Файл: Справочное руководство по проектированию разработки и эксплуатации нефтяных месторождений. Проектирование разработки.pdf

и стадии разработки месторождения; экономических параметров (стоимости 1 т

агента, цены на нефть и др.).

Для каждого конкретного месторождения существует свой оптимальный объем оторочки, при котором применение агента наиболее эффективно. Для любого метода с увеличением объема оторочки увеличивается прирост нефте­ отдачи за счет метода. Однако прирост добычи нефти на тонну закачанного агента вначале растет, а затем после достижения максимального значения снижается.

В процессе опытно-промышленных работ в СССР концентрация раствора ПАВ неионогенного изменяется от 0,02 до 0,1 %. Для Арланского месторожде­ ния, например, концентрация принята равной 0,05 %, для Самотлорского место­ рождения, когда породы пласта сложены полимиктовыми коллекторами, кон­ центрация ПАВ принимается более повышенной — 0,075—0,1 %.

Объем оторочки принимается равным 0,5—1 от объема пор дренируемой части пласта.

Объем оторочки растворов полимера изменяется от 0,1 до 0,5 от объема пор пласта. Концентрация полимера во многом зависит от типа полимера. Например, для полиакриламида эта концентрация может изменяться от 0,01 до 0,3 %.

Для вытеснения активных нефтей используют раствор каустической или кальцинированной соды концентрацией, принимаемой из условия достижения минимального значения поверхностного натяжения на границе фаз нефть — раствор щелочи, с учетом расхода щелочи на адсорбцию в породе пласта и на взаимодействие с солями в пластовой воде. Для различных условий эта кон­ центрация может изменяться в широких пределах — от 0,05 до 1—5 %. При рав­ ных физико-геологических условиях для достижения одного и того же эффекта концентрация раствора кальцинированной соды должна быть в два раза больше концентрации раствора каустической .соды. Раствор каустической или каль­ цинированной соды приготовляют на пресной воде с небольшим содержанием солей кальция и магния.

Объем оторочки раствора щелочи принимается равным от 0,1 до 0,5 объема пор дренируемого скважинами пласта в зависимости от степени неоднородности и состава пород пласта, от состава пластовой воды и нефти. Исследованиями уста­ новлено, что поваренная соль, содержащаяся в воде, способствует существенному снижению минимальной концентрации каустической соды, необходимой для по­ нижения поверхностного натяжения на границе фаз нефть — раствор каусти­ ческой соды до требуемого уровня. Учитывая это, необходимо применять новую модификацию метода щелочного заводнения — метод вытеснения нефти с при­ менением раствора каустической соды с поваренной солью.

Концентрацию раствора каустической соды и поваренной соли определяют, исходя из необходимости снижения поверхностного натяжения на границе фаз нефть — раствор (до 0,01 мН/м и менее) идостижения минимума затрат на реали­ зацию процесса. Объем такой оторочки составляет 0,1—0,5 от объема пор пласта.

Для разработки месторождений с малоактивными нефтями нельзя рассчи­ тывать на резкое увеличение коэффициента нефтевытеснения при обычном щелоч­ ном заводнении. В данном случае для увеличения нефтеотдачи пласта необхо­ димо усилить процесс эмульгирования нефти на фронте вытеснения. Этому спо­ собствует силикат натрия. Применение раствора каустической соды с силикатом натрия позволяет увеличить нефтеотдачу пласта (особенно неоднородного) в основ­ ном за счет увеличения охвата пласта воздействием высоковязкой устойчивой эмульсии.

Концентрация раствора может колебаться по силикату натрия от 0,05 до 2 %, а по каустической соде от 0,05 до 0,5 % и более. Возможно формирование «ступенчатой» по концентрации агентов оторочки раствора. Первая часть ото­ рочки принимается с повышенной концентрацией агентов. Предполагается, что «ступенчатая» конструкция оторочки более эффективна.

Технология использования мицеллярных растворов

По этой технологии в нефтяной пласт последовательно нагнетают различные оторочки растворов химреагентов, из которых основная — оторочка мицелляр­ ного раствора и водного раствора полимера.

302

Последовательность закачки оторочек химических реагентов следующая: предото.рочка (20 % от объема пор дренируемой части пласта), оторочка мицел­ лярного раствора (5—10 % от объема пор пласта), буферная оторочка из поли­ мерного раствора (40—100 % от объема пор). Вслед за буферной оторочкой вплоть до окончания испытания или внедрения метода закачивается техни­ ческая вода. Общий объем закачиваемых агентов составляет 1,5—2,0 объема пор.

Предоторочка, применяемая для подготовки пласта к закачке мицеллярного раствора, понижает концентрацию двухвалентных ионов (особенно кальция и магния) в пластовой воде и в обменном комплексе минералов, способствуя сохранению свойств мицеллярного раствора. Получают ее при добавлении в воду поваренной соли. Вода можетбытьтехническая или специально умягченная щелоч­ ными растворами. Концентрация поваренной соли может изменяться от Одо 2 %.

Оторочка полимерного раствора закачивается как буферная, предохраня­ ющая размывание оторочки мицеллярного раствора. Вязкость полимерного раствора на контакте с мицеллярным раствором выбирается таким образом, чтобы вязкости или коэффициенты подвижности при этом были равными. Для экономии полимера проектируется «ступенчатая» оторочка раствора полимера, уменьшается концентрация раствора полимера от максимальной на контакте с оторочкой мицеллярного раствора до нулевой концентрации на контакте с про­ талкивающей водой (пресной, пластовой или морской).

Предложено несколько модификаций технологии использования мицелляр­ ных растворов.

Первая модификация — закачка углеводородных мицеллярных растворов, а технология общая.

Вторая модификация — закачка многоводных мицеллярных растворов с не­ большим содержанием углеводородной основы (керосина и др.) — около 10—20 %.

Третья модификация метода: исследования фазового поведения мицелляр­ ного раствора показали, что при смешивании его с водой, раствором полимера и нефтью в ряде случаев изменяется соотношение количества водной и углеводо­ родной фаз в них. Однако при этом сульфонаты не переходят в водную фазу и нефть.

При смешивании мицеллярного раствора с водой происходит перераспре­ деление изопропилового спирта (содетергента) между водной фазой мицелляр­ ного раствора и контактирующей с ним водой, что может существенно повлиять на свойства мицеллярного раствора. Последний может разложиться, рассло­ иться. В связи с этим в предоторочку и, в первую порцию, раствора полимера добавляется изопропиловый спирт в концентрации, равной его концентрации в мицеллярном растворе. Цель применения такой технологии мицеллярного заводнения — создание благоприятных условий для сохранения целостности оторочки мицеллярного раствора.

Вытеснение нефти серной кислотой

Нефтяная промышленность использует в основном сернокислотные отходы нефтеперерабатывающих заводов — алкилированную серную кислоту (АСК). Ее состав: 10—13 % сульфокислот со средней молекулярной массой 258, 5—7 % смолисто-масляных веществ и 80—85 % серной кислоты. Вязкость АСК соста­ вляет 46 мПа-с.

Технология метода несложная. У нагнетательной скважины в емкостях накапливается АСК в объеме, необходимом для образования 0,1—0,3 % от объ­ ема пор обрабатываемого участка пласта (500—2000 м:1). Затем насосами вся кис­ лота единовременно закачивается в пласт, после чего нагнетательная скважина подключается к общей системе заводнения. В дальнейшем обработанная серной кислотой скважина эксплуатируется на тех же режимах, что и остальные нагне­ тательные скважины месторождения.

Вытеснение нефти двуокисью углерода

Двуокись углерода закачивают во внутриконтурные нагнетательные сква­ жины в следующих видах:

|) йодного раствора заданной концентрации (карбонизированная вода);

303

2) оторочки жидкой пли газообразной двуокиси углерода;

ные исследования показывают, что карбонизированная, вода быстро обедняется и вытеснение нефти происходит практически обычной водой.

Вторая технология более эффективная, но в неоднородном коллекторе при вытеснении нефти происходят прорывы двуокиси углерода в добывающие сква­ жины. Во избежание этого производится периодическая закачка воды и дву­ окиси углерода малыми порциями, примерно равными по объему в пластовых условиях (третья технология применения метода).

При периодической многократной закачке воды и двуокиси углерода пласт равномерно охватывается воздействием, в результате чего появляются возмож­ ности маневрирования процессом закачки двуокиси углерода.

Объем оторочки в пересчете на 100 %-ную концентрацию двуокиси углерода принимается от 0,1 до 0,2 (реже до 0,3) объемов от объема пор дренируемой части пласта.

§ 9. КОНТРОЛЬ ЗА ОСУЩЕСТВЛЕНИЕМ ОПЫТНО-ПРОМЫШЛЕННЫХ РАБОТ ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ МЕТОДА

Для определения эффективности реализации рассмотренных методов вы­ теснения нефти и для контроля за процессом разработки до начала и в процессе закачки агента проводят комплекс геолого-промысловых, геофизических, гидро­ динамических и физико-химических исследований нагнетательных, добывающих, наблюдательных, оценочных скважин.

На опытном участке выбирают опорные (наблюдательные), нагнетательные и добывающие скважины, по которым выполняют полный комплекс исследований. Опорные скважины размещаются на участке равномерно.

Объем и виды промысловых и лабораторных исследований до и после начала опытно-промышленных работ предусматриваются технологической схемой или программой испытания и внедрения методов в зависимости от применяемого спо­ соба повышения нефтеотдачи пластов.

В общем случае до начала и в ходе проведения опытно-промышленных работ необходимо выполнить следующие исследовательские работы:

геофизические исследования по вновь пробуренным и контрольным скважи­ нам (стандартный промыслово-геофизический комплекс, применяемый на данном месторождении, включая электрические, радиоактивные, термические, магнит­ ные и другие виды исследований);

гидродинамические исследования (снятие индикаторных линий и кривых восстановления и падения давления, гидропрослушивание, снятие профилей приемистости и притока, замеры дебитов нефти и воды и приемистости нагнета­ тельных скважин, а также устьевого, забойного и пластового давлений).

Экономическая эффективность от применения метода определяется по сле­ дующим показателям (также по сравнению с базовым вариантом): по себесто­ имости добычи нефти, по удельным капитальным вложениям, по приведенным затратам на добычу нефти и по экономическому эффекту от внедрения метода.

ГЛАВА XV

ТЕРМОГИДРОДИНАМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ РАЗРАБОТКИ НЕФТЯНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ПРИ НЕИЗОТЕРМИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ ФИЛЬТРАЦИИ

Изменение температуры в продуктивных пластах может происходить вслед­ ствие различных причин и условий в зависимости от характера фильтрации природных флюидов в пористой среде и вида искусственного теплового воздей*

304

ствия на продуктивные коллекторы в процессе применения той или иной техно­ логии разработки.

Термогидродинамическнй режим, возникающий в продуктивных пластах, обуславливается, следовательно, физико-химическими процессами, протека­ ющими при фильтрации, и внешним тепловым воздействием на коллектор.

Можно выделить три основные группы причин, приводящих к нензотермическим условиям фильтрации.

1.Действие термодинамических эффектов при движении пластовых флюидов

впористой среде:

термодинамический эффект Джоуля — Томсона (дроссельный эффект); термодинамический эффект адиабатического расширения;

температурный эффект фазовых превращений (при выделении растворенного газа, кристаллизации парафина и др.).

2. Нагнетание в пласты различных вытеснителей с температурой, отличной от начальной пластовой, для поддержания пластового давления и вытеснения нефти к добывающим скважинам:

обычной холодной воды с температурой ниже начальной пластовой, Тх < Т0; горячей воды с температурой выше пластовой, Тг> 70; пара или пароводяной смеси, Тп > Т0;

3. Осуществление различных термохимических окислительных процессов и реакций, в результате чего происходит генерация тепла в продуктивных кол­ лекторах и в призабойных зонах скважин:

внутрипластовое горение; экзотермические кислотно-магниевые реакции при обработках пластов и др.

При разработке месторождений возникают различные сочетания и комби­ нации указанных процессов, что приводит к неизотермическнм условиям филь­ трации.

Температурные изменения могут происходить в различных областях — от небольших зон до значительных разрабатываемых залежей и месторождений. Последнее характерно для случая нагнетания в пласты больших объемов холод­ ной и горячей воды при заводнении или нагнетании пара и при внутрипластовом горении.

При воздействии на основные фильтрационные параметры — вязкость флю­ идов, капиллярные силы, реологические свойства движущихся агентов, силы адгезии (обусловливающие прилипание и сцепление частиц) — изменяются коэффициенты вытеснения, фазовые проницаемости и т. д., в связи с чем темпе­ ратурный фактор существенно влияет как на текущую фильтрацию, так и на конечную нефтеотдачу.

Вразличных условиях указанный фактор проявляется по-разному, в связи

счем в каждом конкретном случае необходимо выполнять термогпдродинамические расчеты по их количественной оценке. Учет влияния неизотермическнх условий на показатели разработки — важный элемент в современном проекти­ ровании разработки нефтяных и нефтегазовых месторождений.

§ 1. ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЕ УРАВНЕНИЯ РАВНОВЕСНОЙ НЕИЗОТЕРМИЧЕСКОЙ ФИЛЬТРАЦИИ МНОГОФАЗНОЙ ЖИДКОСТИ

Теория неизотермической фильтрации упругих жидкостей -в деформируемом коллекторе базируется на предположении, что при равновесных условиях тепло­ обменный процесс проходит как бы через цепочку равновесных состояний. При этом тепловое взаимодействие между прилегающими элементарными макрообъ­ емами подчиняется законам теплопроводного и конвективного теплопереноса. Это упрощает построение основных количественных термогидродинамических зависимостей, лежащих в основе расчетных формул.

Ниже приведена общая система дифференциальных уравнений неизотерми­ ческой фильтрации многофазного упругого потока (п — фаз; j = 1,2, ..., п) в упругом коллекторе. При этом считаем, что плотности фаз и скелета коллектора зависят от температуры и давления. Рассматриваем обобщенный закон Дарси, учитывающий влияние структурно-механических свойств (начального градиента

305