Циклическое воздействие на неоднородные нефтяные пласты

Технология циклического заводнения нефтяных пластов по сравнению с другими методами увеличения нефтеотдачи является на сегодня наиболее полно изученным и широко применяемым на промыслах. Успешному внедрению метода способствовали исследования [1,2,3,4,5,6] таких учёных, как Сургучёв, Огаджанянц В.Г., Боксерман А.А., Цинкова О.Э, Шарбатова И.Н., Шалимов Б.В. и др. Метод отличается простотой, возможностью его использования в широком диапазоне пластовых условий при высокой экономической эффективности.

Анализ разработки нефтяных месторождений показал, что при периодическом изменении режимов закачки и отборов жидкостей не только увеличиваются темпы отбора нефти, но и значительно уменьшается обводненность извлекаемой продукции. М.Л. Сургучев объяснил это тем, что периодическое заводнение неоднородных пластов способствует перетоку воды из высокопроницаемых в малопроницаемые зоны, увеличивая охват залежи заводнением. Еще в 1959 г. им впервые разработан метод циклического воздействия на пласт. Это способствовало развитию методов предупреждения обводнения скважин регулированием разработки залежи путем частичного или полного изменения системы воздействия.

Подавляющая часть нефтяных месторождений России является многопластовыми. При этом нефтенасыщенные пласты, слагающие продуктивную часть залежи, неоднородны по своим коллекторским свойствам. Это осложняет разработку месторождений, особенно тех из них, продуктивная часть которых вскрыта единой сеткой скважин. При решении вопроса о выборе рациональной системы разработки многопластовых месторождений, одной из важных задач становится учёт гидродинамической связи между пластами и слоями неоднородного по толщине горизонта (пласта). Такая связь между пластами (слоями) реализуется в результате следующих видов перетоков:

• •    капиллярной пропитки водой, проникающей из более проницаемых частей пласта (слоя) в менее проницаемые;

• •    гравитационного оседания воды, поступающей из хорошо проницаемых пластов в нижележащие плохо проницаемые;

• •    перетекания жидкости из слоя в слой вследствие гидродинамических градиентов давления.

Все указанные виды перетоков между пластами (слоями) способствуют перемещению воды в малопроницаемые, а нефти – в высокопроницаемые слои, то есть повышению охвата пластов заводнением и, как следствие этого, интенсификации добычи нефти, увеличению нефтеотдачи пластов.

При нестационарном режиме заводнения пластов принят следующий механизм обмена жидкостью между зонами разной проницаемости.

При быстром повышении давления на линии нагнетания между неизолированными заводненной и нефтенасыщенной зонами пласта создаётся градиент давления и, в результате упругого сжатия произойдёт внедрение определённого количества жидкости из высокопроницаемой водонасыщенной зоны в нефтенасыщенную малопроницаемую зону. В результате этого произойдет некоторое перераспределение нефтенасыщенности, вода заполнит мелкие поры пласта, вытеснив оттуда нефть.

При создании перепада давления противоположного знака, часть внедрённой в низкопроницаемую зону воды будет капиллярно удерживаться в мелких порах, а нефть из низкопроницаемой зоны поступит в зону с высокой проницаемостью, то есть произойдёт изменение фазового состава жидкости.

Таким образом, последовательное периодическое изменение перепадов давления между слоями (пластами) разной проницаемости по величине и направлению приводит к частичному обмену фаз – перемещение воды в малопроницаемую, а нефти – в высокопроницаемую зону. При этом, чем выше амплитуда создаваемых перепадов давлений, чем полнее капиллярные удерживания воды в малопроницаемой зоне, чем шире гидродинамическая связь между зонами, тем сильнее проявляется эффект переноса нефти в зону активного вытеснения.

Искусственное создание мощных периодических пульсаций пластового давления может обеспечить необходимые межслойные (межпластовые) перепады давления и, тем самым, вовлечение в активную зону малопроницаемых пропластков, целиков, не вовлеченных в разработку при обычной технологии заводнения. Именно в создании таких периодических колебаний пластовой системы путём изменения давления на линии нагнетания и отбора, обеспечивающих интенсивное перемещение нефти из низкопроницаемых зон в зоны активного дренирования, и заключается сущность технологии циклического заводнения.

Областью применения данного метода являются месторождения, удовлетворяющие следующим условиям:

• •    наличие маловязких нефтей;

• •    наличие мощных слоисто-неоднородных пластов, обладающих хорошей гидродинамической связью между прослоями;

• •    коллектора обладают гидрофильностью, способствующей удержанию воды, внедряемой в малопроницаемые зоны;

• •    достаточно упругим запасом системы пласт-жидкость и рядом других свойств.

Техника реализации технологии. Практическое внедрение технологии предполагает, что каждая из нагнетательных и добывающих скважин месторождения (участка) работает в режиме периодического изменения забойного давления, осуществляемого путём изменения расхода нагнетаемой в пласт воды и отбора нефти. При этом суммарная закачка воды в любой момент времени должна быть близка к соответствующей закачке воды при обычном стационарном заводнении. В течение первой половины цикла в пласт закачивается воды в два раза больше по сравнению со средней величиной закачки воды при стационарном режиме, затем во второй половине цикла объём закачки воды снижается до нуля.

На месторождении создают ряд участков – блоков циклического воздействия. При рядной системе заводнения в одном блоке располагают от 5 до 10 скважин. При этом кустовая насосная станция работает в стационарном режиме при постоянном расходе и давлении, но закачка воды при этом осуществляется по блокам периодически.

В идеальном случае технологии циклического заводнения в таком же периодическом режиме должны работать и добывающие скважины, но из-за трудностей производственного характера добывающие скважины могут работать только в постоянном режиме.

При площадной системе разработки возможны самые разнообразные варианты организации циклического воздействия. При этом выбор местоположения и количества нагнетательных скважин определяется путём сравнения технико-экономических показателей разработки при различных вариантах расположения нагнетательных и добывающих скважин.

При этом основные принципы усовершенствованного циклического заводнения изложены в качестве основ интегрированной системной технологии интенсификации добычи нефти и увеличения нефтеотдачи пластов. Наибольший интерес представляют следующие положения названной технологии, изложенные в трудах А.Т. Горбунова, А.А. Боксермана, Х. Х. Гумерского и др.

• 1.    Рекомендуется производить временные остановки добывающих скважин с высокой степенью обводненности. Такие остановки улучшают условия изменения сформировавшихся в пласте потоков и могут производиться в зависимости от поставленных целей на стадии, как падения пластового давления, так и его повышения.

• 2.    Колебания пластового давления предусматривается сопровождать водоизоляционными работами или работами по интенсификации добычи нефти из добывающих скважин. Водоизоляционные работы на нагнетательных скважинах

• 3.    К периодам повышения пластового давления предусмотрено приурочить работы по интенсификации добычи нефти в добывающих скважинах. В период повышения пластового давления в скважинах возникают условия перетока из высокопроницаемых прослоев в низкопроницаемые. Если в этот период в добывающие скважины закачивать материалы, уменьшающие фильтрационные сопротивления (ПАВ, композиции и т.д.), то они адресно попадут в основном в низкопроницаемые прослои.

целесообразно производить на стадии падения пластового давления, когда в скважине создаются условия для перетока жидкостей из низкопроницаемых пропластков в высокопроницаемые. Это означает, что, если в этот период закачивать в скважину водоизоляционный материал, то он в основном попадает в высокопроницаемые пропластки. Наиболее эффективно эти работы проводить во второй половине периода падения пластового давления, когда разница давлений в пластах максимальна. Кроме того, если прекратить закачку водоизоляционного материала до окончания падения пластового давления, то создадутся условия перетока водоизоляционных материалов в высокопроницаемые пропластки из низкопроницаемых, если они в них попали. Очевидно, что описанную процедуру на стадии падения пластового давления целесообразно производить и на высокообводненных добывающих скважинах.

Положительное в методе циклического воздействия – это возможность его внедрения с другими методами, например, перемены направления фильтрационных потоков, повышенных давлений нагнетания, заводнения с ПАВ и др [6,7].

Практикой установлено, что метод перемен направлений фильтрационных потоков улучшает охват пласта заводнением по площади. При изменении линий тока по площади участки, не охваченные заводнением, вовлекаются в разработку линиями тока нового направления. Сочетание циклического воздействия с переменой направлений фильтрационных потоков позволяет повысить охват пластов заводнением как по мощности, так и по площади. При этом перемена направлений фильтрационного потока, в зависимости от расположения нагнетательных скважин и принятой технологии процесса, может совпадать по времени с периодами цикла, с различным поворотом тока, например, на 900 , при пятиточечной системе размещения скважин. В случае семиточечной системы, осуществляя в течение полуцикла интенсивное нагнетание воды в три расположенные через одну скважины, а в течение второй половины цикла - в три другие скважины, можно получить сочетание циклического заводнения с поворотом потока на 600. При девятиточечной системе расположения скважин возможен поворот потока на 450.

Циклическое заводнение при повышенных давлениях нагнетания позволяет улучшить охват пластов воздействием путём взаимодействия нелинейности процесса с его периодичностью и, следовательно, повысить нефтеотдачу пластов.