пластового давления из-за снижения текущей компенсации закачкой.

Из положительных моментов стоит отметить, что на всех трех эксплуатационных участках отмечается хорошая динамика падения обводненности продукции практически по всем скважинам окружения.