автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.06, диссертация на тему:Научно-методические основы комплексного обоснования биополимерного воздействия при разработке месторождений нефти

Российский Государственный Университет нефти и газа им. И.М.Губкина

РГб од

4

... . _ II а правах рукописи

^ СЬН '¡Ь,Гг;-; удк 622.276

Фомин Анатолий Васильевич

НАУЧНО-МЕТОДИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ КОМПЛЕКСНОГО ОБОСНОВАНИЯ БИОПОЛИМЕРНОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ ПРИ РАЗРАБОТКЕ МЕСТОРОЖДЕНИЙ НЕФТИ

Специальность 05.15.06. -«Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений»

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 1998

Научный руководитель -

доктор технических наук, профессор К.С. Басниев

Официальные оппоненты -

доктор технических наук, профессор, академик РАЕН Горбунов А.Т. кандидат технических наук Кузьмичев Н.Д.

Ведущая организация - Институт проблем нефти и газа

РАН и Минобразования РФ

Зашита состоится «./31998 г. в 15.00 часов в ауд. 731 на заседании диссертационного Совета К.053.27.08 при Российском Государственном Университете нефти и газа имени И.М.Губкина (РГУ нефти и газа им. И.М.Губкина) по адресу: 117917, Москва ГСП-1, Ленинский просп., 65.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке РГУ нефти и газа имени И.М.Губкина

Автореферат разослан « /У»сентября 1998 г.

Ученый секретарь диссертационного Совета,

профессор А.О.Папий

Общая характеристика работы.

Актуальность темы. Идея полимерного воздействия для повышения нефтеотдачи пластов не нона. В 60-е - 70-е годы проводились многочисленные теоретические, лабораторные и промысловые исследования влияния водорастворимых полимеров на процессы нефтеизвлечения при заводнении. Было установлено, что в зависимости от геологофизичееких особенностей пласта, стадии разработки и других факторов применение водорастворимых полимеров может обеейечить значительное увеличение нефтеотдачи. Существенным оказалось, что увеличение конечной нефтеотдачи зависит от объема закачиваемой в пласт полимерной оторочки. Максимальный прирост извлекаемых запасов (до 12%) может быть получен при объеме оторочки на уровне 30-40% от порового объема пласта.

Первый промысловый эксперимент по полимерному заводнению в России (СССР) был начат на Орлянском месторождении в Самарской (Куйбышевской) области в 1967 году и заьершен в 1976 году. В этом эксперименте, равно как и во всех последующих, использовался синтетический полимер - полиакриламид. К 1986.году в СССР были завершены эксперименты по полимерному заводнению на 7 месторождениях с различными геологофизическими условиями, изменяющимися в широком диапазоне: глубина залегания - от 600 до 2800 м, проницаемость от 0,15 до 1,7 дарси , температура пласта от 24 до 87 °С, вязкость нефти в пластовых условиях от 1 до 75 мПа с.

Несмотря на значительный прирост извлекаемых запасов в указанных экспериментах ( от 3,5 до 12%) объем работ по полимерному заводнению как в России, так и за рубежом начал уменьшаться со второй половины 80-х годов. Дело в том, что при высокой стоимости полиакриламида (на уровне $ 4000 за одну тонну) экономическая целесообразность полимерного заводнения при удельной технологической эффективности ниже 200 тонн нефти на одну тонну полимера сомнительна.

В дальнейшем процессы полимерного воздействия, связанные с созданием высокообъемных оторочек, будут называться полимерным заводнением.

Сворачивание программ полимерного заводнения не • означало потерю интереса к использованию водорастворимых полимеров. В это же время интенсивно развивается другое направление использования полимеров - обработка призабойной зоны небольшими ( десятки-сотни куб.м.) объемами полимерных растворов для выравнивания профиля приемистости нагнетательных скважин и ограничения водопритока в добывающих. Удельная эффективность при проведении таких работ на порядок выше, чем при проведении полимерного заводнения. В отдельных экспериментах дополнительная добыча нефти на одну тонну полимера превышает- 10000 тонн. Вместе с тем, обработки призабойной зоны (даже многократные) могут обсспечить лишь незначительный прирост извлекаемых запасов (не более 1-1,5%).

Ограничения в использовании полиакриламида, связанные с нестабильностью его растворов при повышенных температурах, биоразлагаемостыо, малой устойчивостью к сдвиговым напряжениям, а также проблемы экологической безопасности, инициировал ч поиск новых водорастворимых полимеров для нефтяной промышленности. Успехи биотехнологии обеспечили появление па мировом рынке группы полимеров -микробных полисахаридов, физико-химические и реологические снойсша растворов которых не уступают свойствам растворов полиакриламида, с одной стороны, а устойчивость к температурным и сдвиговым нагрузкам выше, чем у полиакриламида, с другой. Более высокая, по сравнению с полиакриламидом, цена микробных полисахаридов, не привела к снижению экономической эффективности при применении новых полимеров в силу более высокой технологической эффективности их использования.

В России, в т.ч. в МЕГИОННЕФТЕГАЗе, уже накоплен положительный опыт применения микробных полисахаридов отечественного производства для выравнивания профиля приемистости и ограничения водопритоков. Отличительной особенностью отечественного биополимера является экспериментально подтвержденная возможность его использования в виде постферментационной жидкости. Последнее обстоятельство имеет принципиальное значение. Исключение стадий выделения и сушки при производстве биополимера обеспечивает

многократное снижение себестоимости. Кроме того, исключение указанных стадий позволяет сохранить ряд полезных свойств раствора, необратимо утрачиваемых при традиционных способах выделения сухсго биополимера из постферментационной жидкости.

Низкая цена нового отечественного биополимера и высокая технологическая эффективность его применения для ограничения водопритока, с одной стороны, отсутствие ресурсных ограничений - с другой, позволяют в настоящее время вернуться к обсуждению вопроса о целесообразности биополимерного заводнения.

Учитывая большие перспективы биополимерных композиций отечественного производства, с учетом положительного опыта лабораторных и промысловых работ в ГИегионнефтсгазс представляется необходимым дать оценку технологической и экономической эффективности биополимерного воздействия на пласты разрабатываемых месторождений. При этом требуется углубленный анализ результатов уже проведенных испытаний в увязке с современным состоянием эксплуатации и определение путей эффективного применения биополимерного воздействия как путем создания высокообъемных оторочек, так и воздействия на призабойную зону.

Цель работы - создание научно-методических основ комплексного обоснования разработки нефтяных месторождений при биополимерном воздействии.

Основные задачи исследований. Для достижения поставленной пели необходимо последовательно рассмотреть следующие основные задачи:

и оценить влияние процессов, протекающих в залежах в ходе предшествующей разработки, на эффективность выработки запасов, установить совокупность главных влияющих факторов; в поставить, провести и проанализировать лабораторные исследования и промысловые испытания по полимерному воздействию на нефтеносные . пласты с целыо повышения нефтеотдачи; Я провести гидродинамический анализ процессов полимерного воздействия, используя современные методы подземной гидродинамики, например -перколяционный подход;

■ провести компьютерное моделирование процессов ■ полимерного

• воздействия на нефтеносные пласты, по его результатам оценить

оптимальные параметры оторочек водного раствора полимера в зависимости от его концентрации;

■ оценить технологическую и экономическую эффективность различных вариантов применения полимеров для воздействия на пласты.

Методы решения поставленных задач. Поставленные задачи решались на основе ретроспективного анализа геолого-геофизических материалов и данных разработки месторождений АО «Мегионнефтегаз».

Часть задач решена экспериментально в лабораторных и промысловых условиях. Основные задачи решены па основе компьютерного моделирования разработки месторождений и широкомасштабных промысловых исследований на нефтяных месторождениях АО «Мегионнефтегаз».

В качестве лабораторной модели пласта использовалась система двух колонок, заполненных искусственно приготовленной пористой средой. Пористая среда готовилась специальным образом так, чтобы максимально потно имитировать свойства коллекторов основной части пласта (одна колонка) и суперколлектора (вторая колонка). Соответственно, в лабораторных экспериментах использовались флюиды, содержащиеся в пористой среде в пластовых условиях.

При выборе участка для проведения натурного промыслового эксперимента были поставлены два важнейших условия:

Ш максимальная литологическая и гидродинамическая обособленность от остальных участков месторождения;

■ использование других технологий и составов опробовано и не дало значительных результатов.

Для проведения гидродинамического анализа использовалась перколяционная модель фильтрационного процесса, которая позволяет детально исследовать механизм влияния полимерного раствора на характер движения флюидов в пористой среде.

Компьютерное моделирование процесса полимерного . заводнения осуществлялось на базе использопания трехмерной численной модели трехфазной нестационарной фильтрации ECLIPSE 200.

Паучная нопизпа:

И Объяснен механизм отключения от процесса разработки низкопроницаемых объектов в сильнонеодпородных пластах при их заводнении;

Я на основании лабораторных и промысловых исследований впервые показана высокая технологическая эффективность отечественного биополимера БП-92 для воздействия на неоднородные нефтеносные пласты с пслмо повышения коэффициента извлечения нефти;

И дан анализ поведения фазовых цроницаемостсй в процессе заводнения с использованием полимера, разработана методика проведения теоретической оценки воздействия полимерного заводнения на обводненность добываемой продукции;

и на основании компьютерного моделирования полимерного заводнения на опытном участке Покамасовского месторождения впервые показана возможность и технологическая целесообразность повышения выработки запасов нефти из месторождений рассматриваемого региона на основе предложенных технологий, включающих как локальные воздействия полимерами на призабойную зону, так и гидродинамическое воздействие с применением оторочек полимера.

Практическая ценность. На основании выполненных исследований определены основные причины низкой эффективности выработки запасов Покамасовского и других месторождений АО «Мегионнефть». Широкими промысловыми исследованиями на этих месторождениях показана эффективность • воздействия на призабойные зоны скважин биополимером БП-92, технология применения которого создана при участии автора. При этом происходит ' выравнивание вертикальной неоднородности пласта (тампонирование высокопроницасмых и дренирование низкопроницаемых пластов) в нагнетательных и добывающих скважинах, снижение или по крайней мере стабилизация обводненности продукции скважип.

Применение созданной технологии на месторождениях АО «Мегиочпефтегаз» в период 1995-1998гг. позволило дополнительно добыть ... тыс. т нефти.

Осуществлено компьютерное гидродинамическое моделирование опытного участка Покамасовского месторождения (ретроспектива и прогноз) с целью изучения эффективности процесса создания полимерной оторочки при вытеснении нефти водой. Рекомендованы размеры оторочек и величина концентраций полимера, обеспечивающих Эффективное вытеснение нефти. Рекомендована технология такого воздействия для рассматриваемых условий и показана технико-экономическая эффективность процесса. Проведенные расчеты показывают, что при применении п качестве рабочего агента биополимера 1)11-92 и разработанных технологий его применения полимерное воздействие на пласты, включая создание фронта вытеснения и воздействие на призабойную зону, существенно повышает качество выработки запасов нефти.

Апробация работы. Основные научные результаты исследований по теме диссертации докладывались:

■ на всероссийском совещании но разработке нефтяных месторождений в г. Ноябрьске (1996г.);

■ на научных семинарах кафедры нефтегазовой и подземной гидромеханики РГУ НГ им. И.М. Губкина (1997, 1998гг.)

По результатам исследований опубликован препринт, 7 научных статей, получены патенты Российской Федерации.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов и рекомендаций и списка использованных источников, Текст диссертации изложен на 115 стр. машинописного текста и содержит 34 рисунка, 12 таблиц. Список использованных источников содержит 33 наименования.

Содержание работы

Во введении диссертации дана общая характеристика рассматриваемой в работе проблемы и представлены предлагаемые подходы и методы ее решения.

Первая глава посвящена анализу современного состояния проблемы полимерного воздействия на нефтяные пласты. Отмечается, что в последние годы у нас в стране и за рубежом интенсивно развивались работы по замене экологически небезопасного полиакриламида другими, лишенными присущих полиакриламиду недостатков, полимерами. Наиболее перспективными признаны экзополисахариды - полимеры, получаемые в результате микробного биосинтеза. Лидерами в производстве биополимеров для нефтяной промышленности являются фирмы Колки Мерк (США), Статойл (Норвегия) и Рои Пулснк (Франция). Наиболее широко используемый биополимер - КСАНТАН. Стоимость его в настоящее время достаточно высока - достигает 20000$ за тонну. В силу этого применение Ксантана в России, несмотря на отличные технологические эффекты, полученные при его использовании в качестве нефтевытеспяющего агента, базового компонента водоизолирующих составов, а также основы при приготовлении буровых растворов не имеет перспектив. Один из проектов, выполняемых в рамках Государственной научно-технической программы "НЕДРА РОССИИ", должен обеспечить создание отечественной реагентной базы для производства биополимеров, с одной стороны, и технологии их применения для разнообразных геолого-физических условий России, с другой.

Проведен детальный анализ текущего состояния разработки лицензионного участка Покамасовского месторождения АО Мегионнефтегаз» с точки зрения перспектив его использования для проведения опытно-промышленных экспериментов по изучению особенностей процесса полимерного заводнения. .

Представлен максимально широкий спектр информации о геолого- • физических и петрографических особенностях строения данного участка -данные . тектонических и гидрологических исследований, гидродинамических исследований коллекторских свойств пластов, определения физико-химических свойств нефти и газа, структурной литологии продуктивных пластов.

Изложена предыстория принятия проектных решений, дан анализ состояния разработки участка на сегодняшний день и обоснован выбор блока для компьютерного моделирования биополимерного заводнения и его последующей практической реализации.

Во второй главе изложены постановки и результаты лабораторных и промысловых исследований по полимерному воздействию на нефтеносные пласты с целью повышения нефтеотдачи.

На выбранных участках, характеризующихся высокой обводненностью, были проведены работы по выравниванию профиля приемистости нагнетательных скважин и тампонированию обводнившихся пропластков со стороны добывающих скважин с использованием для закачки в пласт композиций на основе биополимера БП-92 (Продукт БП-92 получается при культивировании непатогенного микроорганизма АгоЮЬа^ег Уше1апсШ ФЧ-1; ТУ-17932593-001-94, Гигиенический сертификат Гос.ком.санитарно-эпидемиологического надзора N 2-3988, ЗАКЛЮЧЕНИЕ N169 от 25.07.96 по результатам ГОСУДАРСТВЕННОЙ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ ЭКСПЕРТИЗЫ Технологического регламента на проведение испытаний технологии повышения нефтеотдачи и изоляции пластовых вод композициями на основе биополимера БП-92 на Покамасовском месторождении нефти АООТ "МЕГИОННЕФТЕГАЗ").

Несмотря на неблагоприятную ситуацию (бездействие значительного числа нефтяных скважин), зафиксировано снижение обводненности продукции на большинстве работающих добывающих скважин. Накопленная дополнительная добыча нефти за 12 месяцев после обработки составила более 2000 тонн нефти на каждую обработанную нагнетательную скважину.

Теоретически, максимальный эффект повышения нефтеотдачи должен быть получен при использовании полимеров на ранних стадиях разработки. Это подтверждают результаты испытаний биополимерных композиций на Талинском -пласт ЮК10-П (КОПДШлП'ОЛЕУМ), Покамасовском-пласт 10-1 (МЕГИОННЕФТЕГАЗ") и Тарасовском -пласт Б-14 (ПУРНЕФТЕГАЗ) месторождениях. На отдельных участках указанных месторождений, при выработке запасов не более 15% от извлекаемых, произошел ранний прорыв нагнетаемой

воды к добывающим скважинам и обводненность продукции увеличилась до 75-80. а в отдельных случаях до 100%. После закачки биополимерной композиции в нагнетательные скважины обводнившегося участка наблюдается значительное ( до 50%) снижение доли воды при сохранении дебита по жидкости практически на прежнем уровне.

Исключением оказалось то, что максимальный эффект (прирост извлекаемых запасов в пересчете на одну обработку) был получен на Поточном -пласт А-1-2 (ЛУКоилЛангепаснефтегаз) месторождении, где выработка запасов превысила 70%.

С учетом изложенного, при планировании работ по выравниванию профиля приемистости нагнетательных скважин и повышению нефтеотдачи на месторождениях "МЕГИОННЕФТЕГАЗ'а" выбирались объекты, на которых:

- наблюдается опережающее обводнение,

- возможно выделение литологически обособленных участков,

- использование цругих технологий и составов не дало значительных результатов.

Анализ структуры цены биополимеров, производимых по традиционной технологии на биохимз£.водах, показывает, что на 80% себестоимость определяется высокими энергозатратами на стадии выделения и сушки биополимеров. С другой стороны, доставленный на промысел сухой полимер растворяется на специальных растворных узлах, металлоемкость которых и энергопотребление сопоставимо с соответствующими характеристиками ферментационного оборудования. Если к этому добавить, что на стадии выделения полимера из постферментационной жидкости происходит необратимая потеря некоторых свойств растворов полимеров, становится очевидной нерациональность существующих производств.

В рамках ГНТП "НЕДРА РОССИИ" создан опытный образец мобильной биотехнологической установки для производства биополимеров в условиях нефюпромысла. Суточная производительность этой установки достаточна для обработки призабойной зоны одной скважины.

При переходе от обработки иршабойпой зоны отдельных скважин к широкомасштабному внедрению биополимеров для заводнения

производительность установки может быть увеличена в 40-50 раз всего лишь при 35 кратном увеличении ее стоимости.

Для углубленного экспериментального изучения особенностей динамики нефтеизвлечения из неоднородного пласта при обычном и полимерном заводнении был поставлен и проведен цикл лабораторных исследований процесса вытеснения нефти раствором биополимера.

Для экспериментальных исследований использовалась модель пласта, представляющая собой две одинаковые колонки цилиндрической формы длиной 122 мм и диаметром 29.5 мм с набитым в них песком различного фракционного состава. Колонка, соответствующая высокопроницаемому пропластку набивалась кварцевым песком (содержание БЮг - 98 вес.%, остальное - минеральные примеси, имитирующие состав пластовых глин) узкой фракции - 0,063 мм. а низкопроницаемому - песком того же состава фракции - 0,05 мм. Входные и выходные концы модели представляли собой ввинчивающиеся в колонку пористые фильтры, изготовленные из стекляной крошки при прогреве последней в муфельной печке. Толщина фильтров - 2,5 мм. Выход из колонок соединялся с капиллярной трубкой, что позволило минимизировать паразитный выходной объем. Измерение расходов жидкости (воды и/или нефти) производилось раздельно по пропласткам методом с повышенной чувствительностью (точносп, определения объема не ниже 0,8.10 '"'мл). Воздухопроницаемость высокопрошщаемого пропластка составила 0,845 мкм 2, а низкопроницаемого -0,310 мкм2. После -закачки воды (минерализация - 5 г/л) измеренная проницаемость составила 0,385 и 0,081 мкм2, пористость 0,315 и 0,29, соответственно. Изменения проницаемости, по-видимому, связаны с набуханием глинистых включений.

Для проведения работ использовалась дистиллированная и минерализованная вода, нефть (вязкость - 4,01 мПа.с при Т=50°С) и раствор биополимера Продукт БП-92, представляющий собой постферментационную жидкость, получаемую при культивировании бактерий Аго1оЬас1ег Ушс1апс1п штамм ФЧ-1. Основной активный компонент раствора - кислый экзополисахарид. боковые цепи которого содержат остатки уроновых и жирных кислот. Наличие

уроновых кислот предопределяет реакционную способность полимера по отношению к ионам мсталов, а остатки жирных кислот придают раствору поверхностно-активные свойства и высокую эмульгирующую способность. Указанный раствор является реологически сложной жидкостью, совокупность свойств которой не удается описать в рамках известных реологических моделей. Для данного раствора характерно наличие вязкоупругих свойств, предельного напряжения сдвига и зависимости вязкости от градиента скорости сдвига.

На первом этапе в подготовленной для экспериментов модели проводилось замещение воды на нефть. Нефтенасьнценность, определенная по балансу, составила 0,55 у высокопроницаемого пропластка и 0,475 - у низкопроницаемого.

На втором этапе изучалась динамика нефтевытеснения. Нефтевытеснение проводилось при постоянном градиенте давления - 0,01 МПа/м в термостатированных условиях (Т=(50+1)°С). Изначально нефть вытеснялась слабоминерализованной (5 г/л) водой.

Представлены экспериментальные данные о зависимости нефтеотдачи по пропласткам и модели в целом при вытеснении нефти слабоминерализованной водой. По окончании вытеснения обводненность высокопроницаемого пропластка составила 100 %, низкопроницаемого - 99,0 %, а пласта в целом - 99,9 %.

Затем пропластки вновь были насыщены нефтью, при этом нефтенасьнценность высокопроницаемого составила 0,67, а низкопроницаемого -0,675, т.е. предельная нефтенасьнценность стала несколько выше, чем накануне предыдущего эксперимента (по-видимому, это связано с частичной гидрофобизацией коллектора и деформацией кривой капиллярного давления). Нефтевытеснение производилось раствором биополимера БП-92 при тех же усиовлях, что и при вытеснении водой.

В ходе проведения фильтрационных экспериментов наблюдались ■значительные изменения скоростей фильтрации в разных пропластках.

Для сравнения результатов вытеснения нефти из модели слоистонеоднородного пласта водой и раствором биополимера существенно, что оба эксперимента продолжались до наступления предельной обводненности 9§% .

Значение же нефтеотдачи оказалось существенно различным: для полимерного вытеснения - 0,76. и 0,635 для обычного заполнения. Кроме того, при вытсснспнп нефти раствором полимера требуется многократно меньшее количество закачиваемого агента, чем в случае нефтевытеснения водой,- т.е. - достижение конечной нефтеотдачи (в смысле достижения предельной обводненности) происходит при кратно различающемся водонефтяном отношении. Два отмеченных различия в процессе нефтевытеснения водой и раствором биополимера имеют различную природу. Повышение нефтеотдачи на 13 пунктов в основном связано со способностью биополимера осуществлять доотмыв нефти. Сокращение же водонефтяного отношения в большей мере предопределяется не эмульгирующей спосбностыо полимерного раствора, а влиянием на проницаемость высокопроницаемого пропластка. Приведенные экспериментальные данные подтверждают изложенные представления о механизме полимерного воздействия на неоднородный пласт, проявляющемся в замедлении темпов фильтрации в обводняющемся высокопропицасмом пропласткс и более равномерному вытеснению нефти из пропластков. По-видимому, аналогичные явления должны происходить и с неоднородностью пласта по площади, что должно вызвать увеличение коэффициента охвата пласта. Таким образом эксперимент качественно подтверждает предположение о возможности увеличения нефтеотдачи за счет влияния закачиваемой жидкости на проницаемость высокопроницаемой части неоднородного коллектора.

В третьей главе диссертации дан гидродинамический анализ процесса полимерного заводнения с использованием биополимера БП-92. Проведен анализ гидродинамических аспектов разрабатываемой технологии повышения нефтеотдачи пласта полимерным заводнением с использованием полимера, обладающего специфическими свойствами, на основе перколяционного подхода к моделированию течения жидкостей в пористых средах, что позволяет провести рассмотрение макроскопических гидродинамических явлений путем учета характера движения флюидов с различными реологическими свойствами на микроуровне.

При этом одной из основных характеристик пористой среды является

функция распределения капилляров по радиусам или порометрическая кривая /(г). В принципе, данная функция может служить характеристикой не только системы капилляров (поровых каналов), но и системы макроскопических проводящих каналов, сформировавшихся в коллекторе, и даже системы пропластков различной проницаемости (каждому из которых соответствует свой средний радиус проводящих каналов).

Прямое измерение этой функции в рамках осуществленных геолого-физичсскнх исследований 'не проводилось, вследствие чего возникает необходимость восстановления кривой /[г) по имеющимся измерениям макрохарактеристик среды - пористости т и проницаемости к.

Поэтому п качестве первого раздела предлагаемой схемы гидродинамического исследования выступает обратная задача определения представительной порометрпческой кривой данного пласта по экспериментальным измерениям макрохарактерпстик среды. В этом разделе разработан алгоритм решения такой обратной задачи с учетом характера имеющейся исходной информации и осуществлена его численная реализация.

Второй этап схемы исследования является основным и посвящен анализу поведения фазовых прошшаемостсй в процессе заводнения с использованием полимера, характеризуемого определенными специфическими реологическими свойствами. Анализ проводится па основе использования перколяционной модели с учетом результатов, полученных на первом этапе исследований, и опытных данных о характере поведения закачиваемого полимерного раствора. Расчет построенной перколяционной модели проводился численно путем программной реализации получаемых аналитических соотношений общего вида.

Третий и четвертый этапы исследования связаны с проведением оценочных расчетов эффективности рассматриваемого типа полимерного заводнения при различных геологических структурах разрабатываемого пласта. Расчеты и оценки использую! результаты вюрого раздела, а также имеющиеся экспериментальные данные для определения характерных геометрических параметров макропропесса.

Для определения эффективности биополимерного заводнения целесообразно произвести оценку таких величин, характеризующих нефтеотдачу, как текущий

коэффициент нефтесодержания в продукции скважин.

Дебиты скважин пропорциональны потокам, которые в свою очередь пропорциональны k¡(sJ: я

Поэтому при прочих равных условиях q ~ что позволяет, зная вид

кривых фазовых проницаемостей до и после закачки полимерного раствора, оценить изменение текущего коэффициента нефтесодержания:

Численные расчеты проводились при условиях обводненности 85-90% до биополимерной обработки, закачиваемый полимер закупоривал 10-15% объема каналов, в результате чего увеличение текущего коэффициента нефтесодержания составило: Ат]н ~5+6%.

На выбранном для исследования участке как геологические данные, полученные при разведке месторождения (например результаты исследования кернрв), так и промысловая информация, полученная в процессе эксплуатации скважин, указывают на наличие следующего важного обстоятельства. При анализе первых важно отметить наличие двух выраженных максимумов у кривой частоты распределения проницаемости и пористости в исследованной выборке кернов. Анализ же промысловых данных свидетельствует об аномально бысгрой обводняемости скважин, что дает основание предполагать наличие в пласте пропластка с высоким значением проницаемости - так называемого суперколлектора. Учет этих обстоятельств делает целесообразным рассмотрение модели пласта, состоящею из двух пропластков с существенно различными свойствами -коллектора и супер-коллектора. Коллектор, характеризующийся меньшей проницаемостью, занимает основной объем (не менее 95% сечения) пласта и предегаилеи кернами с нроницасмостыо, значения которых образуют первый пик кривой частоты распределения проницаемости в выборке кернов. На супер-кол.тектор приходится, соответственно, менее 5% ог oui.cm.-i пласта, н для характеристики его фильтрационных свойств использую 1ся значения проницаемости керпон. составляющие второй максимум указанной кривой.

Для анализа поведения величины Лг^н в данном случае удобно по аналогии с кривыми относительных фазовых проницаемостей для отдельных слоев построить кривые зависимостей осредненных по всему пласту относительных фазовых проницаемостей к„ к, от средней водонасыщенности 8 по пласту. При этом коэффициент г]н и средние относительяые фазовые проницаемости связаны между собой соотношением

% = + * и

где ■/_ = д/и, - отношение вязкости воды к вязкости нефти.

Численные расчеты проводились при следующих условиях: доля объема супер-коллектора в пласте составляла 3-5%, коэффициент х =0.5, средние проницаемость и пористость по коллектору и супер-коллектору варьировались в пределах, соответственно 7+20 мДа, 16.3+17.8% и 100+175 мДа, 19.8+20.6%. Результаты численного расчета показывают, что при данных начальных условиях изменение коэффициента г/,, составит Ат]„ = 9+10%.

Сопоставление результатов расчетов показывает, что в случае наличия суперколлектора эффективность полимерного заводнения в 1,5-2 раза выше, чем в случае осуществления заводнения в однородном пласте с теми же средними фильтрационными характеристиками.

В четвертой главе работы проведена оценка технологической и экономической эффективности применения полимеров на выбранном участке -залежи объекта Ю| Покамасовского месторождения. Данная оценка осуществлялась на базе использования результатов компьютерного моделирования полимерного заводнения в системе действующих добывающих и нагнетательных скважин выбранного участка.

. Магматическое моделирование осуществлялось с использованием трехмерной модели трехфазной фильтрации, которая учитывает:

• многообразие режимов разработки (водонапорный, газопапориый, естественным - упрут ий и режим рас торенного газа);

» н)менчивос1ь но площади и/или в вертикальном сечении коллекюрских свойсж (толщин, абсолютных проницаемостей, порисюсти, начальных насыщениоасй

породы нефтью, газом и водой, начального пластового давления);

• сжимаемость пластовой породы и фаз;

• различие плотностей фаз;

• плотности, вязкости, объемные коэффициенты нефти, газа и воды, растворимость газа, как функции давления;

• влияние капиллярных и гравитационных сил на процесс фильтрационного переноса;

• сложную динамику работы скважин - изменения забойных давлений или дебитов во времени, смену режимов заданных давлений или дебитов, отключение скважин по достигнутым обводненности или газовому фактору, перевод добывающих скважин под нагнетание, перенос интервалов перфорации, неодновременный ввод скважин в эксплуатацию и т.д.

• использование полимеров при заводнении.

Математическая модель основана на уравнениях трехмерной трехфазной фильтрации типа Маскета-Мереса. Углеводородная смесь предполагается состоящей из двух псевдокомпонентов - нелетучей нефти и газа, растворяющегося в ней. Для описания физико-химического поведения углеводородной смеси используются данные, полученные в экспериментах по дифференциальному испарению газа из нефти.

В качестве начальных условий задаются начальные распределения насыщепностей фазами и пластового давления. Па границах моделируемого обьскта мо]лт быть заданы либо услоння непротсканпя фа), либо определен характер обмена с водоносными пластами. составляющими единую гидродинамическую систему с выделенным обьсктом. Для задания начальных условий и спойств пласта вся область фильтрации можег бы п. рачбта па ряд подобластей (зон), которые отличаклея различными пористостью, абсолютной прпншГс1смос1ЫО. начальным давлением насыщения, начальными значениями 1МСМЩСШЮС1СН Геном, нефтью и водой, п также зависимое(ими 01 постельных фазовых проннцасмостсй.

Система дифференциальных уравнений, описывающая процесс фильтрации и дополненная соответствующими начальными и граничными условиями, по выбору пользователя может решаться различными методами: от явно-неявного до полностью неявного. При конечно-разностной аппроксимации может быть использована неравномерная и непрямоугольная сетка в пространстве (х, у, г) и переменный шаг по времени.

Входными данными для модели являются:

• коллекторские свойства пластов: абсолютная проницаемость, пористость;

• отметки кровли и подошвы пластов, их эффективная толщина;

• начальные насыщенности и начальное пластовое давление;

• физические свойства фаз (плотности, вязкости, объемные коэффициенты, растворимость, относительные фазовые проницаемости);

• свойства полимерного раствора (зависимости вязкости и адсорбции от концентрации, остаточный фактор сопротивления и пр.)

• информация о работе скважин;

• счётные параметры численного метода и параметры управления работой программы.

Во время работы программы на заранее заданные моменты времени происходит выдача информации, описывающей процесс разработки: технологические показатели по скважинам (мгновенные дебигы нефти, воды и газа, объемы закачки нагнетаемого агента, суммарные дебнты за весь период р;прабо1ки); суммарные технологические показатели по сеем скважинам; ншефлльные показатели разработки (пефте- и газоотдача, текущие запасы нефти, поды и газа, в гом числе по зонам); ноля давления, насмщенпостсй н т.д. (с указанием расположения скважин) и др. Предусмотрен режим управления степенью подробности выдачи ион информации. Результат расчетов мо]уг быть представлены н виде карг и ¡рафиком на экране монитора и выданы на твердую копию.

Компьютерная геологическая модель участка пласта ЮВ| Покамасовского месторождения была построена на основе структурной карты и карты эффективных нефтенасыщенных толщин.

Поскольку разработка месторождения происходит при давлениях выше давления насыщения, вытеснение нефти водой осуществляется в режиме двухфазной фильтрации. Сжимаемость нефти при давлениях выше давления насыщения предполагается постоянной и равной 1.5-10"3МПа"'.

Распределения давления и водонасыщенности в пласте в начальный момент времени находятся из предположения о существовании в исходном состоянии гравитационного равновесия при заданном положении ВНК. Ввиду того, что начальное давление в пласте выше давления насыщения, свободный газ в системе отсутствует. Значение нефтенасыщснности выше ВНК было принято равным 0.65, как при подсчете запасов.

Общие запасы нефти гидродинамической модели участка составляют 3.19

млн т.

При воспроизведении истории разработки данного участка помимо геолого-физических данных для создания уточненной математической модели месторождения и ее настройки была построена и использовалась промысловая база данных, которая содержит данные по добыче нефти и воды, а также закачке воды по каждой скважине.

Основной задачей идентификации геолого-математической модели, построенной на геофизическом и керновом материале, является уточнение фильтрационно-емкостных параметров по данным истории разработки. В настоящей работе уточнение производилось в интерактивном режиме до rex пор, пока расчсшмс и фактические показатели не оказывались достаточно близкими. Решение такой задачи существенно зависит от размерности математической модели и качества промысловой информации, т.е. досзоиерностп фактических показателей разработки.

Критерием адаптации модели, с учетом качества имеющейся промысловой информации, являлось достижение удовлетвори!ельпого совпадения фактической и расчетной динамики головой и накопленной добычи неф]и и жидкости в целом по участку, а закже динамики среднего чллемнимо давления.

В качестве базового варианта разработки (вариант 1) в настоящей работе рассмотрен вариант, предусматривающий дальнейшую эксплуатацию месторождения при условиях, сложившихся к концу периода истории разработки (на 01.01.97). Для этого при прогнозе технологических показателей на каждой добывающей скважине задан отбор жидкости, а на нагнетательной - забойное давление, сформировавшиеся к концу периода истории. С 01.01.98 осуществляется вывод из бездействия остановленных скважин.

В вариантах 2-4 предусматривается интенсификация базового варианта применением различных модификаций полимерного заводнения.

Во втором расчетном варианте предполагается локальное полимерное воздействие. Моделируется закачка небольшого объема

высококонцептрированного полимерного раствора (10%) во все нагнетательные скважины участка, начиная с 01.01.98. При этом закачка чистого полимера в пределы участка составляет 9.9 м3. Вязкость полимерного раствора 10000 мПа-с.

Вариант 3 рассчитан для оценки потенциальных возможностей технологии полимерного заводнения на данном участке и предусматривают закачку больших объемов полимера. В этом расчетном варианте моделируется процесс полимерного заводнения. Предполагается, что с 01.01.98 начинается непрерывная закачка слабокониентрированного раствора полимера во все действующие нагнетательные скважины участка. В варианте 3 вязкость раствора была подобрана в результате решения задачи максимизации коэффициента нефтеизвлечения на конец прогнозного периода (50 лет) и составила 1.45 мПа с при концентрации 0.003% .

В варианте 4 также предпринята попытка смоделировать процесс полимерного заводнения, но при использовании более концентрированного и соответственно более вязкою раствора. Вязкость раствора составляет 400 мПа-с при концентрации 0.4%. Учитывая высокую вязкость вытесняющего агента, раствор полимера закачивается не непрерывно, а в виде огорочки. Оторочка полимера закачивается с 01.01.98 но 01.01.99. т.е. одни год, при эгом расход полимера составит 14.3 м\

Основные технологические показатели разработки участка по рассмотренным вариантам рассчитаны на срок 50 лег, начиная с 01.01.97, с целью определения коэффициента тнштечштня нефти и оценки технологической эффективности

полимерного заводнения. Результаты расчетов ло каждому из вариантов представлены в диссертации.

Проведенные расчеты позволяют оценить потенциальные возможности технологии полимерного заводнения. Технологически эффективным оказался вариант 3, предусматривающий непрерывную закачку раствора полимера низкой концентрации. Расчеты показали, что существуют оптимальные соотношения концентрации полимера в закачиваемом растворе и объемов оторочки. Проведение многовариантых гидродинамических расчетов позволяет определить эти соотношения.

С учетом больших перспектив применения биополимерных композиций отечественного производства, положительного опыта лабораторных и промысловых работ необходимо дать экономическую оценку технологической эффективности биополимерного воздействия на пласты разрабатываемых месторождений с целью увеличения коэффициента извлечения нефти и снижения обводненности скважин.

Согласно действующим принципам экономической оценки вариантов разработки и методов повышения извлечения нефти, адаптированных к рыночным условиям, учитывается принадлежность месторождений к двум основным группам. Во-первых: новые месторождения с растущей добычей и оценкой всех разведанных запасов; во-вторых, старые разрабатываем-1е месторождения со снижающейся добычей и экономической оценкой только остаточных извлекаемых запасов и возможности повышения нефтеотдачи за счет применения новых технологий.

Исследуемый участок южной части Покомасовского месторождения (пласт 10В|) относится ко второй |руппе месторождении.

Для экономической оценки технологических решений использованы: отечественные и международные основные положения к составлению и содержанию инвестиционных проектов, действующие отраслевые законодательства и динамическая модель расчет экономических показателей вариантов и методов оценки разработки нефтяных месторождений ИГШГ РАН.

Оценка экономической эффективности применения биоиолимерпот заводнении была проведена но четырем вариантам: варианту 1 (базовому) с

закачкой поды, варианту 2 с одноразовой закачкой биополимера, варианту 3 с постоянной закачкой полимера и варианту 4 с закачкой оторочки биополимера.

Экономические расчеты по указанным вариантам выполнены на основании технологических параметров по этим вариантам и анализа фактической (проектной) информации ОЛО «Мегионнефтегаз» (затраты, цены, налоги), а так же на базе дополнительных затрат на биополимерное заводнение, принятых по данным НТО «ИТИН»: стоимость установки, эксплуатационные расходы для производства биополимера, его цена.

Оценка вариантов проведена по накопленной величине потоков денежной наличности, которые рассчитываются как дисконтированная разность между выручкой от продажи нефт на внутреннем и внешнем рынке и предстоящими затратами на добычу, включая налоговые отчисления.

. Таким образом, проведенные расчеты и стоимостная оценка вариантов применения биополимерного заводнения для увеличения коэффициента нефтеизвлечения и улучшения характеристики обводненности продукции свидетельствуют о высокой технологической и экономической эффективности метода и целесообразности промышленного внедрения варианта 3.

Защищаемые положения

1. Созданы научно-методические основы комплексного обоснования биополимерного воздействия при разработке нефтяных месторождений, которые включают в себя следующие этапы:

а) проведение цикла лабораторных и промысловых экспериментов по определению технологических параметров полимерного раствора;

б) проведение гидродинамического анализа процесса движения полимерного раствора с установленными свойствами в пористой среде;

п) реализация компьютерного моделирования полимерного заводнения рЛшмюш участка разрабатываемого месторождения;

г) технико-экономическое обоснование полимерного воздействия на пласт на основе данных комнькнериого моделирования.

2. На основании лабораторных и промысловых исследований впервые показана высокая технологическая эффективность отечественного биополимера БП-92 для воздействия на нефтеносные пласты с целыо повышения степени извлечения нефти из недр.

3. Дан гидродинамический анализ поведения фазовых проницаемостей и причин низкой эффективности выработки запасов нефти из сильнонеоднородных пластов при их заводнении; объяснен мезанизм отключения из процесса разработки низкопроницаемых объектов.

4. На основании компьютерного моделирования полимерного заводнения на опытном участке Покамасовского месторождения впервые показана возможность и технологическая целесообразность повышения степени выработки запасов нефти на основе предложенных технологий, включающих как локальные воздействия полимерами на призабойную зону, так и гидродинамическое воздействие с применением оторочек полимера. Результаты исследований внедрены на скважинах месторождений ЛО «Мегионнефтегаз».

5. Предложена методика технико-экономического обоснования воздействия полимерами на нефтеносные пласты.

Основные результаты диссертации изложены в следующих публикациях:

1. Власов С.А., Дьяконов A.B., Фомин A.B., Хавкин Л.Я. Расчеты влияния неоднородности проницаемости Покамасовского мес горождеппя на фазовые проницаемости и нефтеотдачу. // Нефтяное хозяйство, 1997г. №8, стр. 41-42.

2. Ьалакин В.В., Власов С.А., Фомин A.B. Моделирование полимерного заводнения слоистонеоднородпого пласта. // Нефтяное хозяйство. 1998г. №1. стр. 47-48.

3. Фомин A.B., Пономарева H.A., Лындин A.B. Экономическая оценка вариантов разработки с применением биополимеров отечественного прок толст па. // Нефтяное хозяйство. 1998г.. №4, стр. 30-32.

4. Власов С.А., Красиопевцева П.В., Каган Я.М., Фомин A.B., Рязанов А.Л. Новые иерспекшвы полимерного заводнения в России. // Нефтяное хозяйство, 1998г., №5, стр. 46-49.