автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.06, диссертация на тему:Вытеснение нефти водой из наклонных слоисто-неоднородных по коллекторским свойствам пластов

- - 7 3 ?

\Э7 ч'' 4

< Министерство науки, высшей школы и технической

политики К

Государственная академия нефти и газа им.И.М.Губкина

На правах рукописи У.ДК 622.276.344

НГУЕН ХЬУ ЧУНГ

ВЫТЕСНЕНИЕ НЕМИ ВОДОЙ ИЗ НШОНШХ СЛОИСТО-НЕОдНОЮДШХ ПО КОЛЛЖГОРСШ СВОЙСТВАМ ПЛАСТОВ

Спзцлалькость 05.15.06 "Разработка и эксплуатация

нефтяных и газовых место-рскдений"

Автореферат диссертации на соискание ученой степени каццвдата технических наук

Москва, 1992 г.

/:-■■.....

Работа выполнена в Государственной академии нефти и газа >ш. И.Ы.Губкина и Институте проблем нефти и газа РАН.

Научные руководители:

Доктор технических наук, профессор Закиров С.Н. Кандидат технических наук, доцент 11ац1цыгин А.И.

Официальные оппоненты:

Доктор технических наук Николаев В .А. Кандидат технических наук Захаров Ы.Ю.

Ведущая организация - ШИИНефть

Защита диссертации состоится " " Сг^та 1992 г.

в X ь _часов на заседании специализированного совета

К.053.27.08 по защите диссертаций на соискание ученой степени кандедата технических наук при Государственной академик нефти и газа им. И.М.Губкина по адресу: 117917, Москва, ГСП--1, Ленинский проспект, дом 65, аудитория 731.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГАНГ иы. И.Ы,Губкина.

Автореферат разослан "_"_1992 г.

Ученый секретарь специализированного совет к.т.к., доцент

ощш хшктЕигат гавота

Актуальность работы

Для нефтегазовой отрасли промышленности большой интерес представляет увелинение коэффициентов извлечения нефти из нефтяных оторочек при заводнении продуктивного пласта. Одна из причин' низкой эффективности вытеснения нефти водой в нефтегазовых галеасах заключается в сложности строения продуктивных коллекторов. Большинство нефтегазовых месторождений представлено коллекторами с переслаиванием высоко- и низкопроницаешх пропластков при определенных углах их наклона. Именно данное обстоительство, по ыненитэ автора, обусловливает низкую эфеективность разработки нефтегазовых залежей.

До настоящего времени не уделялось внишние сочетанию таких факторов, как слоистая неоднородность пластов и залегание их под определенными углами наклона. В условиях сильной неоднородности пластов дз.же незначительные углы наклона могут играть существенную роль в процессах фильтрации жидкостей в нефтяных и нефтегазовых залеках, предопределяя значимость такого вида неоднородности, который условно можно назвать "косая слоистость".

Поэтому представляется, что выбранное направление исследований является актуальным для теории и практики разработки нефтегазовых залежей.

Цель работы

1. Изучение влияния такого вида неоднородности пласта, как косая слоистость, на основные показатели процесса заводнения продуктивных пластов.

2. Разработка мероприятий по воздействию на залежи с косей слоистостью с целью увеличения нефтеотдачи пласта.

Основные задачи исследования

1. Создание экспериментальной установки и обоснование методики лабораторного исследования процессов вытеснения нефти водой из модели пласта с косой слоистостью.

2. Исследование основных особенностей процессов фильтрации в таких пластах, а такзке выявление влияния различных параметров на показатели процесса заводнения.

3. Изучение влияния гидродинамических характеристик процесса заводнения на кефтеовдачу пласта с косой слоистости.

4. Обоснование мероприятий по воздействию на пласты с косой слоистостью с целью увеличения нефтеотдачи продуктивных коллекторов.

5. Математическое моделирование процесса заводнения пластов с косой слоистостью водой и сопоставление экспериментальных и расчетных результатов для различных вариантов заводнения.

Методы решения поставленных задач

При выполнении указанных исследований был использован ¡/е-тод физического моделирования. В качестве дополнительного реализован метод математического моделирования.

Научная новизна

Наиболее существенные научные результаты, по мнению автора, состоят в следующем.

1. Проведены экспериментальные и теоретические исследования процессов многофазной фильтрации жидкостей в наклонных слоисто-неоднородных коллекторах. Шявлена несимметричность протекания процессов вытеснения в зависимости от их направления.

2. Установлено, что такой вид неоднородности, как косая слоистость нефтяных и нефтегазовых пластов, может играть суиест-

венную роль в процессах заводнения.Неучет этого фактора может привести х существенному снижению конечной нефтеотдачи пластов.

3. На основе изучения динамики коэффициента охвата выявлена возможность воздействия на процессы заводнения залеаей, представленных коллекторами с косой слоистостью.

Практическая значимость работы

1. Установлена возможность применения наиболее эффективных схем заводнения-отбора жидкостей в пластах с косой слоистостью, а также выбора направления закачки воды.

2. Обнаружено, что при дренировании нефтяных и нефтегазовых пластов с косой слоистостью изменения темпа закачки и направления фильтрационных потоков способствует увеличению конечной нефтеотдачи.

3. Показана возможность исследования закономерностей процессов заводнения пласта с косой слоистостью на основе ютежтиче-ского моделирования, что позволяет рассматривать более сложные, чем при ¡экспериментальном моделировании, случаи.

Апробация работы

Основные результаты исследований докладывались на научных семинарах лаборатории газонефтековденсатоотдачи ИПНГ РАН и фирме "Статоил".

Публикации

Основное содержание работы опубликовало в препринте № 9 ИПНГ АН СССР и Гособразования СССР за 1991 г.

Объем работы

Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав и заключения. Общий объем составляет 159 страниц, в том числе 96 страниц машинописного текста, I таблица, 53 рисунка, список литературы из 103 наименований и приложение из о таблиц.

- б -

Автор благодарит своих научных руководителей, а также Сомова Ю.П., Федосеева А.П., Цусинова И.В., Сеыеноьу Г.Ю. за большую помощь при выполнении настоящей работы.

СОДЕВКШЕ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОШ

Во введении показана актуальность исследований по теме диссертации, ее научная и практическая значимость.

В первой главе рассмотрены особенности разработки нефтяных и нефтегазовых месторождений, приводится современное представление о неоднородностях продуктивных пластов и методах их изучения; дается обзор известных исследований по фильтрации гладкостей в неоднородных пористых средах; сформулированы цель и задачи исследований.

Отличительной особенностью нефтяных и нефтегазовых залежей является неоднородность по коллекторским свойствам пластов. Вопросам классификации видов неоднородных продуктивных пластов и методам их изучения посвящены труды Абасова М.Т., Ахыедова З.М., Борисова Ю.П., Бана А., Богомоловой Ä.3»., Гиматудикова Ш.К., Дементьева Л.Ф., Коядрушкина Ю.И., Лысенко В Л, , Ыаскета М., Мелик-Лащаева B.C.. Ыухарцского Э.Д., Мухаметшина Р.З., Саттарова fi.M., Чоловского И.П.,van G-euns j Li«e L.W., Weber К. J. и др.

Исследованиям фильтрации жидкостей в неоднородных пористых средах посвящено значительное число работ, затрагивающих те или иные аспекты проблемы. Так, исследованию вытеснения углеводородов водой из слоимых пористых сред посвящены труды Еабаляна. ГЛ., Эузинова С.Н., Гиштудинова Ш.К., Кондрата P.M., Кулиева A.M., Огандк~нянца В.Г., Сайфулика а.Г., Сургучева M.JI., Симкина Э.М. и др. Процессы вытеснения нефти водой е коллекторах, характеризующихся локальной изменчивостью проницаемости, изучались Гиш-тудиновым Ш.К., Евгеньевым А.Е., Таировым Н.Д., Тер-СаркисоЕЫм

Р.Ы. и др.

Исследованию вытеснения нефти водой из неоднородных пластов, имеющих щцрсдинамические "окна", посвящены работы Гусейнова Г.П., Джалилова К.Н., Келтова К).П., Мартоса В.Н., Клипса В.М., Математическое моделирование фильтрации флювдов в различных видах неоднородности дается в работах Алиева З.С., Басниева К.С., Баренблат-та Г.И., Голубева Г.В., Горбунова А.Т., Гусейн-Заде МЛ., Ентова В.М., Тумадева Г.Г., Баишева Б.Т., Бахитова Г.Г., Курбанова А.К., Максимова У.Ы., Мирзаджанзаде А.Х., Николаевского З.Н., Оруджа-лиева 2.Г., Сомова Б.Е., Рассохина Г.В., Щелкачева В.Н.,Баг+Ы R., ■Ba+enbsr^3.N.}BVmtл.3.,ВгоскТ).С.,HamiltonD-S-jHoujaworth j.E.,Lasse.te>- J.7., VJeberK.3.,0,-r Jr Р.ЛИ др.

Однако к настоящему времени не изучен такой вид неоднородности пласта, как "косая слоистость", которая,как показывается в работе, имеет принципиальное значение при разработке нефтяных и оторочек нефтегазовых залежей. Это предопределило необходимость проведения лабораторных экспериментов по вытеснению нефти зи моделей пласта с косой слоистостью.

Во второй главе представлена методика лабораторного моделирования процессов вытеснения нефти водой из наклонных слоисто-неоднородных пластов. Моделирование процесса двухфазной фильтрации производилось с учетом различных критериев подобия, выражающих соотношение отдельных характеристик натурного и ¡.»дельного пластов. За основные параметры процесса заводнения пласта с косой слоистостью принимались следующие:

$ <J Goosey

—гт ;

Jb - _ ^ JL .- -

^ = T7 ' ^ = I --

где Ь - поверхностное натяжение на границе фаз (водк-кефть); т, - пористость низкопроницаемого пропластка; , Ц - проницаемость низко- и'высокопроницаемого пропластков соответственно; -избирательный угол смачиваемости; Др - перепад давления; §'ас!р -градиент давления; - вязкость воды; - разница плотностей воды и нефти; - угол наклона пласта: ио - относительный объем закачанной в пласт воды. Критерии 'ЗС, и выражают соотношение капиллярных сил и гидродинамических сил. Критерий ЗС, требует совладения условия проявления капиллярно удерживающих сил в пористых средах. Критерии , %3 учитывают времешае хапакгери-стики процесса фильтрации, а влияние гравитационных сил ка процесс вытеснения предусматривается в критерии . Степень неоднородности пластов учитывается параметром , а влияние утла наклона пласта - параметром

Опыты производились на экспериментальной установке; состоящей из модели наклонного слоисто-неоднородного пласта, баллона с азотом для создания необходимого напора, редукторов низкого и высокого давления, разделительных емкостей с керосином и ездой 5 измерительных емкостей, вакуум-насоса и газового счетчика. Модель пласта Екяючает в себя стальной корпус прямоугольной формы и прозрачную крышку из органического стекла. Внутренние размеры корпуса модели, где размешался элемент пласта с косой слоистостью, следующие: длина 564 мм, ширина 316 ым, толщина 30 мм. В торцевых стенках на входе и выходе модели равномерно располагалось по 7 штуцеров для ввода и отвода из модели флюидов. Отключением отдельных подводящих линий в процессе экспериментов достигалось измзнение а модели направления фильтрационных потоков. Прозрачная крышка модели позволяла достаточно точно фиксировать положение фронта вытеснения.

Элемент неоднородности пласта с "косой слоистостью" моделировался двумя зонами разной проницаемости с поверхностью кон-тг^э отих зон по диагонали модели пласта (вад сверху). Лори-стад среда низкопроницаемой зоны пласта представляла собой или набивку из масзаллита или сцементированную песчако-цементную смесь, ,цля ¡¿сделирования засокопронкцаеыой зоны использовался песск разного гранулометрического состава.

Средний по модели коэффициент пористости контролировался по методу глп.ения пластового давления при отборе из модели пласта газа= Коэффициенты проницаемости зон модели пласта определялись на изготовленных из того ж.е ьатериада образцах при фильтрации газа и зод:; ^ них по линейному закону. Эксперименты проводились на моделях с соотношением проницаемостей зон пласта от 4,24 до 9,33 прч ¡абсолютных значениях от 0,1 до 1,40 ихг^ и при средней пористости коллектора 0,1-0,32.

В опатах моделировалось вытеснение углеводородных жидкостей дистиллированной водой. В качестве углеводородной аадкссти ис-' пользовался керосин. Для визуального наблюдения за процессом вытеснения вода подкрашивалась флусресцеином-натрий (С.0иго^.а405). Вытеснение производилось при средней остаточной насыщенности модели пласта связанной водой 0,18-0,26. Нагнетание в модель водя и отбор жидкостей выполнялось по различным схемам, предусматривающим вытеснение керосина как со стороны васскопрсницае-мого, так и со стороны низкопроницаемого пропластка. Кроме того, осуществлялось нагнетание (и соответственно отбор) по всей ширине модели пласта или ввод и отбор жидкостей в отдельных точках модели при различном положении точек отбора и закачки по отношению к линии контакта разнопроницазыых зон.

Методика экспериментов заключалась в исследовании двух основных периодов процесса вытеснения: безводного- от момента

начала вытеснения до прорыва воды к выходу из модели и водного - от момента прорыва воды до момента достижения обводненности продукции 0,95-0,98.

В каждом-из экспериментов определялись динамика конфигурации фронта вытеснения и площадь обводненных участков модели пласта, а такхе количество отобранных кросина и воды и объем закачанной в модель воды. 11о этим данным рассчитывались коэффициенты вытеснения и охвата пласта заводнением, коэффициенты извлечения % (допрорывный и полный) и величина обводненности продукции .

В третьей главе представлены результаты экспериментального исследования фильтрационных процессов в пластах с косой слоистостью. Основное внимание уделяется изучению динамики фронта вытеснения нефти водой при равномерном нагнетании и отборе жидкостей по толщине пропластков, изучению влияния гвдродинами-ческих характеристик на нефтеотдачу пластов и зависимости нефтеотдачи от соотношения параметров пропластков слоисто-неоднородных пластов.

При равномерном нагнетации и отборе жидкостей по толщине пропластков особый интерес представляет влияние направления нагнетания-отбора квдкостей на конфигурацию фронтов вытеснения и показатели процесса заводнения пласта.

кля изучения особенностей фильтрации флюидов при равномерном нагнетации и отборе квдкостей произведено 15 опытов с различными гидродинамическими характеристиками по схемам заводнения № I и № 2, которые отличались следующим. & схеме # I заводнение модели пласта производится со стороны низкопроницаемой зоны с отбором жвдкости из высокопроницаемой части модели пласта, а в втором случае .заводнение выполняется уже со

стороны высокопроницаемого пропластка с отбором жвдкости из низкопроницаемого пропластка.

Результата экспериментов поплавают, что равномерное нагнетание а пласт веда со сторона низкопроницаеыого пропластка приводят :с кзрчзномерному продвижении воды в моделях пластов. При зазеднекн;: пласта в этом случае уже а первоначальная момент времена фор;ируется опережающий фронт вытеснения нефти в еысоко-преюгдае^ой зопз. С течением времени отмечается ускоренное продвижение лгьг.а. обводнения по высокопроницаемой зон8 и прорыв его ;: шхэду модели. Как высокопронкцаемая, так и низкопроницае- ■ гая зоны пласта при этом оказываются малоохваченными процессами штеснен'/л. Коэффициент охвата пласта здесь сильно зависит сг гидро,-,:с-:а:агсеских характеристик и изменяется в широком диапазона: от 45,6 до 60,7%, а долрорывныЯ коэффициент изменяется г ненее широком диапазоне: от 30,3 до 42,0/5.

После прорыва воды дальнейшее обводнение пласта в данном варианте нагнетания годы развивается за счет увеличения зоны обводнеш« в высокопроницаемом прослое. Затем уже после значительного обводнения высокопроницаемого пропластка происходит более быстрое продвижение воды в низкепре кидаемом пропластка.

При достаточно длительной прошвке модели в опытах достигались максимальные значения коэффициента охвата 91,6 - 10ОД и извлечения нефти 60-67%.

Иной динамикой характеризовалась схема заводнения пластов ари нагнетании воды со стороны высокопроницаемого пропластка. В начальные моменты фронт вытеснения довольно равномерно продвигается в зысокопроницаемой зоне пласта и несколько отстает в нкзкодрокицаемом псопластке. Следует отметить, что при прочих равных условиях, само продвижение фронта обводнения к линии отбора происходит медленнее. По мере продвижения фронта вытеснения нефти водой он постепенно становится неравномерным. В мо-

мект прорыва воды к выходу в различных опытах по ?хемэ № 2 коэффициент охвата изменялся от 51,5 до 62,4%, а коэффициент извлечения от '31,2 до 35,2%. В водный период вытеснен;^ с опыте отмечалось дальнейшее увеличение зоны обводнения пласта за счет заводнения низкопроницаемого пропластка.

При достаточно длительной промывке модели достигаются максимальные значения коэффициентов охвата около 10% и извлечения - 55,с-63,2%.

Следует отметить, что при прочих раикых услов'/лх, одинаковые значения конечной нефтеотдаси в опытах по схе;<е заводнения № 2 достигается при меньшем количестве закачанной в пласт воды, чем в опытах по схеме заводнения № I.

Таким образом, в случае косой слоистости конфигурация фронта вытеснения и показатели процесса заводнзния не характеризуются "симметричностью", т.е. они зависят от того гуда закачивается вода и откуда отбирается нефть. При равномерном по толщине нагнетания воды в пласты с косой слоистостью предпочтительным, с точки зрения достижения более высокой нефтеотдачи, является вариант нагнетания воды со стороет шсокопронщаамых пропластков. Показатели процесса отличаются е бэзводкый период, однако пои достаточно длительном нагнетании воды показатели вытеснения по гаркан-там сближаются и конечная нефтеотдача зависит в основном от количества закачанной в пласты воды. Следует отмстить, что наибольшая конечная нефтеотдача не всегда соответствует каиЗольшей безводной нефтеотдаче.

Показатели процесса заводнения б безводный период при равномерном по толщине нагнетания зоды и отборе жидкости в основном зависят от гидродинамических характеристик. Для изучения влияния гидродинамических характеристик на процесс зазоднения пласта с косой слоистостью была проведена серия опытов по вытеснению неф-

ти при различных градиентах давления (2еличина градиентов давления изменялась от 0,014 до 0,042 МИа/м). Результаты опытов пока-сизаат, что уменьшение градиента давления з 3 раза монет приводить к увеличения коэффициента охзата пласта в безводный период вытеснения в 1,6 раз для схемы № I и в 1,2 раза - для схемы № 2, а коэффициентов нефтеотдачи в безводный период - на 5-6%.

При этом в опытах по схеме заводнения ?р I безводная нефтеотдача зависит неоднозначно от градиентов давления. Наибольшая безводная К2С"?готдача пласта с косой слоистостью при заводнении его по cxeve w I отмечается при значениях градиентов давления 0,021 ¡¿Ым- В опытах по схеме заводнения № 2 безводная нефтеотдача лгокот1.;счо увеличивается при уменьшении градиентов давления.

йесхсяьхо иная зависимость нефтеотдачи от динамических характеристик отмечается в водный период. Оказалось, что увеличение грздчсьтов давления в этом случае не только не уыеныпает, а даже несколько увеличивает нефтеотдачу пластов. Так. при сб-водкэкнэстя продукции 65-^6$ коэффициенты извлечения нефти для вариантов с ¿азличнами гидродинамическими характеристикам сближаются, а при конечной обводненности продукции ( AS =95-96%) наибольшее значение нефтеотдачи отмечается уже в опытах с большими градиентами давления. Следует отметить, что конечная нефтеотдача при этом з основном зависит от количества закаченной в пласт воды. Таким образом, при вытеснении углеводородоз из пластов с косой слоистостью могут существовать оптимальные градиенты давления, а, следовательно, и скорости фильтрации яркости, которым отвечает наибольшая безводная нефтеотдача. Эта оптимальная скорость фильтрации жидкостей зависят от конкретных условий, разработки, характера неоднородности и свойств флюидов пористой среды. Следует отметить, что увеличение соот-

ношения проницаемостей и пористостей различных пропластков вызывает ументшение нефтеотдачи пластов. На это указывали? результат*-» опытов, выполненных на моделях пластов с различными соотношениями проницаемости пропластков. >

Увеличение соотношения проницаемости пропластков пласта от 4 до 10 в опытах приводило к ументшению нефтеотдачи в среднем на 7-10^.

Б четвертой глазе обосновываются мероприятия по воздействию на залежи с наклонныш.слоисто-неоднородкыш пластами 'косой слоистостью) с целью увеличение нефтеотдачи. Особое зкима-ние уделяется поинтервальному воздействию на залежи с наклонными слоисто-неоднородными пластами, изменению режимов нагнетания и отбора жидкостей и направленному изменению фильтрационных потоков в пластах.

Поскольку схет нагнетания-отбора жидкостей в элементах пластов с косой слоистостью оказывает решающее влияние на показатели заводнения, даже при равномерно распределенной по толщине закачке воды, естественно предположить следующее. При нагнетании воды в такие пласты повышение эффективности заводнения можно достичь не только выбором направления закачки, но к специальным расположением точек ввода-отбора жидкости в прэпласт-ках. В промысловых условиях такие мероприятия достаточно просто реализуются, например, путем перфорации соответствующих интервалов в пропластках. Для этой цели были проведены соответствующие эксперименты.

Исследованы показатели процесса заводнения наклонных слоисто-неоднородных пластов с двумя видами размещения точек нагнетания и отбора жидкости. Первый - точки ввода и отбора жидкости расположены на одной линии, проходящей вдоль модели. В данных вариантах заводнения моделируются условия нагнетания и отбора жидкости в скважинах с интервалами вскрытия пластов на одной

глубине. При это:,: отдельные подьарианты заводнения моделируют нагнетание и отбор жвдкости у нижних границ пропластков, а другие - соответственно кагнетаг'ме и отбор жидкости у верхних отметок пропластков.

Второй вид размещения точек ввода и отбора жидкости предполагает отбор к нагнетание жидкости в точках модели, расположенных по ее диагонали. Этот зид размещения точек взода-отбора моделирует заводнение пластов с нагнеташем и отбором жвдкости из разшх "высотных" интервалов скважкк. При этом одна из схем предполагает нагнетание воды у нижней границы нкзкопроницаемого про-пластка при отборе жидкости у верхней границы высокопроницаемого пропластка, а другая является обратной ей схемой - нагнетание производится у верхней границы пропластка с высокой проницаемостью при отборе жидкости на границе раздела пропластков. Кроме того, исследсзались и другие схемы нагнетания-отбора флюздов, предполагающее вбод и отбор жидкости у верхней отметки низкопро-ннцаемого пропластка и отбор - нагнетание у нижней границы высокопроницаемого пропластка. г

Результату экспериментов показывают, что эффективность заводнения пласта с косой слоистостью ео многом зазисит от схемы поинтервального воздействия и отбора иццкости. Конечная нгкртеот-дача зависит от положения прямой линии, соединяющей точки закачки-отбора жидкости по отношению к линии раздела слоев. Оказывается, что в случае нагнетания и отбора жвдкости при одинаковых интервалах вскрытия вытеснения нефти водой отличается очень низкой эффективностью. В этом случае распространение фронта вытеснения в модели пласта происходит в основном в высокопрокицаемой зоне, а в зоне низкой проницаемости образуются застойные участки, фильтрационные процессы которых протекают с малыми скоростями. Такой характер распространения фронта вытеснения в модели пласта вполне объясняется существованием прею.^ущественкого направле-

ния фильтрациэдкчх потоков з высокопроницаеыой зоне между точками ввода и отбора гщдкости. Следует отметить, что при заводнении пласта со сторона шсокопроницаемого пропластка (э опытах описана • дй cxfci-3. № 4) вытеснение оказывается более эффективным, чем заводнение пласта со стороны низ копре ; inqaei.o г с прииластка (схема, № 3). Если допрорывнуе коэффициенты охвата пласта и извлечения в этих схемах почти одинаковы - 50,2 и 33,6^ (для схемы S 4) и 50,0 и 31,9% (для схемы № 3), то конечнол нефтеотдача различается и составляет 60,7$ и 53,3£ соотвзтсх-венно по схемам за-г*>днения # 4 и 3.

Еолео эффективными в случае кагнетадия и отбора жидкости в одинаковых интервалах пласта оказываются варианту, в которых линия закачки-отбора находится в основном з зоно низкой проницаемости (в опытах - схемы îr 5,6). В этом случае продьинзниэ фронта вытеснения в безводной период происходит боле •з равномерно как в зоне ьысокой проницаемости, так и в нкзкокроницаемэй зоне. Зто объясняется достаточно благоприятным распределением гидравлических сопротивлений в направлении позич/щзстизншго' распространения фронта вытеснения.

В результате в этих схемах заводнения достигается более значительные коэффициенты охвата и извлечения (безводного и конечного). Допсорывные значения коэффициентов охвате, и извлечения составляют 61,7 и 51 для схемы № 5 и 77,2 и 00,5;: для схемы № 6. Конечные значения коэффициента охвата для отдх схем равняются соответственно 91,6 и 97,1% и коэффициента извлечеипч-63,8 и 60,73.

В случае нагнетания и отбора жидкости из разных интервалов пластов с косой слоистостью эффективность вытеснения углеводородов зависит от положения линии закачки-отбора относительно направления напластования пропласткоЕ. Оказывается, что наихуд-

гсиыи показателями вытеснения характеризуются варианты заводнения, в которых линия нагнетания-отбора созпадает с направлением на-пластованкя пропласткоз (сх.?мы № 7,Б). Продвижение фронта вытеснения происходит в этом случае в основном в высоколроницазмой зоне, ь нигкопроницаемой зоне отмсгется незначительное внедрение воды в пласт. Такой характер распространения зоны обводнения можно объяснить преимущественна: направлением фильтрационных потоков

9

по более проницаемом участкам пласта и особенно вдоль границ прослоев . Аслрорывные значения коэфф'-щизнта охвата и извлечения составляют зС,5 к 39,95? схемы № 7 и 51,5 и 33,6/5 - для схема № 8. Конечные коэффициента охвата и извлечет« равняются 68,3 и 57,% для схемы 7 и 70,0 и 54,4 - для схе?щ $ 8,

Более высокой эффективностью нытеснения углеводородов из пласта с ::осой слоистостью обладают схемы заводнения, в которых линия нагнетания-отбора расположен* под углем к напразленж напластования ппопластков (схема 9,10). &твенениэ углеводородов з зтом случае характеризуется хорошим охватом оо'скх про-пластков процессом вытеснения. Допроризныз значения козффпциен-тоз охвата :: извлечен:« равны 70,0 и 54.5/» для схеш $ 9 и 76,1 и 50,555 - для схеха № 10, а конзчгяв значения коэффициента охвата в атих схемах оценивается в 52,5 и 91,55?, а коэффициента извлечения - 65,4 к 64,853.

Наряду с представленными выса данными для сопоставления различных ззргдктсв газоднения использовались зависимости козф-фициентов охвата и извлечения нефти от различных безразмерных параметров, учитыра!СЕз:х ггдродинамичзские и временные характеристик!. 3 результате оказалось, что наиболее эффективными из всех рассмотренных схем заводнения являются схемы № 5,9,10,5. Эти варианты отличаются от остальных как более значительным:! по величине конечны!® коэффициента!« извлечения и охзата, так и более высокими темпами их прироста на протяжении всего про-

цесса вытеснения. Кроме того, эти варианты заводнения позволяют отбирать одинаковые количества углеводородов (что и в других вариантах) при значительно меньших величинах обводненности продукции.

другим не менее эффективным способом регулирования процесса заводнения пластов с косой слоистостью является изменение динамических характеристик уже в ходе процесса Еытесненн'-и С целью установления целесообразности такого воздействия были проведе:Е! .соответствующие эксперименты. Использовались дье ехеш заводнения $ 1,2, а гвдродинамические характеристики изменялись в ходз вытеснения за счет изменения градиента давления. Производились увеличения или уменьшения градиентов давления, а та:-схе отключения обводняющихся интервачов отбора. Осуществлялось иэменениэ градиентов давления в 3 раза: от 0,014 до 0,042 МЛа/ы.

Результаты выполненных опытов показываул:, что изменение динамических характеристик в ходе процесса вытеснения (и, в частности, градиентов давления) неоднозначно влияет на основные показатели процесса заводнения слоисто-неоднородных наклонных пластов.

При нагнетании воды со стороны низкопроницаемого пропласт-ка увеличение перепада давления в опытах приводило к некоторому увеличению охвата пласта и коэффициента извлечения по сравнению с заводнением его при постоянном перепаде давления. В вариантах с по вышающимизя градиентами давления безводные коэффициенты охвата и коэффициенты извлечения на 6-7% превышали аналогичные коэффициента в опытах с понижающимися градиентами давлзкия. Таким образом, увеличение в ходе вытеснения перепадов давления способствовало повышению охвата пласта с заводнением и увеличению коэффициентов извлечения. Однако более значительные по величине пере, ады давления приводили к некоторому уменьшению как коэффициентов извлечения, так и охвата пласта в безводный период.

Значительно улучсали показатели вытеснения мероприятия, связанные с отключением обводняющихся интервалов отбора ходкости. Постепенное отключение обводняющихся интервалов отбора позволило достичь к концу безводного периода коэффициентов извлечения и охвата 69,1 и 39,6% (по схеме № 2), 62,2 и 40,4% (по схеме № I).

В водшй период вытеснения при обводненности продукции 65-66% показатели процесса во всех опытах уже мало отличались друг от друга. При длительном заводнении коэффициент извлечения нефти уже практически не зависит от градиентов давления. Конечная нефтеотдача в большей степени определяется продолжительностью прошвки и, следовательно, относительным объемом закатанной в пласт вода. Особый интерес с этой точки зрения представляют опыты с отключением обводняющихся интервалов отбора жвдкости. При почти одинаковом коэффициенте нефтеотдачи в данных экспериментах требуется закачать значительно меньшее количество воды по сравнению с аналогичными опытами без отключения интервалов отбора. Это объясняется тем, что при отключении обводняющихся интервалов отбора происходит изменение направления линий тока в застойных зонах пласта.

Тагам образом, на основе экспериментальных данных установлено, что при разработке залежей нефти с косой слоистостью изменение динамических характеристик в ходе вытеснения способствует увеличению конечной нефтеотдачи. Лучшими оказываются варианты с изменяющимися динамическими характеристиками и с отключением обводняющихся.интервалов отбора.

В пятой главе представлены результаты математического моделирования двухфазной двухмерной фильтрации углеводородных жадко-стей и воды в пластах с косой слоистостью.

На основе математического моделирования процессов вытесне-

ния в плахтах с косой слоистостью решались следующие задачи. . Во-первых, сопоставлялись данные экспериментальных исследований с результатами расчетов рассматриваемых процессов в рамках существующей хзории и двухфазной фильтрации в неоднородных средах. Во-вторых, выполненные расчеты фильтрат;^ жидко с-х-ей з на- .-' клоншх слоисто-неоднородкых пластах испсльзозались для уточнения физической интерпретации отмеченных в опытах явлений. К,-наконец, в расчетной модели задавались различные условия ргзр&бэтки . наклонных слоисто-неоднородных пластов, кстоае практически нзвозмсжно задавать при физическом моделировании. Это пзззоллгт в значительной мере расиирить круг решае:.<ь!х проблем разработка залежэЯ углеводородов с наклсгеаыи слоисто-неоднородными пласта-' ми.

¿¡ы;юлнены две серии расчетов. В первой сераи узделлроЕз.-лись условия физического экспериента, а в второй серии - более слогаые условия фильтрации, свойственные реальным нефтегазовым залогам.

В свзязи с этим при математическом моделировании использовались две расчетные модели пласта с косей слоистостью. Граничные условия в первой модели (модели А) соответствовали условиям экспериментальной модели (непроницаемые верхняя и нижняя границы элемента пласта), во второй (модели В) верхнюю и нижнюю границы основного расчетного элемента задавали проницаемыми.

Система уравнений двухфазной двухмерной фильтрации решалась конечно-разностным:! методами. Использовалась полностью неявная схема решзния этих уравнений. Применена прямоугольная пространственная сетка. Для модели А задавались распределен:« проницаемости, учитывающие особенности "косой слоистости" в экспериментах. В расчетах использовались зависимости капиллярных сил и фазовых прошщаемостей от касыщекностей, определенные

автором э лабораторных условиях для соответствующих образцов сред.

В результате расчетов установлено, что экспериментальные и расчетное данные для различных схем заводнения характеризуются хороши;.! совпадением, не только качественным, но и количественным. Так, например, к моменту окончания процесса вытеснения углеводородов при прокачкз через модель воды в количестве 1,35 объема пор расхождение экспериментальных и расчетных данных по нефтео-гдаче составляет лишь 3-5 пунктов. Несколько большее расхождение между экспериментальными и расчетными данными отмечается для величины обводненности продукции. Прорыв воды в расчетных моделях происходит несколько быстрее, чем в экспериментальной модели Так, дм схема № I прорыв воды происходит при объеме закачанной в пласт воды равном ^ = 0,28, в то время как согласно расчетам от отмечается при объеме закачки 0,21-0,23. Й какой-то мерз это расхождение объясняется неучетом г расчетах концевого эффекта, который .оттягивает момент прорыва годы в экспериментальных исследованиях.

При анализе результатов расчетов по вытеснению нефти из модели пласта В особое внимание обращено на два основных момента. зо-первых, даже при одинаковом угле наклона лропласткоЕ и одинаковой схеме нагнетания воды варианты вытеснения в моделях А и 3 отличается друг от друга по основным показателям процесса заводнения. Сопоставление данных расчетных вариантов показывает, что при одинаковом угле наклона пропластхов модель В заводняется более эффективно по сравнению с моделями А. К примеру, согласно расчетам, при закачке 1,5 объема пор воды в "расширенную" модель (модель 3) нефтеотдача ее достигает 64% по сравнению с ЪЪ% для модели А. Во-вторых, в рамках расширенной модели В, определенную роль может .играть значение угла наклона пропласт-

ков. Это наглядно показывают результаты расчетов, проведенных для случая вытеснения нефти из двух моделей В с различными углами наклона пластов. В первой из них сохраняется значение угла наклона, что и для экспериментальной модели С с< =30°). Во второй модели этот угол сокращен до 15°. 06$-модели заводняются по схеме № 2. Сопоставления показывают, что угол наклона пропластков играет существенную роль в процессах вытеснения. Уменьшение угла наклона отрицательно влиязт на нефтеотдачу пластов. Так, при закачке в пласт воды в объеме 1,5 поровых объема коэффициент извлечения уменьшается с 64% для модели с углом наклона =30° до 61% для модели с углом наклона - 15°.

■ ШВДЫ И ЗАКЛЮЧЕНИЕ

На основании представленных экспериментальных и расчетных данных исследований можно сделать следующие вывода и рекомендации.

1. Одним из существенных факторов, влияющих на разработку залежей углеводородов при их заводнении, является косая слоистость пластов, вызываемая сочетанием слоистой неоднородности продуктивных пластов залежей с наклонным их залеганием. Косая слоистость может а значительной мере повлиять на эффективность заводнения нефтяных и нефтегазовых залежей и привести, в случ£е научета этого фактора, к значигельному снижению "онзчного коэффициента нефтс-оедачи.

2. В значительной мерз показатели вытеснения нефти из пластов с косой слоистостью зависят от используемых схем заводнения пластов, включая сетку скважин и ¡иестоЪаопоТюжение в пласта эксплуатационных и нагнетательных скзаж::н, размещение интервалов вскрытия пластов з различных скважинах, темпы отбора к нагнетания жидкости и т.д. В зависимости от отмеченных параметров схем заводнения пластов с косой слоистостью могут изменяться коэффициенты охвата пласта процессом вытеснения, коэффициенты извлечения, а талоне динамика обводненког^и продукции.

3. Существуют эффективные схемы заводнения залежей с косой' слоистостью пластов, в числе которых оказываются схемы заводнения со вскрытием в нагнетательных и эксплуатационных скважинах отдельных интервалов продуктивного горизонта при задании необходимого направления вытеснения нефти.

4. 3 случае залегания низкопроницаемых пропластков над высо-копротщаемыми пропластками наиболее эффективны;« оказываются варианты нагнетания воды у подошвы высокопроницаемого пропластка с отбором жидкости у кровли низкопрсницаемого пропластка Св соответствующее элементе разработки), достаточно эффективным окажется также вариант заводнения пласта с нагнетанием воды у кровли

высокопроницаемого пропластка и отбором жидкости у кровли низкопроницаемого слоя. Несколько уступает по эффективности этим вариантам схема заводнения пластов с нагнетанием воды у кровли низкопроницаемого пропластка и отбором жидкости у подошеы: высокопрони-цаеыэго прослоя.

5. При залегании низкопроницаеыого пропластка под высэкопро-ницаедам предпочтительнее оказывается схеьы заводнения с нагнетанием веды у подошвы высокопроницаемого пропластка и отбором жуд-кости у подоены низкопроницаемого пропластка, а также с нагнетанием воды у кровли высокопроницаемого пропластка и отбором жидкости у подошвы низкопроницаеыого пропластка.

6. В том случае, когда, вследствие каких-либо причин, интервалами вскрытия нагнетательных и эксплуатационных сквалин охватывается вся толща пропластков, нагнетание воды целесообразно производить в Бысокопроницаеше пропластки, а отбор жидкости - из низкопроницаешх пропластков. Это позволит в какой-то мере уменьшить темпы обводнения эксплуатационных скважин.

7. Регулирование режима заводнения пластов с косой слоистостью с целью увеличения нефтеотдачи пласта южно осуществлять путем изменения расхода закачиваемой воды и отключения обводняющихся интервалов отбора жедкостей в добывающих скважинах.

Основные положения диссертации опубликованы в работе: "Процессы вытеснения в наклонных слоисто-неоднородных коллекторах". Препринт № 9 ИПНГ АН СССР и Гособразования СССР, Москва, 1991, с.64 (в соавторстве с Закировым С.Н. и Шандрыгиным А.Н.).

Соискатель