Влияние минерализации пластовых вод на проницаемость и нефтеотдачу коллекторов

Остаточные или неизвлекаемые промышленно-освоенными методами разработки запасы нефти достигают в среднем 55-75% от первоначальных геологических запасов нефти. Остаточная низкая нефтенасыщенность пластов требует применения методов увеличения нефтеотдачи (МУН), эффективно воздействующих на нефть, рассеянную в заводненных или загазованных зонах пластов, на оставшиеся с высокой текущей нефтетасыщенно-стью слабопроницаемые слои и пропластки в монолитных заводненных пластах, а также на обособленные линзы и зоны пласта, не охваченные дренированием при существующей системе добычи. Наиболее распространено на территории РФ применения химических МУН (табл. 1), таких как использование поверхностно активных веществ (ПАВ) и щелочей, наносящих определенный урон окружающей среде, негативно воздействуя на почвы и грунтовые воды [1]. Поэтому важной задачей является изыскание новых эффективных и экологически безопасных способов увеличения нефтеотдачи.

Нефтенасыщенные пласты представлены пористыми материалами с различными размерами пор, поровых каналов и вещественными составами пород, определяющими особенности взаимодействия пластовых и закачиваемых флюидов с породой.

Огромный вклад в изучение влияния минерализации закачиваемой воды внес отечественный ученый А.Я. Хавкин. В его работе [2] утверждается, что вытеснение нефти из нефтяных залежей в добывающие скважины является не механическим процессом замещения нефти вытесняющей ее водой, а сложным физико-химическим процессом, при котором определяющую роль играют явления ионнообмена между пластовыми и закачиваемыми флюидами с породой.

Согласно А.Я. Хавкину, макропараметры нефте-вытеснения определяются величиной капиллярного гистерезиса в системе «нефть-вода-порода». Величина капиллярного гистерезиса зависит от смачивающих свойств поверхности пород, определяемых зарядовыми взаимодействиями, определяющими распределение фаз в поровом пространстве при различных компонентном и ионном составах фаз, особенности фильтрации воды, нефти и газа, поведения глин, образования газогидратов [3].

Основные осложнения при заводнении пласта пресной водой [4, 5] связаны с набуханием глин, опреснением пластовых вод, приводящим к образованию гипсовых отложений, созданием комфортных условий для сульфатвосстанавливающих бактерий.

Анализ литературных источников показывает, что смачиваемость внутрипоровой поверхности пород-коллекторов непосредственно влияет на эффективность практически всех известных технологий разработки месторождений углеводородного сырья с использованием заводнения.

Добыча нефти за счет МУН в 2008 году

Таблица 1

На сегодняшний день существуют различные способы определения смачиваемости пород: измерение контактного угла методом неподвижной капли, метод пластин Вильгелми, метод Амотта, метод USBM (метод Горного бюро США), адсорбционный низкотемпературный метод БЭТ, ЯМР, метод относительных фазовых проницаемостей, изотермической сушки, удельной теплоты смачивания и метод по ОСТ 39-180-85 [6].

В 1990 г. сотрудниками Вайомингского университета были представлены положительные результаты влияния закачки низкоминерализованной воды (англ. Low Salinity Waterflooding), c концентрацией менее 5 кг/т, на увеличение нефтеотдачи песчаных и карбонатных пластов [7].

В 1996 г. Yildiz H.O. и Morrow N.R. провели исследования [8] эффективности нефтеотдачи при заводнении образцов грунтов, насыщенных нефтью, водой различной степени минерализации. Опыты показали, что использование низкоминерализованной воды позволяет существенно увеличить добычу нефти по сравнению с высокоминерализованной. Основной проблемой использования низкоминеральной воды заключается в том, что механизм её действия на пласт до сих пор окончательно не выяснен [9]. В некоторых статьях отмечается отсутствие положительного эффекта от закачки низкоминерализованной воды. В 2005 г. M.M. Sharma и P.R. Filoco отметили отсутствие повышения относительной проницаемости и возможной связи закачки низкоминерализованного раствора с увеличением смачиваемости породы [10]. На сегодняшний день выделяют несколько причины роста нефтеотдачи за счет низкоминерализованного заводнения. Более того, некоторые исследователи указывают на комплексность причин, среди которых выделяют следующие:

• •    Рост pH. В статье [11] показано, что рост показателя pH снижает поверхностное натяжение фаз, что приводит к увеличению коэффициента вытеснения. Рост показателя pH происходит при закачке пресной воды, которая имеет более высокий pH, чем пластовая вода. Позже в статье [12] показано, что ощутимые результаты могут быть получены при pH ≥ 10, что в нефтегазовых пластах не может быть реализуемо вследствие растворённого в воде CO 2 ,

который в водном растворе образует слабую нестабильную кислоту H 2 CO 3 , нейтрализующую раствор.

• •    Ионный обмен. В работе [13] показано, что полярные компоненты нефти связаны с отрицательно заряженной поверхностью глин. При закачке раствора электролита происходит замещение полярных компонентов нефти ионами большей электрохимической активности, вынося полярные компоненты нефти в поток.

• •    Дезагрегация глинистых минералов. В статье [14] показано, что в процессе закачки пресной воды происходит отрыв и миграция частиц глинистого материала, на котором адсорбированы полярные компоненты нефти.

• •    Влияние двойного электрического слоя. Зафиксировано, что закачка пресной воды ведет к росту дзета-потенциала двойного электрического слоя, что в свою очередь приводит к снижению скорости фильтрации (росту эффективной вязкости).

Таким образом, регулирование минерализации закачиваемой воды и активности глинистых минералов в призабойных зонах скважин может привести к существенному повышению эффективности отборов нефти из глиносодержащих коллекторов, а для контроля за разработкой таких объектов необходимо осуществлять ежемесячный анализ состава закачиваемой и попутной воды. На данном этапе, не смотря на достигнутые успехи за рубежом, в России плановые мероприятия по применению метода низкоминерализованного заводнения не проводились. Так как при низкоминерализованном заводнении в пластовую воду не вносятся инородные химические элементы, в отличие от химических методов увеличения нефтеотдачи, данный метод можно считать экологически безопасным. Метод низкоминерализованного заводнения может быть применен в дальнейшем для месторождений Западной Сибири.