Особенности лабораторного моделирования процессов вытеснения нефти азотом при нестационарном режиме фильтрации

На сегодняшний день средняя конечная нефтеотдача пластов по различным регионам России составляет до 40%, а остаточные или неизвлекаемые запасы нефти достигают в среднем 55–75% от первоначальных геологических запасов нефти в недрах. Одним из основных и эффективных методов увеличения нефтеотдачи является ВГВ. При данной технологии в качестве вытесняющих агентов применяют углекислый газ, воздух, азот, углеводородный газ.

В данной работе представлены результаты лабораторного моделирования ВГ воздействия на породах пласта ЮС 2 с использованием азота.

Исследования проведены на лабораторной установке, предназначенной для определения относительной фазовой проницаемости (ОФП) методом стационарной (установившейся) фильтрации и нестационарной фильтрации (метод вытеснения). Использование этой установки позволяет получить не только значение остаточной нефте-насыщенности, но и рассчитать значения относительных фазовых проницаемостей, которые всесторонне описывают фильтрационные процессы, происходящие в пласте.

В связи с низкими фильтрационными характеристиками изучаемых коллекторов применялся метод вытеснения, поскольку любое совместное течение нефти, газа и воды приводило к появлению аномально высоких градиентов давлений (в некоторых случаях значительно превышающих пластовые), которые не позволяет поддерживать используемое оборудование. Преимущество метода вытеснения проявляется в том, что он эффективен для моделирования фильтрации в низкопроницаемых коллекторах (менее 10 мДарси).

Методика проведения экспериментальных исследований трёхфазной фильтрации методом вытеснения подробно представлена в работах таких авторов, как Х. Велдж [3] и рассмотрена применительно к коллекторам Западной Сибири С.А. Кундиным и И.Ф. Курановым [4].

Известно, что наиболее характерные породы пластов ЮС2 представлены низкими фильтрационными характеристиками, тем не менее в них концентрируются основные запасы углеводородов. Поэтому при выборе образцов керна для проведения исследований отбирались породы с проницаемостями до 10 мДарси. Измерения выполнялись поэтапно на составной колонке керна.

Проводимые эксперименты состояли из следующих этапов:

• -    Определение проницаемости по газу при его 100%-ной фильтрации через колонку кернов.

• -    Определение проницаемости по воде при 100%-ном насыщении колонки образцов водой.

• -    Определение фазовой проницаемости по газу при вытеснении воды.

• -    Вытеснение воды нефтью до полного прекращения движения воды.

• -    Вытеснение нефти газом до полного прекращения движения нефти.

• -    Вытеснение нефти водой до полного прекращения движения нефти

• -    Вытеснение остаточной нефти и воды газом.

Расчёт насыщенности проводился по всей длине колонки образцов рентгеновским методом. Каждая колонка составлялась таким образом, чтобы у каждого последующего образца в колонке проницаемость была ниже, чем у предыдущего. Лабораторные исследования проводились согласно существующему ОСТу [2]. Исследования проведены на составной колонке образцов, отобранных из пласта ЮС 2¹ одного из месторождений Западной Сибири. Породы представлены уплотнённым, мелко- и среднезернистым песчаником. Средняя абсолютная проницаемость составной колонки образцов 3,6 мДарси. Средняя пористость Кп=15%. Свойства используемой воды используемой при вытеснении соответствуют свойствам предыдущего эксперимента. Вязкость газа равна – 0,019 сПз. Вязкость нефти в условиях опыта – 1,25 сПз.

Задачей лабораторного исследования являлась оценка газового воздействия и ВГ воздействия, когда нефть вытесняется водой с последующим вытеснением нефти газом.

Результат показал, что при вытеснении нефти газом эффективность ниже, чем при вытеснении водой, насыщенность изменяется от 31 до 53% [1]. Газ в данном случае практически не смешивается с нефтью и, освобождая от нефти наиболее крупные каналы, прорывается через колонку образцов. Для увеличения эффективности воздействия, было необходимо создать высокий градиент давления, превышающий пластовые давления за счёт скорости прокачки газа, но как уже отмечалось ранее, используемое оборудование не позволяет поддерживать такой режим фильтрации. После восстановления начальной нефтенасыщенности была проведена оценка ВГ воздействия. Сравнение эффективности этого вида вытеснения представлено для каждого из образцов колонки на рис. 1.

Рис. 1. Динамика нефтенасыщенности от объемов воды и азота прокаченных через модель пласта ЮС₂¹

Рис. 2. Коэффициенты вытеснения на различных этапах.

Характер изменения нефтенасыщенности зависит от абсолютной проницаемости образцов. Коэффициент вытеснения для воды несколько выше и составляет 34-60%. При фильтрации газа на последнем этапе эксперимента коэффициент вытеснения нефти значительно увеличивается и составляет 70-77% (рис. 2). При растворении азота в нефти происходит увеличение объема нефти (набухание), что приводит к повышению насыщенности порового пространства углеводородной фазой и к увеличению относительной проницаемости по нефти.

Результаты проведенных экспериментов показали, что последующая закачка азота после вытеснения нефти водой позволяет эффективно вытеснять остаточную нефть, увеличивая коэффициент вытеснения на 17-36%, соответственно увеличивая КИН.

Закачка в пласт азота обладает рядом достоинств, позволяющих считать его перспективным методом увеличения нефтеотдачи, главное из которых – дешевизна и доступность.