1 стр. из 1

Повышение нефтеотдачи является одной из актуальнейших проблем современности. Достаточно напомнить, что доля нефти, которая не извлекается из недр современными промышленно освоенными методами добычи, оценивается в 70% от мировых разведанных запасов. Причем эта нефть сосредоточена в районах с развитой инфраструктурой добычи, переработки нефти и потребления нефтепродуктов.

В зависимости от свойств коллекторов и вязкости нефти доля неизвлеченной нефти распределяется следующим образом. В терригенных коллекторах — в среднем 57% от геологических запасов (в том числе в чисто нефтяных залежах с проницаемостью коллекторов более 0,05 мкм и вязкостью нефти менее 30 мПа·с — 50%, в нефтегазовых залежах с проницаемостью коллекторов менее 0,05 мкм и вязкостью нефти более 30 мПа·с — 65–78%). В карбонатных коллекторах — в среднем 68% от геологических запасов (в том числе в трещинных коллекторах — 46%, в трещинно-кавернозных коллекторах — 69%).

Сегодня почти 90% объемов нефти добывается путем вытеснения ее водой.

Основными причинами малой доли извлечения нефти из недр при вытеснении ее водой являются:
 -  струйный (ламинарный) характер фильтрации жидкости в пластах;
 -  макро- и микронеоднородность пластов по пористости и проницаемости;
 -  существенная разница вязкости нефти и вытесняющей ее воды;
 -  наличие менисков на границе раздела нефти, воды и породы;
 -  влияние капиллярных сил;
 -  прогрессирующее обводнение добывающих скважин.
 
Но самым существенным фактором, снижающим нефтеотдачу пластов, является вязкость нефти. При вязкости более 30 мПа·с нефтеотдача пластов современными промышленно освоенными способами добычи чрезвычайно низка.

В последнее десятилетие большие надежды на повышение нефтеотдачи связывают с применением волновых технологий воздействия на прискважинное и межскважинное пространство нефтяных пластов. Наиболее освоенными методами волнового воздействия на межскважинное пространство пластов являются метод циклического воздействия на неоднородные нефтяные пласты и вибросейсмический метод.

Метод циклического воздействия можно по праву отнести к волновым технологиям повышения нефтеотдачи путем физического воздействия на межскважинное пространство пластов. Он заключается в том, что в залежи создается искусственно-нестационарный режим фильтрации путем чередования циклов нагнетания в пласты воды при давлении, превышающем давление нагнетания в стандартном режиме заводнения. Продолжительность фазы закачки воды колебалась в основном от 10 до 30 суток. Такой же продолжительности бывают и перерывы. Это не что иное, как воздействие на залежь супердлинными волнами давления.

Метод циклического заводнения был реализован на 43 опытных участках 26 нефтяных месторождений Западной Сибири, Поволжья, Краснодарского и Ставропольского краев, в Белоруссии и на Украине. Вязкость нефти в пластовых условиях составляла преимущественно 0,4–3,5 мПа·с и только в трех случаях 5; 7,4 и 16 мПа·с, а вязкость воды 0,4–1,1 мПа·с. Нефтяные пласты были представлены в основном терригенными осадками и только на двух участках карбонатами. Эффективность метода повышения нефтеотдачи оценивалась И.Н. Шарбатовой и М.Л. Сургучевым по снижению обводненности продукции добывающих скважин и по увеличению добычи нефти относительно базовых показателей.
Вибросейсмический метод воздействия исследован в работах О.Л. Кузнецова, Э.М. Симкина, Дж. Чилингара и заключается в циклическом площадном воздействии на залежь с дневной поверхности низкочастотными колебаниями в диапазоне частот, соответствующих резонансу пласта с помощью механических вибраторов. Согласно методике этих авторов проведены опытно-промышленные работы на шести опытных участках.

Конкретная информация о снижении обводненности продукции добывающих скважин имеется только по Жирновскому нефтяному месторождению.

Общим ограничением эффективного применения методов циклического и вибросейсмического воздействия на неоднородные нефтяные пласты и воздействия, по заключению авторов, является только высокая вязкость нефти, а для циклического воздействия еще и высокая начальная обводненность продукции добывающих скважин перед началом применением метода.

Если учесть, что как раньше, так и сегодня, на промыслах нет сколько-нибудь объективного инструментального учета дебита и обводненности продукции каждой из добывающей скважины, то количественные показатели, приведенные на рисунках, следовало бы считать такими, что лежат в пределах точности оценки эффективности методов.

Зададимся вопросом: можно ли, совершенствуя или модернизируя эти методы, радикально повысить нефтеотдачу?

Для этого обратимся к анализу основных причин, способствующих снижению нефтеотдачи пластов.
1. Для перехода фильтрации жидкости в поровом пространстве с ламинарного режима на турбулентный режим необходимо значительно увеличить скорость движения жидкости в поровых каналах, при этом существенно (во второй степени) возрастает сопротивление потоку. Для преодоления возрастающих сопротивлений необходим огромный расход дополнительной энергии. Компенсировать ее дополнительным нагнетанием воды или снижением забойного давления в добывающих скважинах практически невозможно. Невозможно реализовать это и путем вибросейсмического воздействия.
2. Для того чтобы преодолеть влияние макро- и микронеоднородности пластов, а также менисков на границе раздела нефти, воды и породы и капиллярных сил необходимо создать на фронте вытеснения нефти водой градиент давлений не менее, чем в 10 мПа на 1 м. Реализовать это рассмотренными методами воздействия невозможно.
3. Остальные причины также не устраняются данными методами воздействия на межскважинное пространство пластов.

Анализ причин, препятствующих более полному извлечению нефти из недр, приводит к пониманию того, что решение этой проблемы лежит в области поиска дешевых и технологически простых способов воздействия на межскважинное пространство пластов волнами давления большой энергии, способными преодолеть негативное влияние факторов, снижающих нефтеотдачу пластов. Такими волнами давления могут быть волны, создаваемые с помощью энергии взрыва, которая в нефтедобывающей отрасли до сих пор используется исключительно как средство разрушения. Но при умелом применении энергия взрыва может быть использована и как средство созидания.

Взрывчатые вещества, по сравнению с другими видами энергии, обладают существенными преимуществами. Они удобны в длительном хранении, в транспортировке к месту применения и обладают огромной удельной мощностью. Взрыв в скважине имеет специфические особенности.

Ствол скважины и проницаемый пласт, в первом приближении, можно рассматривать как три волновода, исходящие из одной точки:
 -  ствол скважины, заполненный промывочной жидкостью,
 -  скелет горной породы,
 -  пластовый флюид, заполняющий поровое пространство пласта. 
 
Плотность жидкости, заполняющей скважину, изменяется в пределах от 1 ∙ 10³ до 2 ∙ 10³ кг на м³. Плотность скелета горных пород изменяется в пределах от 2,2 ∙ 10³ до 2,85 ∙ 10³ кг на м³. Плотность газа и нефти колеблется от нескольких килограмм (газ) до 0,9 ∙ 10³ кг на м³ (нефть). Плотность пластовых вод нефтяных месторождений изменяется в пределах 1 ∙ 10–1,2 ∙ 10³ кг на м³. Скорость распространения звука в жидкости зависит от давления, температуры, плотности и количества растворенного в ней газа. В воде и в промывочной жидкости она изменяется от 1350 до 1800 м в секунду, в нефти — от 850 до 1500 м в секунду, а в скелете горных пород — от 5600 до 7000 м в секунду. Подставив предельные значения плотности и скорости в соответствующие выражения волнового сопротивления скважины, скелета горных пород, нефти и пластовых вод, определим, что волновое сопротивление: • скважины может изменяться в пределах (13,5–36) · 10⁵, • скелета горных пород может изменяться в пределах (123–199) ∙ 10⁵, • нефти может изменяться в пределах (8,5–17) · 10⁵ кг (м² ∙ с)^–1, • пластовых вод может изменяться в пределах (13,5–16,2) · 10⁵ кг ∙ (м² ∙ с)^–1.

Создав благоприятные условия, можно большую часть энергии взрыва направить на создание в жидкости, заполняющей поровое пространство пласта, нестационарной акустической волны давления большой амплитуды.

При взрыве в скважине происходит мгновенная эмиссия жидкости из скважины в проницаемый пласт. Из продуктов взрыва в скважине образуется газовый пузырь, который по мере всплывания пульсирует. Его пульсация приведет к пульсирующей эмиссии жидкости из ствола скважины в пласт и притоку жидкости из пласта в скважину. В результате в пласте возникнет нестационарная волна давления, в которой чередуются фазы сжатия и разряжения. И этот процесс происходит до тех пор, пока пульсация газового пузыря не прекратится. Скачок давления во фронте ударной волны достигает 13 ГПа, а плотность жидкости возрастает в 1,7 раза. В результате скорость перемещения фронта волны возрастает до 5500 м в секунду. Но уже на расстоянии около 10 радиусов заряда давление во фронте волны снижается до 100–150 МПа. Ударная волна переходит в сильную акустическую волну, способную нести большой запас энергии на большие расстояния.
Акустическая нестационарная волна давления, распространяясь в жидкости, заполняющей поровое пространство пласта, вызывает знакопеременное фильтрационное перемещение жидкости со скоростью распространения звука в этой жидкости. В фазе сжатия жидкость движется в поровом пространстве в направлении распространения волны давления, а в фазе разряжения — в направлении, противоположном направлению распространения волны давления. Стрелками показаны направления фильтрационного перемещения жидкости в поровых каналах в фазах сжатия и разряжения.

Опуская пояснения и доказательства, отметим только, что распространение нестационарной волны давления в пластах стимулирует протекание таких процессов, проявление которых в такой совокупности в принципе невозможно при других известных способах физического воздействия на межскважинное пространство пластов:
 -  турбулизацию режима фильтрации жидкости в поровом пространстве пласта;
 -  преодоление капиллярных сил;
 -  акустическую и гидродинамическую кавитацию;
 -  обмен флюидами между пропластками с разной пористостью и проницаемостью;
 -  пульсирующее изменение объема порового пространства;
 -  повышение температуры окружающей среды.
 
Впервые широкомасштабные эксперименты по повышению нефтеотдачи с использованием энергии взрыва были проведены на пермокарбоновой залежи высоковязкой нефти Усинского месторождения в Республике Коми. Вязкость нефти в пластовых условиях — 780–800 МПа·с.

Первый эксперимент был проведен на участке А-17. В скважине 4255 в течение 24 часов были произведены последовательно четыре взрыва. В результате в радиусе 1,2 км в продукции добывающих скважин произошло существенное снижение обводненности жидкости и увеличение доли нефти. В табл. приведены средние данные о результатах систематических трехмесячных наблюдений за изменением доли нефти в продукции добывающих скважин, расположенных в радиусе 400 м от скважины 4255.

Второй эксперимент был реализован на опытном участке.

На этом участке было произведено четыре серии взрывов в одних и тех же скважинах: в феврале, в августе, декабре 2002 г. и в марте 2003 г. За базовый показатель было принято среднемесячное соотношение доли нефти и воды в продукции добывающих скважин в январе 2002 г.

За период наблюдений за соотношением нефти и воды в продукции добывающих скважин с 01.01.2002 г. по 31.12.2004 г. на всем участке были получены следующие результаты. В 55% скважин имело место существенное увеличение доли нефти и снижение доли воды в продукции добывающих скважин. В 30% скважин результаты можно отнести к категории неоднозначных, поскольку положительный эффект носил эпизодический, а не стабильный характер. В 15% скважин положительных результатов не получено. Пример существенного увеличения доли нефти и снижения доли воды в продукции добывающих скважин приведен на рис. 5. Красным цветом обозначены месяцы, в которые производились взрывы.

Результаты первого и второго экспериментов были настолько внушительными и неожиданными, что было принято решение провести эксперимент с детальным и систематическим контролем за дебитом скважин и обводненностью их продукции. Для этого на третьем участке паротеплового воздействия (ПТВ-3) 32 скважины, расположенные приблизительно равномерно по площади участка, были оборудованы устройствами для измерения в реальном времени дебита жидкости и обводненности продукции.

В четырех скважинах последовательно были произведены серии взрывов. Вес зарядов — от 17 до 88,4 кг. Изменение среднего дебита скважин, оборудованных заметными устройствами, в течение четырех месяцев, предшествовавших воздействию энергией взрывов, и последующих четырех месяцев представлено на рис. 6. Причем увеличение дебита нефти произошло не за счет интенсификации добычи, а исключительно за счет дополнительного вовлечения в фильтрационный поток к добывающим скважинам ранее неподвижной нефти. Об этом свидетельствует тот факт, что добыча жидкости после воздействия на залежь не возросла.

Средняя исходная величина обводненности продукции добывающих скважин на участках эксперимента составляла, соответственно, 90%, 88,2 и 80%.

Четвертый широкомасштабный эксперимент был проведен в пределах залежи пласта Б-1 на Багряжском участке Ново-Елховского нефтяного месторождения в Татарстане.

Вязкость нефти в пластовых условиях — 19,5 мПас. Средняя величина обводненности продукции добывающих скважин за 3 месяца до проведения эксперимента составляла 90,1%, средний дебит жидкости — 91,4 м в сутки, а средний дебит нефти — 3,1 т в сутки. На дату проведения эксперимента действующими были 23 добывающие скважины. За три месяца после производства взрывов средний дебит нефти в целом по участку возрос на 0,375 т в сутки, или на 12,3%.

Затраты на производство работ, включая стоимость взрывчатых материалов, на разных участках колебались от $2 до 4 на 1 т дополнительно добытой нефти.

Полная или частичная перепечатка материалов - только разрешения администрации!