автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.06, диссертация на тему:Изучение процессов, происходящих при переформировании нефтяной залежи на заключительной стадии разработки

.. На правах рукописи

; \ и 0."»

ДЬЯЧУК ИВАН АЛЕКСЕЕВИЧ

ИЗУЧЕНИЕ ПРОЦЕССОВ, ПРОИСХОДЯЩИХ ПРИ

ПЕРЕФОРМИРОВАНИИ НЕФТЯНОЙ ЗАЛЕЖИ НА ЗАКЛЮЧИТЕЛЬНОЙ СТАДИИ РАЗРАБОТКИ

СПЕЦИАЛЬНОСТЬ 05.15.06 - Разработка и эксплуатация

нефтяных и газовых месторождений

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

УФА - 1997

Работа выполнена в Уфимском Государственном Нефтяном Техническом Университете (УГНТУ).

Научный руководитель: доктор геолого-минералогических наук, профессор Токарев М.А.

Научный консультант: кандидат технических наук, доцент Гафаров Ш.Л.

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук, профессор Саяхов Н.Л.

кандидат технических наук, старший научный сотрудник Гафуров О.Г.

Ведущая организация: ОАО "Юганскнефтегаз"

Защита состоится 29 декабря 1997 г. в 10 часов на заседании диссертационного совета Д 063.09.02 в УГНТУ

по адресу: 450062, г. Уфа, ул. Космонавтов, д. 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке УГНТУ. Автореферат разослан иояБря 1997 г.

Учёный секретарь диссертационного совета, доктор физико-математических наук, профессор

Р.Н. Бахтизин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Подавляющее большинство нефтяных месторождений России и ближнего зарубежья (90%) разрабатываются с применением жёстко-водонапорного режима эксплуатации, который предполагает закачку вытесняющего агента в продуктивный пласт и способствует продвижению нефти к забоям эксплуатационных скважин. В процессе выработки нефтяного месторождения происходит постепенная замена подвижной части нефти на вытесняющий агент. Благодаря этому, жёстко-водонапорный режим эксплуатации позволяет поддерживать пластовое давление на заданном уровне и обеспечивает нормальные условия работы глубипно-насоссного оборудования, а это, в свою очередь, обуславливает высокие темпы отбора жидкости из продуктивного горизонта.

Но, несмотря на очевидные преимущества этого способа для безводного периода эксплуатации залежи, во времени эффективность его применения снижается. Процесс обводнения добывающего фонда скважин становится каскадным и достигает 90 и более процентов, при этом дальнейшая добыча нефти становится нерентабельной. Попытки усовершенствовать или модернизировать существующие системные подходы не всегда оказывались успешными, из-за отсутствия в настоящее время чётких представлений о физико-химических свойствах остаточной нефти на микро- и макроуровнях.

Для построения рабочей гипотезы о механизме формирования и извлечения остаточной нефти необходимо ответить на следующие вопросы:

1). Можно ли скелет коллектора рассматривать как улавливающий фильтр в процессе формирования нефтяной залежи и в процессах замещения нефти вытесняющим агентом? При этом необходимо уточнить роль хроматографиче-ских процессов, которые проявляют себя в случае возникновения границы раздела несмешивающихся сред («твёрдая поверхность - жидкость», «жидкость - жидкость» и т.д.) и теснейшим образом связаны с формированием граничных структурированных слоёв за счёт проявления селективной сорбции. При этом необходимо иметь в виду, что при миграции нефти и формировании нефтяной залежи контакт «порода - нефть» привёл к появлению первичных граничных слоёв, а при разработке этой залежи в условиях применения вытесняющего агента происходит формирование вторичных хроматогра-фических слоёв на границе «нефть - вода».

2). Может ли граничный слой "нефть — порода" обладать отличными свойствами от подвижной нефти?

3). Определяют ли размеры поровых каналов или удельная поверхность количество остаточной нефти при прочих равных условиях и почему?

4). Каким образом будут проявлять себя хроматографические процессы на границе "вытесняющий агент - нефть"?

5). Как повлияет на энергетическое состояние пластовой системы непосредственный контакт двух несмешивающихся между собой жидкостей с разной плотностью?

6). Обладает ли остаточная нефть подвижностью, а если обладает, то где эта нефть будет скапливаться и как её извлечь?

Ответы на эти основные вопросы позволят сформулировать требования и методические подходы к условиям разработки на поздних стадиях.

Сведения, накопленные в нефтепромысловом деле, термодинамике, коллоидной химии, физикохимии и в других науках за последние семьдесят лет, позволяют современному исследователю выработать методологию для подробного изучения свойств остаточной нефти и использовать эти знания для уточнения существующих взглядов на механизм нефтеотдачи пластов.

Для объяснения процессов, происходящих в пласте, нами рассмотрены следующие виды остаточной нефти:

1) остаточная нефть в промытой части продуктивного пласта (рис. 1).

2) Остаточная нефть, содержащаяся в пласте в виде "застойных зон", появление которых обусловлено структурно-механическими свойствами самой нефти.

3) Остаточная нефть, содержащаяся в микронеоднородностях кровли продуктивного пласта, сопоставимых с его мощностью.

Рис. 1.

В плоском сечении продуктивного пласта цифрами обозначены:

1 - зёрна породы;

2 - аномальные граничные слои «порода-нефть»;

3 - вторичные аномальные граничные слои, природа которых в основном зависит от свойств нефти и вытесняющего агента;

4 - защемлённые объёмы нефти в проточных поровых каналах за счёт процесса консервации аномальными граничными слоями, имеющими разную физико-химическую характеристику, химический состав и структурные свойства;

5 - капиллярно удержанная нефть.

На заключительной стадии разработки активная нефть в основном извлечена из пласта, а остаточная нефть в промытой части пласта представлена плёночной нефтью на поверхности поровых каналов (адсорбционный структурированный слой толщиной 3-6 мкм), капиллярно удерживаемой нефтью и участками пласта, которые содержат активную нефть, экранированную плёночной нефтью (граничными слоями).

Искусственное внедрение больших объёмов воды в нефтенасыщенный пласт приводит к появлению в нём свободной водной фазы. В результате, в заводнённой части пласта протекают квазистатические процессы, вызывающие возникновение напряжённого состояния в остаточной нефти, за счёт разных значений квазистатических давлений, обусловленных действием гравитационных сил в воде и нефти. Для понимания сути самого процесса, целесообразно рассмотреть упрощённую схему взаимодействия плёнки нефти, смачивающей твёрдую поверхность и вытесняющего агента (рис. 2).

Рис. 2

где Ри = р„*£*{1 - эпюра гидростатических сил, II - белые стрелки,

Р1=Рн*8*'1 - эпюра гидростатических сил, I - чёрные стрелки, рв - плотность воды, рн - плотность нефти, § - ускорение свободного падения, Ь -глубина погружения элементарного объёма нефти под уровень воды.

Из этой схемы видно, что в любой точке границы раздела возникает одинаковое напряжённое состояние, определяемое разницей в плотностях контактирующих фаз. При этом в любой точке плёночной нефти возникает одинаковый градиент давления, который численно равен разнице удельных весов ^гас1Рс = Ар*£). Отсюда следует, что при постоянстве физико-химических свойств граничного слоя скорость течения плёночной нефти не зависит от глубины расположения контакта и является величиной постоянной.

В диссертационной работе показано, что, в большинстве случаев, структурообразующие на молекулярном уровне среды при малых градиентах давления (меньших, чем градиенты, приводящие к разрушению структуры) ведут себя как ньютоновские среды. Причём, подвижность структурированных сред в данном случае на два — три порядка меньше, чем той же жидкости, но с полностью разрушенной структурой.

Из вышесказанного следует, что после вытеснения подвижной нефти, взаимодействие вытесняющего агента и остаточной нефти в гравитационном поле приводит к вертикальной миграции нефти, в результате чего происходит переформирование залежи (регенерация) у кровли продуктивного пласта. При этом удаление пленочной нефти сопровождается увеличением фазовой проницаемости по воде.

Концепция разработки нефтяного месторождения, которая была сформулирована ещё в 1945 году академиком А.П. Крыловым, содержит три основных принципа:

1) разработка месторождения должна обеспечивать нужды региона

сырьём в необходимых количествах;

2) конечный коэффициент нефтеизвлечения должен быть максимальным;

3) себестоимость добываемой нефти должна быть наименьшая (т.е. способ реализации пунктов 1 и 2).

Все эти принципы находятся во взаимном противоречии, и задача сводится к отысканию оптимального решения, которое бы позволило достигнуть благоприятного сочетания принципов.

С целью упрощения задачи рассмотрим её без учета экономической эффективности при прочих равных условиях.

Известно, что коэффициент конечной нефтеотдачи (КИН) может быть найден по известным формулам:

Кк ц. = козш * ксет. * ^выт., (1)

где коХВ. - коэффициент охвата фильтрацией по толщине; ксет. ■ коэффициент охвата фильтрацией по площади; квыт. - коэффициент вытеснения;

^к.н. ОизвлУОгеолоы

(2)

гДе <3Извл." накопленная добыча нефти;

О геолог." известные геологические запасы нефти.

С точки зрения контроля и оптимизации процесса разработки предпочтительнее выглядит формула (1), которая позволяет влиять и вносить необходимые коррективы в процессе разработки.

Следуя этой формуле, извлечение нефти должно проводится в условиях, когда первые два коэффициента были бы близки к единице, а третий бы имел максимальное значение.

Для заключительной стадии разработки нефтяного месторождения задача формулируется иначе:

На заключительной стадии разработки нефтяного месторождения необходимо создать или учесть созданные условия предшествующей разработкой таким образом, чтобы увеличить значения каждого из коэффициентов 0<охп., Ьсет., Кпыт. } с минимальными (энергетическими, временными и др.) затратами.

ЦЕЛЬЮ НАСТОЯЩЕЙ РАБОТЫ является обоснование практических рекомендаций по доразработке нефтесодержащих пластов, которые истощены предшествующей разработкой на жёстко - водонапорном режиме.

ОСНОВНЫМИ ЗАДАЧАМИ исследований явились:

1. Теоретические исследования величины пластовых градиентов давления и их сопоставление:

- гидродинамического (обусловленного разницей давлений на забоях добывающей и нагнетательной скважин);

- гравитационного (возникающего на границе раздела фаз пластовых флюидов в гравитационном поле).

2. Изучение процессов фильтрации аномально-вязкой нефти, обладающей способностью к структурообразованию в объёме, в условиях течения по капилляру и в естественных образцах (керне) продуктивного пласта, характеризующихся различным минералогическим составом (терригенный, карбонатный).

3. Исследование тиксотропного упрочнения аномально-вязкой нефти, обладающей способностью к структурообразованию в объёме и фильтрации нефти в кернах различного минералогического состава в условиях проявления структурно-механических свойств исследуемых нефтей.

4. Исследование величины и изменчивости параметров, характеризующих процесс фильтрации аномально-вязкой нефти от порометрических харак-

теристик породы (распределение диаметров поровых каналов в зависимости от удельной поверхности, от объёма лорового пространства и т.д.).

5. Исследование влияния статического (пластового) давления на процесс фильтрации аномально-вязкой нефти.

6. Исследование подвижности остаточной нефти (плёночной нефти), обладающей структурой, обусловленной избирательной сорбцией компонентов нефти на твёрдой поверхности и водной фазе.

7. Теоретические исследования точности построения структурных карт кровли продуктивного коллектора, в зависимости от плотности сетки скважин.

8. Разработка метода, позволяющего уточнить характер строения кровли продуктивного коллектора, на основе проведения специальных промысловых исследований.

9. Разработка принципов и количественного критерия для форсированного отбора жидкости на скважине с целью выноса скоплений нефти из купольных поднятий, соизмеримых с мощностью пласта.

10. Разработка практических рекомендаций по доразработке нефтяной залежи, находящейся на заключительной стадии эксплуатации.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА

1. Образование граничных структурированных слоев остаточной нефти на границе раздела «порода - нефть», «нефть - вытесняющий агент» и т.д., обусловлено проявлением хроматографических процессов или процессов селективной сорбции.

2. Физико-химические свойства остаточной нефти, находящейся в виде граничных структурированных слоев на границе раздела несмешивающихся фаз, могут отличаться от нефти, из которой они образованы. Подвижность граничных слоёв на два - три порядка меньше подвижности нефти, находящейся в свободном состоянии

3. Остаточная адсорбированная нефть, обладающая структурными свойствами, может двигаться без разрушения структуры, как ньютоновская жидкость, при малых градиентах давления (меньших, чем градиенты, приводящие к разрушению структуры).

4. Процессы фильтрации аномально-вязкой нефти в образцах естественного продуктивного пласта с различным минералогическим составом (кварцевый, карбонатный) сопровождаются отклонением от закона Ньютона при малых градиентах давления, меньших, чем те, при которых происходит полное разрушение пространственной структуры в нефти. Полное разрушение пространственной структуры нефти при фильтрации в карбонатных коллекторах происходит при скоростях фильтрации на порядок ниже, чем аналогичные процессы в кварцевых коллекторах.

5. Увеличение пластового давления приводит к упрочнению пространственной структуры в нефти и, как правило, снижает подвижность таких неф-тей.

6. Под действием гравитационного градиента давления, остаточная нефть, обладающая структурными свойствами, находясь в контакте с вытесняющим агентом за счёт процесса релаксации будет мигрировать в вертикальном направлении и аккумулироваться в прикровельной части продуктивного пласта, занимая положения, в которых значение потенциальной энергии минимально. Поэтому в местах локальной изменчивости кровли (микроантиклиналь, выклинивание продуктивных пластов и т.д.) будет происходить накопление остаточной нефти.

7. Для выноса скоплений нефти из микроловушек кровли пласта необходимо создать пластовый градиент давления, равный произведению разности удельных весов нефти и воды на высоту предполагаемого микроподнятия, делённому на длину этой ловушки.

1. Прошёл промысловую проверку способ уточнения представлений о характере залегания кровли продуктивного пласта на основе проведения специальных промысловых исследований, которые заключаются в установлении факта накопления остаточной нефти в полностью обводнённой простаивающей скважине и определения скорости накопления этой нефти в стволе скважины.

2. Предложен способ выработки скоплений остаточной нефти за счёт форсирования режима работы скважины и создания условий для гидродинамической подвижки нефти в микрокупольных поднятиях кровли пласта, размер которых соизмерим с толщиной пласта.

3. Разработаны и приняты рекомендации по совершенствованию системы разработки нефтяных залежей, учитывающие особенности процесса эксплуатации залежи на завершающей стадии разработки.

4. Для вовлечения в разработку микрокупольных поднятий предложен количественный критерий установления форсированного отбора жидкости на скважине с целью увеличения выработки нефтенасыщенного пласта

где йгас1Р - величена градиента давления, которую надо создать для гарантированного выноса нефти из купольного поднятия; Ар — разность плотностей воды и нефти; й - ускорение свободного падения; Н — высота купольного поднятия; Ь - длина купольного поднятия.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ РАБОТЫ

(3)

5. Предложен вариант сокращения сроков регенерации истощённой нефтяной залежи за счёт заводнения нефтяного пласта раствором хлористых солей (ЫаС1, СаС12) с максимально возможной плотностью для конкретных термодинамических пластовых условий.

РЕАЛИЗАЦИЯ РАБОТЫ В ПРОМЫШЛЕННОСТИ

Метод уточнения представлений о характере залегания кровли продуктивного пласта на основе проведения специальных промысловых исследований скважин применяется в ОАО "Юганскнефтегаз" НГДУ "Правдинскнефть" на Правдинском нефтяном месторождении по пласту БС05.

Рекомендации по доразработке пласта БС05 применяются на 22 скважинах, перфорированных на данный горизонт, и 10 скважинах возвратного фонда с пласта БС06. Доразработка пласта БС05 Правдинского нефтяного месторождения проводится в соответствии с предлагаемыми рекомендациями.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ

Основные положения работы докладывались на научно-технических конференциях Уфимского Государственного Нефтяного Технического Университета, на научных семинарах кафедры разработки нефтегазовых месторождений УГНТУ, на семинаре: "Современные достижения в области разработки газовых и нефтяных месторождений", на XX школе - семинаре по проблемам механики сплошных сред в системах добычи, транспорта и переработки нефти и газа, на технических советах НГДУ "Правдинскнефть" и ОАО "Юганскнефтегаз", на заседании секции геологии и разработки Учёного Совета БашНИПИнефть, на научных советах ВНИИЦ "Нефтегазтехнология" по проблемам разработки нефтяных месторождений ОАО "Юганснефтегаз".

ПУБЛИКАЦИИ. Общее количество опубликованных работ 13. Основные положения диссертации изложены в 10 печатных работах.

По результатам работы подано три заявки на изобретение, по которым получено положительное решение о проведении формальной экспертизы, присвоены даты приоритета.

ОБЪЁМ И СТРУКТУРА РАБОТЫ

Диссертационная работа состоит из содержания, введения, пяти глав, разбитых на параграфы, выводов и рекомендаций, ссылок на первоисточники из 134 наименований, приложений, состоящих из 70 рисунков и 34 таблиц. Объём работы составляет 189 страниц машинописного текста.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В ПЕРВОЙ ГЛАВЕ проводится литературный обзор теоретических исследований, лабораторных экспериментов и промыслового опыта по вопросам:

1) изучения структурообразования в объёме жидкости (нефти);

2) изучения структурирования на границе раздела "жидкость - твёрдое вещество", "жидкость - жидкость";

3) изучения влияния различных факторов на процессы перемещения остаточной нефти, восстановления и регенерации истощённой залежи.

На основе анализа литературных источников получены следующие основные выводы:

1) наличие, в достаточном количестве, высокомолекулярных соединений (асфальтены, смолы, парафины) в нефти приводит к появлению пространственной структуры;

2) структурированные в объёме нефти обладают тиксотропией, прочность тиксотропного упрочнения зависит от предыстории нефти (условий формирования структуры);

3) несмотря на различную природу структурообразования в жидкостях (дисперсные, коллоидные, эмульсионные системы и др.), авторами работ для описания характера течения и основных реологических параметров используются формулы (законы), не вскрывающие физической сущности наблюдаемых процессов, а поэтому с той или иной степенью точности, позволяющие решать частные задачи, но не создавать универсальные зависимости, позволившие бы однозначно интерпретировать результаты исследований;

4) необходимо выделить проблему изучения структуры жидкости на границе раздела с твердой поверхностью и на границе раздела несмешиваю-щихся жидкостей. Остается открытым вопрос о влиянии характера твердой поверхности на процессы структурообразования в нефти и ее тиксотропного упрочнения, влияния удельной поверхности и среднего медианного диаметра пор на реологические параметры течения жидкостей. Общая теория граничного слоя, адекватно описывающая поведение жидкости вблизи границ раздела фаз, пока далека от завершения, а имеющиеся технические построения носят, по существу, феноменологический характер;

5) очевидно, как граничный слой, так и объемная структура в нефти полностью определяют макроскопические структурные свойства нефти только в крайних ситуациях, соответственно при достаточно малых и больших радиусах пор. В остальных случаях имеет место суперпозиция (в предположении аддитивности свойств) структурно-механических параметров, обусловленных как влиянием твердой поверхности, так и объемной структуры;

6) не имея четких представлений о механических, энергетических и физико-химических свойствах структурных образований как в объеме нефти, так

и на границе раздела фаз, не уделяя пристального внимания процессам разрушения структурных связей и их восстановления, факторам, на них влияющим, невозможно развивать научные основы методов увеличения коэффициента вытеснения;

7) в вопросе о механизме миграции остаточной нефти нет единого мнения на факторы, которые могут влиять на перераспределение остаточных запасов нефти. Величина и значимость каждого из факторов разными исследователями трактуется по разному, нет единого мнения о времени, необходимом для завершения процесса аккумуляции залежи;

8) хроматографические процессы на границе раздела фаз и гравитационный фактор, на заключительной стадии разработки, становятся преобладающими факторами в процессах переформирования нефтяной залежи;

9) остаётся открытым вопрос о возможности подвижки остаточной плёночной нефти и возможных источников энергии для реализации этого процесса;

10) физический смысл процессов, имеющих место на заключительных стадиях разработки, до конца не выяснен; необходимы дальнейшие целенаправленные теоретические, экспериментальные и промысловые исследования, что и явилось основой постановки задачи исследований.

Как показано в диссертационной работе, решения перечисленного ряда задач, ускользавших от внимания исследователей, позволят не только предложить дополнительные представления о механизме миграционных процессов, происходящих в пласте, но и получить технико-технологические рекомендации по увеличению коэффициента нефтеотдачи, сокращению энергозатрат и т.п.

Во ВТОРОЙ ГЛАВЕ рассмотрены основные системные подходы и методы, применяемые при проектировании и составлении технологических схем разработки нефтяных месторождений. Показано, что для заключительной стадии разработки нефтяного месторождения основные принципы эксплуатации должны быть пересмотрены с учётом дополнительных сведений о проявлении хроматографических процессов на границах раздела фаз и возникновения дополнительного гравитационного градиента давления за счёт разности плотностей пластовых флюидов.

Подробно рассматриваются возможные формы и виды остаточной нефти после прохождения фронта вытеснения, влияние хроматографических процессов на формирование остаточной нефти. Это позволяет предложить рекомендации по интенсификации восстановления истощённой нефтяной залежи.

Уточняются физико-химические и прочностные свойства структурированных нефтей, поскольку от этого зависят представления о сроках доразра-ботки месторождений и методах добычи остаточной нефти.

В лабораторных условиях подробно изучался вопрос движения структурированных нефтей при малых градиентах давления. Исследования прово-

дились на установке типа УИПК капиллярным методом. Показано, что разрушение структурных связей при подвижках в капиллярах связано с появлением квазисуспензий в пристенном слое. В зависимости от подводимой мощности, размер разрушенного слоя и концентрация частиц с разрушенной структурой определяют среднее значение касательных напряжений или градиентов давления. Результаты экспериментов дают основания полагать, что исследуемая нефть при температуре, равной 41°С, объёмных расходах от 0.478 * 10'3 см3/с и ниже при фильтрации через капилляр диаметром 1.2 мм и длиной 1675 см проявляет пластическую форму течения, т.е. без разрушения структуры, как "ньютоновская" жидкость.

Проводятся теоретические исследования природы градиентов давления, действующих в пласте и их сопоставление, что позволяет уточнить места возможной аккумуляции остаточной нефти и снизить энергетические затраты на закачку вытесняющего агента.

Рассматривается характер залегания и структура кровли продуктивного пласта с позиции выявления всех микронеоднородностей, сопоставимых с мощностью пласта, которые являются естественными ловушками для нефти в условиях использования вытесняющего агента.

Приводятся промысловые наблюдения и опыт, которые не нашли достаточного объяснения прежде, но которые вписываются в рассматриваемую проблему и подтверждают выдвигаемую гипотезу о процессах, сопровождающих переформирование нефтяной залежи.

На основе рассмотрения вышеперечисленных вопросов делаются выводы:

1) основная часть остаточной нефти находится в связанном состоянии на поверхности пор в виде адсорбционного слоя и может перемещаться по вертикали под действием градиента давления, обусловленного разницей в плотностях пластовых жидкостей;

2) остаточная нефть обладает аномальными физико-химическими свойствами по отношению к нефти, из которой этот слой образован;

3) остаточная нефть может отличаться, а может и не отличаться по химическому составу от нефти, из которой она образована. Степень отличия, вероятно, будет зависеть от соотношения высокомолекулярных углеводородов в исходной нефти и активности породообразующего материала к этой нефти. Вопрос о целесообразности дальнейшей добычи остаточной нефти должен решаться в каждом конкретном случае из экономических соображений;

4) под действием гидродинамического градиента давления происходит вытеснение нефти, которая содержится в пространстве, оконтуренном граничными слоями самой нефти. Поэтому, на заключительной стадии разработки остаточная нефть содержится в промытой части пласта в виде плёнки на поверхности порового пространства, окружённая внедрённой в пласт водой. Вследствие этого, на миграцию остаточной нефти влияют два градиента давления: гидродинамический и гравитационный. Последний градиент давления обусловлен разницей в плотностях остаточной нефти и воды;

5) увеличение градиента давления в межскважинном пространстве с целью интенсификации течения остаточной нефти малоэффективно, поскольку 80% значения разницы давления от закачки воды и отбора нефти затрачивается на преодоление расстояния, равного 0-5 эффективным толщинам нефтена-сыщенного пласта. Этот градиент давления действует по линиям тока и не постоянен. Градиент давления, обусловленный разницей плотностей нефти и пластовой воды (гравитационный градиент давления - gradPg), превосходит по абсолютной величине гидродинамический градиент давления ^габРдр) и постоянен в любой точке пласта. Соотношение между этими градиентами давления для пласта проницаемостью 0,2 мкм 2 при дебите в 10, 50, 100 м3/сут соответственно составит:

для границы призабойной зоны среднее значение гидродинамического градиента давления - 1890.31; 945.15; 189.03 Па/м, значит, соотношение градиентов ^гас^/^гасШдр) - 0.52; 1.04; 5.19, так как гравитационный градиент равен 981 Па/м при плотности нефти 900 кг/м3 и воды 1000 кг/м3;

для удалённой части пласта значение гидродинамического градиента давления - 737.89; 368.95; 73.79 Па/м, значит, соотношение градиентов (ёгас^/йгааРдр) - 1.33; 2.66; 13.29;

6) под действием гравитационного градиента давления остаточная нефть будет мигрировать в кровельные участки пласта. В результате этого, сечение поровых каналов будет увеличиваться, при этом фазовая проницаемость по воде будет расти. Эффективность вытеснения за счёт влияния гидродинамического градиента давлении во времени будет падать вплоть до нуля;

7) учитывая рассмотренные механизмы регенерации нефтяной залежи, существующие скважины, расположенные на структуре продуктивного пласта, отключённые по разным технологическим причинам или находящиеся во временной консервации, не должны ликвидироваться, если они экологически безопасны, потому что в дальнейшем они могут быть использованы как основные добывающие скважины данной залежи;

8) скважины, находящиеся в купольных участках пласта, обводившиеся до предельной величины, необходимо содержать в работоспособном состоянии и переводить на периодический режим эксплуатации. Периодичность работы каждой скважины будет зависеть от геолого-физических характеристик пласта, физико-химических свойств самой нефти и будет установлена для каждой скважины из условия её безводной эксплуатации.

Формулируется рабочая гипотеза:

На заключительной стадии разработки остаточная нефть под действием гравитационного градиента давления будет мигрировать преимущественно в купольные поднятия кровли продуктивного пласта. Сократить время регенерации нефтяной залежи можно, использовав в качестве вытесняющего агента раствор гидрофильной соли (ЫаС1, СаСу, который обладает большей плотностью.

В ТРЕТЬЕЙ ГЛАВЕ изложены теоретические и лабораторные исследования структурно-механических свойств пластовой нефти. Проведены исследования структурно-механических свойств нефти, обусловленные образованием пространственной структуры. Эксперименты проводились на установке «УИПК - 1М» конструкции УНИ капиллярным методом. В экспериментах использованы нефти Арланского месторождения скв. № 13239 и Игровского месторождения скв. № 21, которые обладают аномально-вязкими свойствами. В качестве испытуемых образцов коллекторов была использована коллекция кернов с различных месторождений Башкортостана и Татарии. По всем кернам был выполнен комплекс исследований на ртутном поромере "Автопор 9200" фирмы "Микрометрик" (США) и определены фильтрационные и емкостные параметры.

По результатам анализа экспериментального материала сделаны следующие выводы:

1) аномально-вязкие свойства нефтей обусловлены появлением структуры в самой нефти и граничных структурированных слоев на границе контакта фаз;

2) увеличение вязкости нефти приводит к увеличению градиента давления предельного разрушения структуры нефти как в карбонатах, так и в песчаниках;

3) увеличение удельной поверхности приводит к увеличению значения динамического градиента полного разрушения структуры (ГДПРС). Но в случае, когда содержание асфальто-смолистых компонентов повышено, это приводит к формированию адсорбционного слоя, который перекрывает влияние удельной поверхности пор;

4) разрушение пространственной структуры нефти происходит быстрее по сравнению с адсорбционным слоем;

5) увеличение содержания асфальто-смолистых компонентов приводит к тому, что аномалия вязкости проявляет себя в большем диапазоне изменения скоростей как в карбонатах, так и в песчаниках;

6) процесс фильтрации аномально-вязких нефтей в песчаниках и карбонатах отличается по диапазону скоростей проявления аномалии вязкости. Отличие в скоростях фильтрации, при которых фиксируется значение ГДПРС на песчаниках и карбонатах, снижается по мере увеличения в нефтях асфальто-смолистых компонентов;

7) с увеличением удельной поверхности породы доля толщины граничного слоя в нормальном сечении порового канала становится соизмеримой и оказывает существенное влияние на фильтрацию, увеличивая сопротивление среды и уменьшая скорость фильтрации;

8) с увеличением объёма пор подвижность нефти увеличивается. Чем меньше объём порового пространства, тем сильнее влияние граничных слоев на подвижность нефти;

9) в заводнённой части коллектора аномально-вязкие свойства нефти могут частично или полностью подавляться за счет влияния гравитационного градиента давления.

Проведены эксперименты по определению подвижности остаточной плёночной нефти под действием гравитационного градиента давления. Моделировались различные качественные условия на объёмных моделях и в естественном керне с остаточной нефтью. Эксперименты качественно позволили установить:

1) движение структурированной плёночной нефти за счёт возникающих релаксаций в граничном слое нефти возможно;

2) с увеличением градиента давления и изменения химического состава вытесняющего агента количество извлечённой нефти увеличивается;

3) вытеснение остаточной нефти идёт как с открытых поверхностей, так и из порового пространства;

4) за рассматриваемый временной промежуток отмечается более интенсивное движение нефти на конусных поверхностях, по отношению к пластинам. Это может быть связано с изменением свойств остаточной нефти при утолщении слоя;

5) для более детального и полного изучения процесса миграции остаточной нефти необходимы дальнейшие научно-исследовательские работы.

Изучалось влияние пластового давления на подвижность пластовой нефти. В экспериментах использована нефть Игровского месторождения скважины №21. Изучался процесс полного разрушения структуры в нефти при течении в медном капилляре при разных значениях абсолютного давления. Показано, что:

1) абсолютное давление влияет на процесс фильтрации аномально-вязкой нефти. Для нефти скв. № 21 Игровского нефтяного месторождения увеличение давления приводит к тому, что неньютоновские свойства нефти проявляются более интенсивно. Эти свойства обусловлены двумя факторами:

- образованием прос транственной структурь1 в объёме;

- аномальным слоем, который формируется на границе раздела фаз

"твёрдая поверхность-жидкость" за счёт процессов адсорбции.

2) В исследуемом диапазоне давлений получена формула регрессии, описывающая зависимость предельного динамического напряжения сдвига от статического давления:

т=0.0402Р2-0.1334-Р +8.6816, (4)

где т - предельно допустимое напряжение сдвига;

Р - абсолютное (пластовое) давление. Коэффициент корреляции составил 0.99, что подтверждает тесную взаимосвязь изучаемых параметров.

3) повышение пластового давления нежелательно по причине того, что усиление аномально-вязких свойств приведёт к увеличению объёма застойных зон, ухудшит условия вытеснения нефти водой (увеличивается соотношение между вязкостями вытесняемого и вытесняющего агентов) и, как следствие, приведёт к снижению конечного коэффициента нефтеотдачи.

В ЧЕТВЁРТОЙ ГЛАВЕ даются рекомендации по увеличению конечного коэффициента нефтеотдачи пластов, находящихся на заключительной стадии эксплуатации.

Показана необходимость уточнения структурных карт кровли продуктивного пласта с привлечением других видов и методов исследования для уточнения представлений о структуре залегания кровли продуктивного пласта.

Предложено использование форсированного отбора жидкости для увеличения нефтеотдачи пластов. Рассматриваются теоретические предпосылки и промысловый опыт.

Приведены результаты теоретических и лабораторных исследований влияния форсированного отбора жидкости на эффективность выработки купольных поднятий кровли продуктивного пласта.

Получены следующие выводы:

1) способы построения структурных карт, которыми пользуются в нефтепромысловой практике, не позволяют точно отразить все купольные поднятия кровли продуктивного пласта;

2) с существующей точки зрения на доразработку залежи абсолютная величина купольного поднятия (четверть, половина, одна или более эффективных толщин продуктивного пласта) будет иметь второстепенное значение. Однако следует учитывать, что эффективность процесса доразработки будет характеризоваться успешностью выработки нефти из объёмов, заключённых внутри всех купольных поднятий, и характеристикой коллекторских свойств купольной зоны;

3) с целью уточнения и выявления купольных поднятий продуктивного пласта, а также коллекторских свойств необходимо проведение промыслового эксперимента, который заключается в измерении скорости накопления нефти в период простоя скважины. Исследование проводится на каждой скважине, перфорированной в пределах данной залежи;

4) скважины, в которых не происходит накопление нефти даже за длительный срок, находятся в низшей точке по отношению к окружающим и в доразработке залежи не будут принимать участия. Скважины, где скорость накопления остаётся постоянной величиной и не зависит от времени накопления, находятся на крыльях купола и в дальнейшей разработке месторождения могут выполнять вспомогательную роль. Скважины, в которых наблюдается увеличение скорости накопления нефти во времени, находятся в высших точ-

ках купола, и они будут являться основными эксплуатационными скважинами в доразработке залежи;

5) в тех случаях, когда скважины с постоянной скоростью накопления нефти образуют на поверхности продуктивного пласта некую замкнутую фигуру, возможно, что внутри этой области существует невыявленное купольное поднятие или всс эти скважины находятся на крыле крупного купола;

6) для выработки нефти из предполагаемого купола существуют два варианта решения:

- бурение новой скважины внутри фщуры, образованной скважинами с примерно одинаковым количеством накопленной нефти;

- на скважине с наибольшей скоростью накопления нефти среди скважин, образующих выделенную фигуру, устанавливают форсированный режим эксплуатации при установлении добычи жидкости на ней, который позволил бы создать в пласте градиент давления, равный произведению разницы в удельном весе нефти и вытесняющего агента, (воды) на высоту купольного поднятия, делённого на длину купольного образования кровли пласта:

gradP > (Др * g * Н)/Ь,

7) форсированный режим эксплуатации скважины позволит не только подключить к процессу разработки низкопроницаемые нефтенасыщенные про-пластки и изменить линии тока внутри продуктивного пласта, но и осуществить гидродинамическую подвижку нефти в купольных поднятиях и движение этой нефти к забою эксплуатационной скважины. Срыв плёночной нефти с поверхности поровых каналов в результате применения форсированного режима эксплуатации невозможен, потому что в промысловых условиях практически невозможно создать градиенты давления, которые бы позволили дест-руктурировать плёночную нефть и оторвать её с поверхности породы.

В ПЯТОЙ ГЛАВЕ на основе всей проделанной работы даются рекомендации по разработке нефтяных месторождений, находящихся на заключительной стадии разработки, снижающие затраты на добычу нефти и увеличивающие эффективность процесса разработки.

Предлагаются основные методические подходы к. работе с высоко обводнённым фондом, временно переведённым в бездействующий фонд (консервация или пьезометр), на основе установления истинного положения скважин на кровле продуктивного пласта.

Предлагается дальнейшую эксплуатацию нефтяной залежи проводить через высокообводненный фонд скважин.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

1) На поздних стадиях разработки нефтяного месторождения с применением жёстко-водонапорного режима остаточная нефть в промытой части порового пространства находится в контакте с вытесняющим агентом. Поэтому, на её перемещение будут влиять, как минимум, два градиента давления:

гидравлический, обусловленный закачкой вытесняющего агента в пласт; - гравитационный, обусловленный разницей плотностей пластовых флюидов.

2) Под действием гравитационного градиента давления остаточная нефть, обладающая структурными свойствами, за счёт процесса релаксации будет перемещаться преимущественно в вертикальном направлении, накапливаться в кровельной части продуктивного пласта и заполнять все микронеоднородности кровли.

3) Нефть, находящаяся в непромытой зоне пласта, может формировать "застойные зоны", благодаря способности растворённых в ней смол и асфаль-тенов образовывать пространственную структуру. Фильтрация таких нефтей протекает с отклонением от закона Ньютона при малых градиентах давления. Отмеченная аномалия проявляет себя как в кварцевых, так и в карбонатных коллекторах.

4) Полное разрушение пространственной структуры нефти при фильтрации в карбонатных коллекторах происходит при скоростях фильтрации на порядок ниже, чем аналогичные процессы в кварцевых коллекторах.

5) Общепринятые способы построения структурных карт не позволяют точно выделить все микронеоднородности кровли продуктивного пласта, абсолютная мощность которых сопоставима с мощностью пласта, являющиеся естественными ловушками для нефти в условиях использования вытесняющего агента.

6) Для уточнения и выявления микронеоднородностей кровли продуктивного пласта предлагается проведение специальных промысловых исследований на всех скважинах в пределах залежи. Смысл исследований состоит в определении скорости накопления нефти в стволе простаивающей, высокообводнённой скважины.

7) Для выработки остаточной нефти, содержащейся в выявленных микронеод-нородностях кровли продуктивного пласта, существует два варианта - либо бурение новой скважины на выделенный геологический элемент, либо установление форсированного отбора жидкости на выбранной скважине, позво-

ляющего создать градиент давления, равный произведению разности удельных весов нефти и воды на высоту предполагаемого микроподнятия, делённому на длину микроподнятия:

gradP ä (Др * g * H)/L.

Форсированный отбор жидкости устанавливается из условий геолого-физических условий эксплуатации скважины.

8) Интенсифицировать процессы переформирования истощенной нефтяной залежи можно путём предварительного растворения в вытесняющем агенте неорганических солей. Это позволит увеличить значение гравитационного градиента давления и ослабить прочностные свойства граничных слоев на контакте "остаточная нефть — вытесняющий агент".

Содержание работы опубликовано:

1. Гафаров Ш.А., Дьячук И.А. Исследование тиксотропных свойств аномально-вязких нефтей при фильтрации в карбонатных пористых средах. // Депонировано, ВИНИТИ - Москва, 1993, - 45 с.

2. Гафаров Ш.А., Дьячук И.А. Особенности фильтрации аномально-вязкой нефти в карбонатных коллекторах //Тезисы докладов XXXXIV научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых учёных Башкирии " Вклад молодёжи в решение комплексных проблем нефти и газа" - Уфа, УНИ, 1993.

3. Гафаров Ш.А., Дьячук И.А. Влияние удельной поверхности пор на процесс фильтрации аномально-вязких нефтей в поровых структурах П Тезисы докладов XXXXVI научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых учёных. - Уфа, УГНТУ, 1995.

4. Гафаров Ш.А., Дьячук И.А., Шамаев Г.А. Особенности фильтрации и вытеснения аномально-вязких нефтей в карбонатных коллекторах // Тезисы докладов научно-технической конференции - Тюмень, 1996.

5. Дьячук И.А., Кардаш Д.Е., Маланченко A.A. Анализ остановок высокооб-воднённого фонда добывающих скважин // Тезисы докладов научно-техничес. конференции, БашНИПИнефть - Уфа, 1997.

6. Дьячук И.А. Влияние статического давления на процесс фильтрации аномально-вязкой нефти // Депонировано, ВИНИТИ - Москва, 1997,16 с.

7. Дьячук И.А. Влияние гравитационного поля на процесс эксплуатации нефтяного месторождения, находящегося на заключительной стадии разработки //Тезисы докладов научно-технической конференции, ИПТЭР - Уфа, 1997.

8. Дьячук И.А. О применимости форсированного режима эксплуатации скважин на заключительной стадии разработки нефтяного месторождения с учё-

том характера залегания кровли продуктивного пласта // Тезисы докладов научно-технической конференции, ИПТЭР - Уфа, 1997.

9. Дьячук И.А. К проблеме повышения нефтеотдачи пластов, находящихся на заключительной стадии разработки //Депонировано, ВШИ ГШ - Москва, 1997

10. Дьячук И.А. Установление оптимальных параметров форсированного режима эксплуатации скважин на заключительной стадии разработки нефтяного месторождения с учётом геологического строения залежи // Депонировано, ВИНИТИ - Москва, 1997,22 с.

Соискатель И.А. Дьячук