И геологические условия их применения

 

 

К новым методам воздействия на пласт обычно относят все методы, отличающиеся от традиционного заводнения [1, 5]. Применение новых методов предусматривает увеличение коэффициентов извлечения нефти по сравнению с их величиной при использовании природного режима залежей и заводнения.

Новые методы разработки по виду применяемого процесса можно подразделить на следующие группы:

а) физико-химические методы – вытеснение нефти водными растворами химических реагентов (полимеров, поверхностно-активных веществ, кислот, щелочей), мицеллярными растворами и др.;

б) теплофизические методы – нагнетание в пласты теплоносителей – горячей воды или пара;

в) термохимические методы – применение процессов внутрипластового горения нефти – «сухого», влажного или сверхвлажного, в том числе с участием щелочей, оксидата и др.;

г) методы вытеснения нефти смешивающимися с ней агентами – растворителями, углеводородными газами под высоким давлением.

В отличие от заводнения, каждый из новых методов может быть эффективно применен лишь в определенных геолого-физических условиях.

Физико-химические методы основаны на вытеснении нефти водными растворами различных химических реагентов, улучшающих или изменяющих в необходимых направлениях вытесняющие свойства воды. Сюда относятся водорастворимые поверхностно-активные вещества (ПАВ), полимеры, кислоты, щелочи, а также мицеллярные растворы и др. Их действие основано на снижении межфазного натяжения между нефтью и водой (ПАВ, щелочи) или устранении капиллярных сил в заводненном пласте (мицеллярные растворы), приводящем к увеличению коэффициента заводнения, или уменьшении различия в вязкостях нефти и вытесняющей ее воды (полимеры), обеспечивающем повышение коэффициента заводнения.

Теплофизические методы основаны на закачке в пласт теплоносителей – пара или горячей воды. Вытеснение нефти паром – наиболее распространенный метод увеличения нефтеотдачи пластов. Он основан на том, что пар (обладающий теплоемкостью, в 3-3,5 раза превышающей теплоемкость горячей воды при 230° С) вносит в пласт значительное количество тепловой энергии. Эта энергия обеспечивает снижение вязкости пластовой нефти, дистилляции нефти в зоне пара, гидрофилизации породы-коллектора вследствие расплавления и удаления со стенок скважины смол и асфальтенов и др. В результате повышается как коэффициент вытеснения, так и охват процессом разработки.

Термохимические методы повышения нефтеотдачи связаны с различного рода процессами внутрипластового горения нефти – сухого, влажного и сверхвлажного, в том числе с участием щелочей, оксидата и т.п. Эти методы основаны на способности пластовой нефти вступать в реакцию с нагнетаемым в пласт кислородом (воздухом), сопровождающуюся выделением большого количества тепла (внутрипластовым горением). Таким образом, методы предусматривают генерирование тепла непосредственно в продуктивном пласте путем инициирования процесса горения у забоя нагнетательных скважин и перемещения зоны (фронта) горения по пласту. Применяют прямоточное сухое и прямоточное влажное или сверхвлажное горение.

При прямоточном сухом горении на забое воздухонагнетательной скважины поджигается нефть и зона горения перемещается нагнетаемым воздухом по направлению к добывающим скважинам. Однако вследствие низкой теплопроводности воздуха, по сравнению с теплопроводностью пород пласта, фронт нагревания породы отстает от перемещающегося фронта горения. В результате этого основная доля генерируемого в пласте тепла (до 80% и более) остается позади фронта горения, практически не используется и в значительной мере рассеивается в окружающие породы.

При прямоточном влажном горении в пласт нагнетают в определенном соотношении воздух и воду. Вода, соприкасаясь с нагретой движущимся фронтом горения породой, испаряется. Увлекаемый потоком газа пар переносит теплоту в область впереди фронта горения, где вследствие этого развиваются обширные зоны прогрева с насыщенным паром и сконденсированной горячей водой. Следовательно, при влажном горении механизм повышения нефтегазоизвлечения достигается как за счет факторов, свойственных процессу вытеснения нефти паром, так и за счет дополнительных факторов, свойственных собственно процессу горения – вытеснения нефти водогазовыми смесями, образующимися углекислым газом, поверхностно-активными веществами и др.

К группе смешивающегося вытеснения относят вытеснение нефти смешивающимися с ней агентами – углеводородными газами: сжиженным нефтяным газом (преимущественно пропаном), сжиженным обогащенным газом (метаном со значительным количеством С₂-С₆), сухим газом высокого давления (в основном метаном) и сжиженным неуглеводородным газом – углекислым газом или двуокисью углерода.

При смешивающемся вытеснении с применением углекислого газа механизм вытеснения в значительной мере определяется состоянием двуокиси углерода в пласте. Двуокись углерода может находиться в пласте в жидком состоянии только при температуре ниже 32° С. В этом случае процесс вытеснения нефти жидкой двуокисью углерода характеризуется высокой степенью их взаимной растворимости. При растворении жидкой двуокиси углерода в нефти существенно увеличивается объем нефти, уменьшается ее вязкость и снижается проявление капиллярных сил. Так, объем нефти при растворении в ней СО₂ увеличивается в 1,5-1,7 раза, что вносит особенно большой вклад в повышение нефтеизвлечения при разработке залежей маловязкой нефти. При вытеснении высоковязких нефтей основной эффект достигается в результате увеличения коэффициентов вытеснения и заводнения вследствие уменьшения вязкости нефти. Причем вязкость нефти при смешивающемся вытеснении с СО₂ снижается тем сильнее, чем выше ее начальное значение.

Горизонтальные скважины (ГС). Одним из наиболее перспективных направлений в области разработки нефтяных месторождений, вовлечения в промышленное освоение трудноизвлекаемых запасов нефти с совершенствующимися физико-химическими методами увеличения нефтеотдачи, несомненно, являются горизонтальные технологии бурения и добычи природных углеводородов.

Речь идёт о бурении горизонтальных скважин с условно-вертикальной верхней частью ствола, участком интенсивного набора кривизны и собственно горизонтальным участком, проводимым в толще продуктивного горизонта с той или иной степенью искривления от горизонтали. Разновидностью данной области «горизонтальных технологий» являются вновь строящиеся многозабойные (многоствольные) скважины.

В последние годы набирает темпы и достаточно хорошо используется и другой подход, связанный с невозможностью или неэффективностью эксплуатации уже пробуренного «старого» фонда скважин без изменения конфигурации их ствола. Это может быть связано как со снижением добывных возможностей скважины (снижение притока нефти вследствие выработки запасов, обводнения продукции или непоправимого ухудшения фильтрационно-емкостных свойств пласта), так и с техническими причинами (произошедшей аварией внутрискважинного оборудования или потерей крепи скважины – герметичности).

Проведенные исследования различных вариантов разработки залежи по схеме расположения скважин показывают, что наиболее оптимальным является вариант вскрытия пласта, при котором горизонтальные стволы добывающих скважин расположены под углом 120° друг к другу и направлены к границе участка. Следует отметить, что бурение горизонтальных стволов, направленных в сторону нагнетательных скважин, неэффективно. В этом случае происходит более быстрое обводнение продукции добывающей скважины из-за прорыва воды по главной линии тока.

Главным преимуществом горизонтально-направленных скважин является достижение высоких технологических показателей за счет разуплотнения сетки скважин. Опытно-промышленные работы показали, что при уменьшении количества скважин удалось не только сохранить, но и увеличить темпы отбора по сравнению с вертикальным вариантом. Таким образом, за счет разуплотнения можно снизить общее количество скважин более чем в 2,3 раза, т.е. снизить капитальные вложения в 1,8 раза, при этом увеличив как конечный коэффициент нефтеизвлечения, так и темпы разработки.

Несмотря на ряд преимуществ применения горизонтальных технологий, фактическая эффективность их значительно ниже теоретически возможной. Не всегда оправдываются ожидания по дебитам, в некоторых случаях происходит быстрое обводнение продукции скважин. Причинами недостаточной эффективности горизонтальных скважин, возможно, являются особые условия вскрытия продуктивного пласта горизонтальным стволом, т. е. длительное время воздействия промывочной жидкости на пласт и различных химреагентов на призабойную зону пласта, неоднородность геологического строения пласта-коллектора, несовершенство методов определения гипсометрического положения точки входа в продуктивный пласт и другие факторы.

На нынешнем этапе начала истощения на земле нефти и газа и быстрого роста их стоимости особую ценность приобретают технологии, которые позволяют с малыми затратами увеличить их добычу на уже эксплуатируемых месторождениях. Однако применяемые в настоящее время технологии как правило не достигают этой цели.

Здесь прежде всего подразумеваются технологии массированного воздействия на залежь в виде различных модификаций поддержаний пластового давления (ППД) и вытеснения нефти различными жидкими или газообразными реагентами. Эти методы вначале безусловно приводят к определенному повышению добычи нефти. Однако стоимость их очень высока, осуществление растягивается на долгое время, что, в свою очередь, приводит за этот период к естественному новому изменению параметров пласта и флюидов, требующих дополнительной корректировки проекта и финансирования. Важнейшее обстоятельство – конечный технологический результат оказывается не достигнутым из-за того, что закачиваемые реагенты продвигаются главным образом по фронту наиболее проницаемых зон пласта, лишь частично вовлекая в эксплуатацию менее проницаемые зоны. Как итог – экономическая составляющая, т.е. дополнительная добыча нефти на вложенный рубль весьма и весьма низка.

Другая группа так называемых вторичных методов увеличения добычи нефти применяется непосредственно на отдельных скважинах с падающей добычей, растущей обводненностью или увеличением газового фактора (ГФ). Как правило, такие скважины оборудуются достаточно дорогостоящими вспомогательными устройствами – газлифтом или насосами – и продолжают еще какое-то время форсированно добывать нефть, усугубляя при этом коллекторские свойства призабойной и дренируемой зон пласта за счет активного снижения забойного давления и подтягивания газового и/или водяного конусов. В итоге наблюдаются все снижающийся дебит и значительные энергетические затраты, а расчетный коэффициент нефтеотдачи дренируемой зоны пласта либо никогда не достигается, либо экономическая составляющая чрезвычайно низка.

СОРО-технология или Система Оптимизации Добычи Нефти (SORO-System Oil Recovery Optimization) [17]

В отличие от названных выше технологий и методов увеличения суточной добычи нефти и коэффициента нефтеотдачи, СОРО-технология относится к категории реабилитационных методов. Она снижает те негативные явления, которые развились в призабойной зоне пласта (ПЗП) и зоне его дренирования за счет определенного отклонении от режима добычи, восстанавливает коллекторские свойства пласта, что и ведет в итоге к росту суточной добычи и конечной нефтеотдачи.

Технология СОРО была разработана и запатентована американской фирмой. Её президент В. М. Шапошников был приглашен Ухтинским государственным техническим университетом для презентации, которая весьма успешно прошла в ноябре 2005 г. в УГТУ, «Печорнипинефти», а также в Усинске – «ЛУКОЙЛ», «Северная нефть» и «Енисей».

Суть технологии. СОРО-технология применяется прежде всего на нефтяных, нефтегазовых и нефтегазоконденсатных месторождениях с газонапорным режимом, режимом газовой шапки или их комбинации с водонапорным режимом. На скважинах этих месторождений со временем, то ли в результате естественного снижения пластового давления, то ли при определенном нарушении технологического режима эксплуатации или добычи, начинают расти газовый фактор, газовый скин-эффект, водяной или газовый конуса. Относительная проницаемость по газу растет, а по нефти – падает. Все это и приводит к снижению продуктивности скважин.

Спектр применения. Разработанные к настоящему времени модели СОРО-технологии применяются в нефтяных или нефтегазоконденсатных скважинах:

- фонтанирующих, находящихся на зрелой стадии разработки, когда начинает заметно снижаться продуктивность скважин, растет газовый фактор и/или обводненность;

- газлифтных, т. е. оборудованных газлифтом после наступления стадии снижения добычи и роста газового фактора и/или обводненности.

Технические и программные средства технологии. Главным и единственным техническим средством СОРО-технологии являются запатентованные в США забойные устройства в виде многопараметрической трубки Вентурри или сопла Лаваля. По сути дела их прародителем был стандартный забойный штуцер, от которого их отличает современный высокоточный расчет формы и размеров применительно к каждой скважине индивидуально, полностью соответствующим новым параметрам системы пласт-скважина.

Программное обеспечение СОРО-технологии осуществляется, собственно, разработанным комплексом компьютерных программ, увязывающих в единую цепочку все процессы системы пласт-скважина и обладающих обратной связью. Комплекс программ СОРО-технологии является уникальным и не может быть скопирован, т.к. его оригинал хранится только в анналах создавшей его компании.

Практика применения и эффективность. СОРО-технология применялась в ряде стран с различными геологическими условиями, в основном на зрелой стадии разработки месторождений. На ранней стадии создания технологии она применялась в Западной Сибири, затем при дальнейшем совершенствовании – в различных штатах США (Тексас, Луизиана), в Венесуэле, Мексике, Узбекистане, на суше и на море.

Диапазон глубин скважин очень широк – от 2000 м до 5500 м. Суточный дебит скважин колебался от 1-2 до сотен тонн в сутки, обводненность – от 5 до 40-50%.

Применение СОРО-технологии позволило снизить обводненность на 40-50% и увеличить дебит нефти на величину от 10% до 60%, удерживая его от нескольких месяцев до 1-1,5 лет.

Необходимо упомянуть подготовленный командой СОРО оптимальный режим реабилитации скв. 100 известного месторождения Ю.-Кыртаель, который был сделан по просьбе компании «ЛУКОЙЛ-Коми». Здесь за 2 последних года эксплуатации (2004-2006) суточный дебит нефти снизился с 57 м³/сут. До 35 м³/сут., т.е. почти на 40%. Газовый фактор ГФ за тот же период вырос до 2440 м³/т, или почти в 3 раза больше, по сравнению с соседним Кыртаельским месторождением. Иначе говоря, здесь по нашим оценкам, прорвался большой газовый конус со всеми вытекающими негативными последствиями вплоть до сваливания скважины полностью в газовый режим. Расчеты по программе СОРО на летний период 2006 года показали, что немедленное применение СОРО - технологии позволит в первые же 2 недели снизить ГФ на примерно 34%, а суточный дебит поднять на 10 м³/сут., или на 28,5%.

Важнейшим показателем высокой эффективности СОРО-технологии является то, что наряду с увеличением суточной добычи одновременно возрастает на 30-45% достигнутый коэффициент нефтеизвлечения.

Наряду с описанными выше технико-технологическими преимуществами СОРО - технологии важно, выделить ее экономическую составляющую, которая складывается из нескольких элементов:

- стоимость услуг СОРО по реабилитации каждой скважины конкурентна с любой современной технологией – как для скважинных, так и для площадных методов в пересчете на скважину;

- срок окупаемости каждой установки колеблется от 1-2 недель до 1-2 месяцев в зависимости от состояния скважины, пласта и режима эксплуатации;

- использование упомянутой мандрели в тандеме с ЗУ исключает необходимость проведения дорогостоящих и длительных спуско - подьемных операций с НКТ для крепления ЗУ;

- себестоимость добычи нефти с СОРО в связи с увеличением нефтеотдачи значительно сокращается, что чрезвычайно важно для экономики добывающего предприятия;

- увеличение коэффициента нефтеотдачи дренируемой зоны каждой скважины от достигнутой на величину до 30-45% может привести к достижению конечной нефтеотдачи ее до величины 50%, что практически в мире достигается чрезвычайно редко; при этом допускается полное исключение необходимости весьма дорогостоящего площадного заводнения, а также во многих случаях сгущение сетки добывающих скважин.