Реферат: Нефтеотдача пластов
СОДЕРЖАНИЕ
СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ РАБОТ ПО НЕФТЕОТДАЧЕ ПЛАСТА
ВВЕДЕНИЕ
Под нефтеотдачей продуктивного пласта в нефтепромысловой практике понимается степень использования природных запасов нефти. Ввиду того, что естественные запасы нефти в недрах земли небезграничны, а открытие новых нефтяных месторождений требует затраты огромных средств и времени; достижение высокой нефтеотдачи пластов уже открытых месторождений имеет исключительно важное значение для страны.
Цель курсовой работы: изучить нефтеотдачу пласта и пути ее увеличения, изучение и определение коэффициентов нефтеотдачи по геолого-промысловым данным.
Нефтеотдача пластов, или степень извлечения подземных запасов нефти, в значительной мере влияет на объем капитальных вложений в поисковое и разведочное бурение, а также на планирование прироста промышленных, перспективных и прогнозных запасов. Кроме того, знание фактической величины нефтеотдачи имеет большое значение для оценки остаточных запасов, эффективности применяемых систем разработки, перспектив и масштабов внедрения новых методов разработки на длительно разрабатываемых залежах. Нефтеотдача пластов зависит от геологических условий залегания нефти в недрах, неоднородности пластов, физических свойств коллекторов и содержащихся в них жидкостей, системы разработки и методой воздействия на пласт, а также от предела экономической рентабельности эксплуатации скважин. Добыча нефти должна расти не только за счет ввода в эксплуатацию новых месторождений, но и за счет увеличения нефтеотдачи разрабатываемых месторождений. Количество остаточной нефти по ряду месторождений определяется десятками и сотнями миллионов тонн. Небольшое увеличение нефтеотдачи пластов равноценно открытию нескольких крупных месторождений. Экономические выводы, связанные с получением дополнительной добычи нефти и использованием промысловых сооружений, будут огромны. Таким образом, перспектива увеличения нефтеотдачи, т.е. решение проблемы максимального извлечения нефти из недр, является одной из крупных народнохозяйственных задач.
НЕФТЕОТДАЧА ПЛАСТОВ
Один из показателей эффективности режима работы залежей и в целом процесса ее разработки - нефтеотдача (степень полноты извлечения нефти). Ее характеризуют коэффициентом нефтеотдачи (вводится термин коэффициента нефтеизвлечения), причем различают конечный, текущий и проектный коэффициенты нефтеотдачи.
Под текущим коэффициентом нефтеотдачи (текущей нефтеотдачей) понимается отношение добытого из пласта количества нефти па определенную дату к балансовым (геологическим) ее запасам. Текущая нефтеотдача возрастает во времени по мере извлечения из пласта нефти. Конечный коэффициент нефтеотдачи - это отношение извлеченных запасов нефти (добытого количества нефти за весь срок разработки) к балансовым запасам. Проектный коэффициент нефтеотдачи отличается от конечного (фактического) тем, что он обосновывается и планируется при подсчете запасов нефти и проектировании разработки. На основании экспериментальных и статистических промысловых данных считают, что конечные коэффициенты нефтеотдачи в зависимости от режимов работы залежей могут принимать такие значения:
водонапорный режим... ... ... ... . .0,5-0,8
газонапорный режим... ... ... ... ...0,1-0,4
режим растворенного газа... ... .0,05-0,3
гравитационный режим ……. .0,1-0.2
Так как напорные режимы характеризуются высокими конечными коэффициентами нефтеотдачи, а также высокими темпами отбора нефти, то часто с самого начала разработки целесообразно изменить, естественный режим и принудительно создать в залежи водонапорный или менее эффективный газо-напорный режим. Упругий режим всегда переходит в другой режим. При вытеснении газированной нефти водой нефтеотдача может повышаться за счет того, что часть нефти замещается неподвижным газом.
При напорных режимах, учитывая физическую сторону процесса вытеснения нефти и реальное движение жидкости к системе скважин, коэффициент нефтеотдачи (нефтеизвлечения) представляют (по предложению А.П. Крылова) как произведение коэффициентов вытеснения нефти из пласта и охвата пласта разработкой:
Под коэффициентом вытеснения понимают отношение объема нефти, вытесненной из области пласта, занятой рабочим агентом (водой, газом), к начальному содержанию нефти в этой же области. Как известно из физики пласта, коэффициенты вытеснения зависит в основном от кратности промывки (отношения объема прокачанного, рабочего агента к объему пор), отношения вязкости нефти к вязкости рабочего агента, коэффициента проницаемости, распределения размера пор и характера смачиваемости пород пласта. В гидрофильных высокопроницаемых пористых средах при малой вязкости нефти, по данным М.Л. Сургучева, коэффициент вытеснения нефти водой может достигать 0,8-0,9. В слабопроницаемых частично гидрофобных средах при повышенной вязкости нефти он составляет 0,5-0,65, а в гидрофобных пластах - не более 0,25-0,4. Вместе с тем, при смешивающемся вытеснении нефти газом высокого давления, углекислым газом и мицеллярным раствором, т.е. при устранении существенного влияния капиллярных сил, коэффициент вытеснения достигает 0,95-0,98.
Под коэффициентом охвата понимается отношение объем породы, охваченной вытеснением, ко всему объему нефтесодержащей породы. Он характеризует потери нефти по толщине и площади пласта в зонах стягивающих рядов добывающих скважин, разрезающих рядов нагнетательных скважин, в неохваченных дренированием и заводнением зонах в слабопроницаемых включениях, слоях, линзах, пропластках и застойных зонах, которые контактируют непосредственно с обводненными слоями и зонами или отделеных от них непроницаемыми линзами и слоями. В сильно расчлененных пластах остаточная нефтенасыщенность, которая может достигать 20-80%, существенно зависит от размещения скважин, условий вскрытия пластов в них, воздействия на обособленные линзы и пропластки, соотношения вязкостей нефти и воды и др.
В целом нефтеотдача зависит от многих факторов, пути управления которыми в настоящее время известны или изучаются, ибо большая доля запасов нефти все же остается в пласте. Увеличение коэффициента нефтеотдачи - актуальная и важная народнохозяйственная задача, на решение которой направлены усилия нефтяников.
СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ РАБОТ ПО НЕФТЕОТДАЧЕ ПЛАСТА
В нашей стране большое развитие получили научные исследования по поискам и разведке нефтяных и газовых месторождений, а работы по изучению нефтегазоносных толщ, направленные на повышение извлечения геологических (абсолютных) запасов нефти, еще не достигли должного уровня.
В научно-исследовательских институтах проведен целый ряд больших теоретических и экспериментальных исследований, связанных с нефтеотдачей пласта, в результате которых освещены многие вопросы механизма вытеснения нефти водой. Значительная работа проделана по изучению параметров пласта и насыщающих их жидкостей и газов в лабораторных и промысловых условиях геофизическими методами.
Однако в работах институтов еще недостаточно уделяется внимания тематике исследований по нефтепромысловой геологии. Особенно слабо в планах институтов представлена тематика по изучению нефтеотдачи пласта. Во многих институтах нет лабораторий по нефтепромысловой геологии.
В результате отставания научных исследований фактические величины коэффициентов нефтеотдачи для разных геологических условий и различных систем разработки остаются невыясненными.
Представления о величинах коэффициентов нефтеотдачи зачастую складываются по результатам лабораторных исследований. Однако в лабораторных опытах практически невозможно воспроизвести сложные природные условия, влияющие на процесс вытеснения нефти. Поэтому полученные в лабораторных условиях данные могут характеризовать лишь максимальную нефтеотдачу. Так, например, конечные коэффициенты нефтеотдачи, полученные в УфНЙИ по лабораторным данным при вытеснении нефти водой, по девонским пластам Туймазинского месторождения достигают 73-77%, по Шкаповскому месторождению по пласту Д - 73-77%, по пласту Д - 78-74%, по девонскому пласту Чекмагушского месторождения - 71-73%, по угленосному горизонту Арланского месторождения - 60-75%. Не говоря о высоких цифрах нефтеотдачи по Туймазинскому и Шкаповскому месторождениям, совершенно очевидным является недостижимость полученного коэффициента отдачи по Арлану, где вязкость нефти в пластовых условиях достигает 20 сантипуаз.
Завышенные величины коэффициента нефтеотдачи, получаемые в лабораторных условиях, кроме целого ряда других причин, объясняются главным образом неучетом неоднородности пластов и величины водного фактора. Степень неоднородности, включая в это понятие многослойность и расчлененность, в значительной мере влияет на величину коэффициента нефтеотдачи. При исследовании кернов зачастую прокачивают большое количество вытесняющей жидкости, нередко превышающее десять объемов порового пространства исследуемой пористой среды. На практике при разработке нефтяных пластов через нефтяную залежь проходит значительно меньшее количество воды. По пласту XVI Октябрьского района Грознефти, который разрабатывается с 1961 г., водный фактор достиг лишь 3,0. Поэтому при сопоставлении результатов лабораторных и промысловых исследований необходимо учитывать количество воды, прошедшей через пласт пли образец керна.
За последние годы по ряду пластов, находящихся в конечной стадии разработки, проведены определения конечного коэффициента нефтеотдачи по геолого-промысловым данным. Весьма интересные данные получены по месторождениям Азербайджана и Чечено-Ингушской республике. Очень низкие коэффициенты нефтеотдачи получаются при разработке залежей КС: так, на Биби-Эйбате за 25 лет разработки коэффициент отдачи едва достиг 0,1; на Маштаги-Бузовнинском месторождении по горизонтам I-V он равен 0,17, по горизонтам II и III-0,30; на Калинском месторождении по горизонтам 11-12 (первое поле) коэффициент нефтеотдачи составил 0,326. Более высокие коэффициенты отдачи достигнуты при разработке ПК свиты, характеризующейся лучшими коллекторскими свойствами. Так, в Сураханах (юго-восточное поле) по ПК коэффициент нефтеотдачи составил 0,25, по ПК - 0,3; в Буховнах (центральное поле) - 0,28, в Бинагодах - 0,34, в Маштагах (южное крыло) - 0,41. Довольно значительные величины коэффициентов нефтеотдачи получены при разработке пластов с водонапорным режимом: по ПК свите Чахнагляра он составил 0,76, по горизонтам У1 я У1а балаханской свиты в Сураханах достиг 0,80. Получение высоких коэффициентов нефтеотдачи объясняется также большой плотностью разбуривания (до 1,5 га на скважину) и значительными водными факторами.
Высокие коэффициенты конечной нефтеотдачи определены (при 98% -ной обводненности) по ряду пластов месторождений Чечено-Ингушетии. Так, по пласту XIII Октябрьского месторождения коэффициент равен 79,5%, по пласту XVI-79,5%, по пласту XXII - 85%; по пласту XII Ташкалинского месторождения он составил 80,5%, по пласту XVI-79,5%; по пласту XI Старогрозненского месторождения он составил 70,5%. Как установлено исследователями указанных месторождений, наличие ярко выраженного водонапорного режима, аномально высокой температуры и высокой проницаемости (1,4-1,8 дарси), а также вытеснение нефти щелочными водами обеспечили высокую нефтеотдачу.
По другим пластам с проницаемостью 500-1000 миллидарси (пласты XI, XX и XXI Октябрьского месторождения, пласт XIV месторождения Горы-Горской, пласт XVIII месторождения Горяче-Источненского) нефтеотдача колеблется от 68 до 53%, а по пластам I, II, XII и XIX Октябрьского месторождения, где проницаемости еще ниже (от 100 до 500 миллидарси), нефтеотдача достигает 35 - 51%.
На примере разработки этих месторождений следует отметить большое значение водного фактора для повышения нефтеотдачи пласта. По пласту XVI Октябрьского месторождения коэффициент нефтеотдачи для безводного периода составил около 0,60, а при водном факторе 3,0 коэффициент отдачи увеличился на 0,25. Для такого увеличения понадобилось более 25 лет, причем обводненность нефти за это время достигла 99%, безводный период составил 15 лет, а водный более 25 лет.
На основании этих данных можно сделать следующие выводы.
1. Безводный период добычи нефти для такого типа месторождений составляет 23-35% от всего времени эксплуатации залежи.
2. За безводный период отбирается от 25 до 30% всех промышленных запасов нефти.
3. Увеличение водного фактора дает значительное повышение коэффициента нефтеотдачи.
Лабораторные данные показывают большое увеличение коэффициента нефтеотдачи за счет повышения водного фактора, чем получается по геолого-промысловым данным. Эта разница, вероятно, объясняется тем, что в лабораторных экспериментах не учитывается неоднородность пласта.
Соотношение добычи нефти в безводный и водный периоды не может быть одинаковым для различных геологических условий. Для пологих структур восточной части Русской платформы, где крупные запасы нефти содержатся в водоплавающих частях залежей, добыча нефти в водный период будет более значительной и длительной.
Таким образом, надо выделять нефтеотдачу для безводного и водного периодов разработки, а конечные коэффициенты нефтеотдачи следует рассматривать в зависимости от величины водного фактора.
В последние годы местными институтами и производственными организациями проведены определения конечных коэффициентов нефтеотдачи по заводненным частям пластов ряда месторождений Русской платформы, поскольку в этих районах практически еще нет выработанных залежей. Сравнительно высокие коэффициенты нефтеотдачи получены по пласту Б2 угленосного горизонта, по месторождениям Зольный овраг коэффициент составил 0,66, Стрельный овраг - 0,60, Яблонов овраг - 0,60, Губино - 0,6. По девонским пластам Яблонового оврага коэффициент равен 0,64; по горизонту Д1Константиновского месторождения - 0,71, по горизонту Д - 0,58, по горизонту Д - 0,67; по горизонту Д Соколовогорского месторождения - 0,42 и по горизонту Д - 0,61.
Методика определения конечного коэффициента нефтеотдачи по всем месторождениям одна и та же и определяется он как отношение общего количества добытой из пласта нефти к разности первоначальных и остаточных запасов, которая относится к промытой части залежи.
При определении коэффициентов нефтеотдачи по заводненным частям залежей в ряде случаев берутся в расчет средние данные по пласту, а не параметры той части залежи, в пределах которой осуществляется замещение нефти водой. В результате коэффициент нефтеотдачи не отвечает тому объекту, который подвергся заводнению.
Многочисленными исследованиями установлено, что периферийные участки залежей, как правило, характеризуются более низкими значениями параметров пласта, чем центральные приподнятые участки. В погруженных частях структур пористость, проницаемость и нефтенасыщенность пород значительно слабее. Следовательно, нефтеотдача по периферийным участкам должна быть ниже, чем средняя по пласту. Поэтому полученные по заводненным частям коэффициенты нефтеотдачи в ряде случаев завышены.
Точность величин коэффициента нефтеотдачи зависит от достоверности величин, входящих в формулу подсчета запасов объемным методом, в частности от эффективной мощности пласта, коэффициента нефтенасыщения и других параметров.
Нефтенасыщенность изменяется по площади от центра к периферии от 90 до 60%. Эта закономерность имеет большое значение для платформенных условий, характеризующихся наличием больших размеров водоплавающих частей залежей. Когда исследуется нефтеотдача периферийных частей залежи, для расчета надо брать не среднюю, а конкретную величину нефтенасыщенности, характеризующую эту часть залежи.
Для определения нефтенасыщенных мощностей пород и вместе с тем и коэффициента нефтеотдачи большое значение имеет точная отбивка водо-нефтяного контакта (ВНК), с которым связана самая большая площадь на границе нефти и воды. Для средних размеров нефтяных залежей Русской платформы ошибка в отбивке ВНК на 1 м искажает величину извлекаемых запасов на 500-700 тыс. тон, а для крупных месторождений - на несколько десятков миллионов тонн.
Современные методы определения ВНК недостаточно точны. Колебания его отметок зачастую вызваны литологической изменчивостью нефтесодержащих пластов. Особенно затруднительна точная отбивка ВНК с разрезами маломощных пластов, когда при различной проницаемости пластов получаются неоднозначные электрометрические показатели, усложняющие интерпретацию при испытании разведочных скважин и наблюдениях за появлением воды в эксплуатационных скважинах в процессе разработки месторождения нельзя получить точной отметки ВНК. Наиболее надежны промыслово-геофизические и радиометрические методы. Однако и они еще не обеспечивают требуемой точности определения положения ВНК.
Необходимо продолжать исследования ВНК до получения возможно более точной его отбивки главным образом геофизическими и радиометрическими методами.
Большое влияние на снижение конечной нефтеотдачи оказывает несовершенство методов разработки водоплавающих частей нефтяных залежей. В ряде случаев при проходке скважин, чтобы получить безводную нефть, перфорация производится выше водоносных песчаников на 3-5 м. В результате нефтенасыщенные пропластки, залегающие в нижних частях пластов, на границе нефти и воды, могут оставаться в значительной степени невыработанными.
Это обстоятельство имеет серьезное значение как фактор, снижающий коэффициент нефтеотдачи для подавляющего большинства платформенных залежей, в которых значительные запасы нефти, сосредоточены в водо-нефтяных зонах. Так, например, в Ромашкино нефтяные залежи всей площади месторождения на 90,5% подстилаются водой.
Американцы считают, что достигнутый ими коэффициент нефтеотдачи при первичных методах добычи нефти по всем продуктивным пластам США составляет 35% от геологических запасов, причем они утверждают, что более высокую отдачу (в среднем) первичными методами добычи получить нельзя. Они указывают, что нефтяные пласты с режимом растворенного газа при самых лучших технологических методах разработки могут обеспечить суммарный отбор от 10 до 25%. В продуктивных пластах, с, упруговодонапорпым режимом коэффициент суммарной нефтеотдачи, по их мнению, может изменяться в идеальных условиях от 35 до 75%.
Если американцы говорят о среднем фактически достигнутом, коэффициенте отдачи в 0,35, то специалисты Российской Федерации считают, что в России средний конечный коэффициент нефтеотдачи составляет примерно 0,45-0,5. Однако научные исследования, показывающие полноту извлечения нефти в различных геологических условиях, еще недостаточны.
Как в США, так и в России совершенно отчетливо выделяются группа низких коэффициентов отдачи, получающихся при разработке нефтяных залежей с режимом растворенного газа, и группа более высоких коэффициентов нефтеотдачи, достигаемых в результат выработки залежей с упруговодонапорным режимом.
Средний коэффициент нефтеотдачи в целом по стране зависит от следующих основных факторов: 1) от соотношения добычи нефти на месторождениях с упруговодонапорным режимом и режимом растворенного газа, а также от удельного веса добычи тяжелой нефти, при эксплуатации которых получается низкая отдача; 2) от уровня развития методов поддержания пластовых давлений и вторичных методов добычи; 3) при прочих равных условиях от размещения и плотности скважин при разработке.
В 1960 г. примерно 72-73% общесоюзной добычи нефти приходится на месторождения с упруговодонапорным режимом. По месторождениям США таких данных мы не имеем.
За тот же год добыча нефти с поддержанием пластового давления и с применением вторичных методов в СССР достигла 65%, в то время как в США она составила лишь 28-30%. Указанные благоприятные соотношения, сложившиеся в СССР в направлении разработки месторождений и добычи нефти, повлияли на повышение нефтеотдачи.
Можно предположить, что и в ближайшие годы удельный вег добычи нефти из залежей с упруговодонапорным режимом сохранятся на уровне примерно 70-75%. Добыча нефти из пластов, разрабатываемых с поддержанием пластового давления, к 1980 г. значительно увеличится; возрастет также добыча тяжелых нефтей, что несколько повлияет на снижение среднего коэффициента нефтеотдачи. В некоторых районах будут разрабатываться глубокие горизонты, в которых следует предполагать закономерное снижение проницаемости пород и в ряде случаев наличие залежей нефти с режимом растворенного газа, что также повлияет на снижение среднего коэффициента нефтеотдачи.
Для прогнозирования динамики коэффициента нефтеотдачи на длительный период, кроме знания фактически достигнутых величин его в различных геологических условиях, необходимы детальные расчеты по ряду групп месторождений и знание многих фактором, влияющих на нефтеотдачу, в частности, большое значение имеет знание потенциальных возможностей методов поддержания давления на нефтеотдачу.
Американцы Робертс и Уокер, ссылаясь на накопленные материалы о возможностях и применении различных методов поддержания пластового давления, считают, что максимальное значение коэффициента суммарной нефтеотдачи будет не более 60%. Однако это может быть достигнуто, заявляют они, в течение следующих 50 лет. С этим их мнением нельзя согласиться. Нам представляется, что научные исследования в этой области позволят обосновать и добиться значительно большего извлечения нефти.
До настоящего времени еще нет полной ясности в потенциальных возможностях методов поддержания давления в отношении повышения конечного коэффициента нефтеотдачи. Можно считать доказан иым весьма положительное значение водного фактора в увеличение конечного коэффициента нефтеотдачи. В этом отношении приведенные выше данные по эксплуатации Грозненских месторождение являются вполне убедительными. Роберте и Уокер указывают, что заводневие является наиболее распространенным способом повышения суммарной нефтеотдачи - оно может повысить суммарную нефтеотдачу на 20-30% от запасов, и что для извлечения 1 м нефти из пласта надо прокачать через него 20м3 воды. Следует подчеркнуть, что выбор того или иного метода воздействия на пласт зависит в итоге не только от величины суммарной нефтеотдачи, но и от экономической эффективности мероприятия. Необходимо прежде всего разобраться в том, каковы фактически достигнутые коэффициенты и какие факторы, влияющие на нефтеотдачу, еще не выявлены. Кроме общеизвестных факторов, влияющих на нефтеотдачу (вязкость жидкостей, физические свойства коллекторов, величина остаточной воды и ее свойства и др.), необходимо более детально изучить влияние скоростей вытеснения нефти, оценить потенциальные возможности методов поддержания пластового давления в отношении увеличения нефтеотдачи, а также проанализировать влияние плотности сетки скважин на нефтеотдачу в различных условиях неоднородности пластов.
НЕКОТОРЫЕ ВОПРОСЫ МЕТОДИКИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ - КОЭФФИЦИЕНТОВ НЕФТЕОТДАЧИ ПЛАСТОВ ПО ГЕОЛОГО-ПРОМЫСЛОВЫМ ДАННЫМ
Особое значение для познания природных факторов, влияющих на величину нефтеотдачи пластов, имеют исследования по выработанным или находящимся в длительной разработке залежам.
Существующая в настоящее время методика определения коэффициентов нефтеотдачи по геолого-промысловым данным для выработанных залежей или заводненных участков требует значительного совершенствования и единого подхода к определению наиболее важных параметров, влияющих на нефтеотдачу пласта.
Современные методы исследования пластов позволяют в значительной степени уточнить величину нефтеотдачи, определяемую по геолого-промысловым данным, и познать некоторые особенности процесса вытеснения благодаря учету следующих факторов:
1) упругих сил пласта при определении нефтеотдачи пласта по заводненным участкам;
2) степени охвата залежи в процессе заводнения, обусловленной неоднородностью пласта и коллектора;
3) степени вытеснения нефти водой, обусловленной особенностями структуры норового пространства и капиллярными силами;
4) точности определения положения водо-нефтяного контакта как первоначального, так и текущего;
5) истинной величины нефтенасыщенности пород и т.п. Коэффициент нефтеотдачи в заводненных участках (в условиях водонапорного режима) определяется отношением добытого объема нефти из залежи к первоначальному объему нефти в пределах данного участка.
В условиях водонапорного режима добыча нефти из заводненного участка обычно принимается равной суммарной добыче по залежи в целом, что справедливо только в том случае, если текущее давление в залежи равно начальному пластовому давлению.
Если же текущее давление в залежи меньше начального пластового давления, то некоторое количество нефти будет добыто за счет упругих сил всей залежи, а не только за счет вытеснения нефти из заводненного участка. При вычислении коэффициента нефтеотдачи заводненного участка необходимо эту дополнительную добычу исключать из общей добычи нефти за счет упругих сил пласта. Влияние упругих сил пласта на нефтеотдачу заводненного участка тем больше, чем меньше относительный объем заводненного участка (по отношению ко всему объему залежи).
Точность определения коэффициента нефтеотдачи пластов, разрабатываемых в условиях водонапорного режима, зависит от точности определения заводненного объема залежи. Вследствие неоднородности пласта по проницаемости в залежи могут оставаться при данной системе размещения скважин не заводненные участки пласта. Отношение объема нефтесодержащей породы, охваченного заводнением (т.е. где прошла вода), ко всему объему нефтесодержащей породы в пределах всей залежи (в случае выработанной залежи) пли в пределах заводненного участка представляет собой коэффициент охвата залежи (в данном случае участка) заводнением. Поскольку коэффициент нефтеотдачи пласта можно представить в виде произведения коэффициентов вытеснения (т.е. нефтеотдачи однородного пласта по лабораторным данным) и охвата, то для выработанной залежи (или участка) можно вычислить достигнутый коэффициент охвата. Однако определенная таким образом величина коэффициента охвата не позволяет выявить невыработанные зоны пласта. Поэтому для более эффективного обнаружения не вырабатываемых участков пласта необходимо шире использовать не только давно применяемые геологические методы, но и методы гидроразведки, разработанные Н.П. Яковлевым во ВНИИ.
Точность определения коэффициента нефтеотдачи пласта зависит в значительной степени от точности определения нижней границы залежи.
При подсчете запасов нефти на ряде крупнейших месторождений Татарии и Башкирии до недавнего времени выделялась так называемая переходная зона. При опробовании переходной зоны на Ромашкинском месторождении во многих скважинах получены притоки чистой нефти или нефти с водой.
Существуют совершенно различные представления о так называемой переходной зоне. Одни исследователи к переходной зоне относят значительную часть нефтяной залежи только на том основании, что содержание воды в залежи несколько увеличивается по сравнению с номинальным содержанием связанной воды.
Так, Н.Н. Сохранов отмечает, что переходная зона может иметь мощность 8-10 м, а водо-нефтяной контакт залегает на расстоянии 1,5 м от зеркала воды. Если учесть, что многие крупные платформенные залежи имеют в среднем мощность пласта всего 7-8 м, то в таком представлении почти всю залежь надо относить к переходной зоне.
В.П. Савченко предлагает выделять две переходные зоны: за верхнюю границу первой переходной зоны он предлагает принимать 75% -ную нефтенасыщенность, а кровлю второй переходной зоны проводить по 25% -ной нефтенасыщенности. Следовательно, если в залежи связанной воды будет 30%, то всю залежь надо относить к переходной зоне. Однако если нефтенасыщенность пласта составляет 15-25%, то при опробовании этой части залежи можно получить только чистую воду. Поскольку эти предложения не дают точного представления о нижней границе и объеме самой залежи и, следовательно, не обеспечивают точности подсчета запасов нефти, они не могут быть приняты.
Имеющийся керновый материал дает ясное представление о нижней границе залежи и позволяет однозначно решить вопрос о так называемой переходной зоне.
Несомненно, что понятие «переходная зона» возникло в результате трудностей интерпретации данных геофизических исследований скважин и отсутствия кернов, характеризующих зоны водо-нефтяного контакта.
Проведенные во ВНИИ исследования показали, что большое влияние на четкость отбивки водо-нефтяного контакта имеют геологические условия. В мощных песчаных пластах положение ВНК определяется достаточно точно по резкому снижению кажущихся сопротивлений.
Однако существует большое число скважин, на каротажных диаграммах которых ввиду плавного уменьшения кажущихся сопротивлений невозможно точно установить положение ВНК. В этих случаях нечетная отбивка ВНК вызвана особенностями строения нефтяного горизонта, выражающимися в частом чередовании песчаных, алевритовых и аргиллитовых образований, обусловивших постепенный спад сопротивлений в зоне ВНК.
На характер изменения кажущихся сопротивлений в зоне ВНК оказывает влияние не только нефтегазонасыщенность пласта, но и физические свойства коллекторов, сопротивление вмещающих пород, неравномерное проникновение фильтрата глинистого раствора в пласт и др.
Приведенные примеры показывают, что расчлененность пласта и большое количество алевритовых и аргиллитовых прослоев не способствуют четкому определению ВНК по геофизическим данным и что точная интерпретация геофизических материалов должна основываться на данных отбора керна.
Различные результаты испытания скважин в переходной зоне свидетельствуют о том, что интерпретация физической сущности переходной зоны, основанная только на данных промысловой геофизики, субъективна и несовершенна; поэтому в одних случаях к переходной зоне относят часть нефтяной залежи, а в других к той же зоне относят водоносную часть пласта.
В действительности же под понятием ВНК следует подразумевать поверхность раздела между нефтеносными и водоносными породами, ограничивающую нефтяную залежь снизу. Выше этой поверхности при опробовании можно получить чистую нефть или нефть с водой, ниже - только воду.
Для анализа разработки крупных нефтяных залежей большое значение имеет определение текущего положения водо-нефтяного контакта. Для этого необходимо в пределах водоплавающей части крупных залежей иметь специальные неперфорированные скважины, в которых должны вестись радиометрические исследования за подъемом водо-нефтяного контакта в процессе разработки залежей.
Точность определения коэффициента нефтеотдачи пласта по геолого-промысловым данным в значительной степени зависит от знания объема пор, насыщенных нефтью. Между тем до последнего времени даже по крупнейшим нефтяным залежам страны нет ни одного достоверного определения коэффициента нефтенасыщенности по кернам, отобранным на безводных растворах. Такое положение в значительной степени отражается на точности подсчета первоначальных запасов нефти и на величинах коэффициентов нефтеотдачи пластов, определяемых по геолого-промысловым данным.
Отсутствие каких бы то ни было данных о величине истинного коэффициента нефтенасыщенности пород обусловило широкое внедрение в промысловую практику геофизических методов определения нефтенасыщенности коллекторов. Так, в Башкирии, Татарин, Куйбышевской области и других нефтяных районах внедрение этих методов дало хорошие показатели.
Для совершенствования методики определения нефтенасыщенности пластов и их практического внедрения в практику нефтепромыслового дела во ВНИИ при подсчете запасов нефти по Шкаповскому месторождению, Миннибаевской., Абдрахмановской и Павловской площадям были составлены карты нефтенасыщенности по отдельным пластам и горизонту Д в целом, которые доказывают возможность широкого использования данных Геофизических методов.
По картам нефтенасыщенности пластов были выявлены зоны с различной нефтенасыщенностью. Так, например, по Миннибаевской площади минимальный предел нефтенасыщенности пород составляет 58%, максимальный - 94%, средний по всему пласту - 87%; по Абдрахмановской площади минимальная величина нефтенасыщенности достигает 62%, максимальная - 94%, средняя-85%; по Павловской площади минимальная величина нефтенасыщенности равна 66%, максимальная - 93%, средняя - 82%; по Шкаповскому месторождению получены следующие данные: по пласту Д (верхняя пачка) минимальный коэффициент нефтенасыщенности (в долях единицы) равен 0,60, максимальный - 0,92. средний - 0,84; по пласту Д минимальный коэффициент нефтенасыщенности достигает 0,61, максимальный - 0,92, средний - 0,81. Эти данные показывают, что в целом величины нефтенасыщенности пластов, определенные по промыслово-геофизическим исследованиям скважин, вполне согласуются с геологическими представлениями о степени нефтенасыщенности пород.
Особо следует отметить, что вследствие ограниченной высоты капиллярного подъема воды процент воды в нефтяной залежи в той части ее, которая подстилается водой, будет увеличиваться по мере уменьшения мощности нефтенасыщенной части пласта, Исследования коэффициента нефтенасыщенности пород по крупнейшим нефтяным залежам платформенной области показали, что наибольшая нефтенасыщенность коллекторов, достигающая 92%, как и следовало ожидать, приурочена к повышенной части структуры и расположена в пределах внутреннего контура нефтеносности, а за его пределами, по направлению к внешнему контуру, нефтенасыщеностъ пласта постепенно убывает до 80% и далее в краевой части залежи снижается до 60%.
В качестве примера можно привести Шкаповское месторождение. Здесь в самой возвышенной сводовой части величина нефтенасыщенности коллекторов достигает 90-92%. Но по мере удаления от внутреннего контура нефтеносности к внешнему постепенно эта величина уменьшается и минимальное значение нефтенасыщенности доходит до 60%. Это очень важное обстоятельство и здесь никаких противоречий с нашими геологическими представлениями нет.
Таким образом, изучение объема порового пространства коллекторов, занятых нефтью, на примере крупнейших залежей Русской, платформы позволяет установить, что нефтенасыщенность пород в пределах одной и той же залежи неодинакова: она достигает максимального значения в зоне внутреннего контура нефтеносности пласта и минимального в краевой части залежи.
Следовательно, при определении величины нефтеотдачи заводненных участков пласта следует пользоваться не средними величинами нефтенасыщенности пластов по всей залежи, а величиной нефтенасыщенности, характерной для данного участка. Если для крутозалегающих нефтеносных пластов различие в величинах нефтенасыщенности по разрезу не оказывает существенного влияния на подсчет запасов нефти и определение величины нефтеотдачи пластов по геолого-промысловым данным, то для платформенных залежей это может привести к большим ошибкам.
Следует особо отметить, что до сих пор величины нефтенасыщенности пород, определенные геофизическими методами, не удалось сравнить с истинным нефтенасыщением пород и установить их сходимость.
Определение нефтеотдачи под действием упругих свойств жидкости и породы.
Задача 1.
Используя теорию упругого режима, разработанную В.Н. Щелкачевым, определить количество нефти, которое можно получить из залежи только за счет упругих свойств среды внутри контура нефтеносности при падении средневзвешенного по площади давления в залежи до давления насыщения.
Залежь, ограниченная контуром нефтеносности, имеет площадь - 1200 га; средняя мощность залежи = 12 м и пористость породы т = 22. Количество связанной воды = 20%. Начальное пластовое давление = 180 кгс/см2. Давление насыщения = 80 кгс/см2. Пластовая температура = 54,5° С. Добыча нефти за время падения пластового давления на (100 кгс составила 5 • 106 м3.
Объемный коэффициент только вследствие упругости нефти изменяется при пластовой температуре = 54,5° С и падении пластового давления с = 180 кгс/см2 до = 80 кгс/см2 от = 1,02 до = 1,026 см2/кгс (рис.3).
На основе этих данных можно подсчитать коэффициент сжимаемости нефти по формуле [1]
Коэффициент сжимаемости пор породы примем равным на 1 кгс/см2.
Коэффициент упругоемкости залежи подсчитаем по формуле
Искомый запас нефти, определяемый действием упругих сил, найдем по формуле
Для определения процента нефтеотдачи в зависимости от упругих свойств среды подсчитаем общий начальный объем нефти в залежи (в пластовых условиях):
Находим процент нефтеотдачи в зависимости от упругих свойств среды:
= 1,92% общего запаса нефти.
Получено нефти в результате внедрения воды из законтурной области
5.10 - 478 • 10 = 4522 • 103 м3.
Падение давления в пределах контура нефтеносности неизбежно нарушит равновесие за контуром, где давление также будет падать, и часть воды под действием упругой энергии пласта поступит в нефтяную часть пласта.
Рассмотрим законтурную кольцевую площадь = 12 000 га, занятую напорной водой, и примем при данных условиях коэффициент сжимаемости воды
Тогда коэффициент упругоемкости для указанной законтурной обводненной части пласта найдем по формуле
Как видно из сравнения коэффициентов упругоемкости для нефтяной и обводненной частей пласта, падение давления за контуром будет менее интенсивным, чем внутри контура.
Предположим, что средневзвешенное давление внутри рассматриваемой кольцевой площади уменьшится за тот же промежуток времени на
В этом случае количество воды, которое поступит в поры пласта под действием упругой энергии в пределах контура нефтеносности, будет
Таким образом, через начальный контур нефтеносности в результате гидродинамического (неупругого) перемещения воды в пласт поступит следующий объем жидкости:
Остальная часть (до 5-106м3) представляет суммарный запас, определяемый действием упругих сил. Иначе говоря, больше половины (приблизительно 51,7%) добычи нефти будет получено за счет упругой энергии нефти, породы и воды, расположенных в пределах начального контура нефтеносности и в его непосредственном окружении.
Определение коэффициента нефтеотдачи и продолжительности процесса при площадном заводнении
Задача 2.
Площадное заводнение нефтяной залежи ведется по пятиконечной системе (рис.3). Площадь элемента заложи 4, средняя мощность = 10 м; средний коэффициент пористости породи т - 0,25; содержание связанной воды равно 20% от объема пор.
Нефтенасыщенность породы к моменту начала процесса заводнения = 0,55; вязкость нефти в пластовых условиях =11 сантипуазам; объемный коэффициент нефти 1,12; вязкость воды = 1 сантипуазу. Объемный коэффициент воды = 1.
Требуется определить ориентировочно продолжительность процесса заводнения и количество нефти, которое будет получено с каждого элемента площади, если окончание процесса приурочено к достижению степени обводнения продукции эксплуатационных скважин, выражающейся величиной - 97%, а интенсивность нагнетания воды равна сутки на каждую инжекционную скважину.
При пятиточечной системе расстояние между инжекционными скважинами равно стороне квадрата-элемента площади = 4 га = 40000 м2; сторона квадрата - 1/40000 = 200 м.
Подсчитаем коэффициент М, определяемый свойствами Пластовых жидкостей, по формуле
Среднее расстояние от инжекционных скважин до контура воды к моменту прорыва ее в эксплуатационные скважины
Для этих условий величину нефтеотдачи к моменту прорыва воды в эксплуатационные скважины можно определить из графика (рис.5) как = 36%. Коэффициент заводнения для пятиточечной системы - 72,3%.
Теперь имеются все данные для вычисления продолжительности первого периода получения безводной нефти по формуле
Средний удельный расход воды в течение второго периода заводнения, принимая изменение обводнения равномерным, определится по формуле
где - степень конечного обводнения продукции эксплуатационных скважин, равная 97%, или 0,97.
Конечная нефтеотдача при = 97% и = 0,081 равна 61%, т.е. = 0,61.
Продолжительность второго периода получения водо-нефтяной продукции подсчитаем по формуле
Общий срок процесса заводнения 786 + 3385 = 4171 день, или около 11,4 года.
За время заводнения с каждого элемента площади будет добыто нефти.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Особо следует подчеркнуть необходимость экономических исследований эффективности различных мероприятий, повышающих коэффициент нефтеотдачи.
Необходимо проанализировать геолого-промысловый материал по большому количеству пластов, законченных разработкой или находящихся в конечной стадии эксплуатации. Надо пробурить ряд специальных оценочных скважин для отбора керна, чтобы выяснить коэффициент нефтенасыщения (или водонасыщенности) на новых, еще не разрабатываемых месторождениях и коэффициент остаточной нефтенасыщенности на разработанных залежах и заводненных частях нефтяных пластов в условиях, сохраняющих пластовое соотношение водонасыщения. Дальнейшее развитие должны получить теоретические и экспериментальные работы по изучению процессов движения нефти, воды и газа в пористой среде.
Большое научное и практическое значение приобретает изучение геологических критериев неоднородности нефтесодержащих пластов. Известно, что степень неоднородности существенно влияет на установление оптимальных скоростей вытеснения нефти, на характер движения контуров, на плотность размещения скважин и на величину конечного коэффициента нефтеотдачи пласта. По материалам детально разбуренных пластов должна быть получена методика количественного выражения степени неоднородности пластов.
Научные исследования по определению достигнутых коэффициентов нефтеотдачи и решение проблемы повышения нефтеотдачи являются актуальными. Разнообразие геологических условий разработки месторождений обусловливает необходимость широких исследований, охватывающих все газо-нефтяные районы. Наряду с развитием исследований на местах необходима координация работ местных и центральных институтов, что ускорит решение восьми важных научных и практических задач по увеличению нефтеотдачи пласта.
В заключение можно привести некоторые данные по нефтеотдаче пластов по Соединенным Штатам Америки и России.
Из цифр, опубликованных в зарубежной печати, известно, что по нефтяным месторождениям США величина проектной нефтеотдачи пластов с применением вторичных методов разработки составляет 33%, по некоторым другим источникам эта величина оценивается 35-37%.
Определенная нами средняя величина проектной нефтеотдачи пластов по всем месторождениям России значительно выше. Однако не следует успокаиваться, что в среднем проектная нефтеотдача у нас намного больше, чем в США. Преимущества Российской системы ведения народного хозяйства дают возможность широко применять научно обоснованные методы разработки и осуществлять заводнение и другие методы повышения нефтеотдачи в пределах всей залежи, что обеспечивает большее извлечение нефти и недр.
Вместе с тем следует отметить, что при определении достигнутых величин нефтеотдачи пластов по геолого-промысловым данным надо очень тщательно и объективно проводить анализ разработки залежей. Из данных, опубликованных в печати, видно, что по пласту XXII Октябрьского месторождения (Чечено-Ингушская республика) величина, нефтеотдачи уже достигла 97%. Этот пласт разрабатывают с 1927 г. и по состоянию герметизации промыслов отмечались потери нефти от устья скважин до товарных резервуаров. Если учесть эти потери и добытое количество нефти, то коэффициент нефтеотдачи пласта XXII будет превышать 100%. Таким образом, прежде чем говорить о величине нефтеотдачи 97%, необходимо тщательно проанализировать все фактические данные разработки.
Можно привести другой пример по кирмакинской свите Апшеронского полуострова. Известно, что эта свита сложена тонкозернистыми слабопроницаемыми разностями и нефтеотдача ее, как отмечают отдельные исследователи, по некоторым районам не превышает 10-13%. Но если учесть содержание связанной воды в породах, то, оказывается, что для коллекторов этой свиты при определении нефтеотдачи по геолого-промысловым данным принимается такой же процент (20%) связанной воды, как и для хорошо проницаемых средне-зернистых песков свиты ПК. В действительности же содержание связанной воды в коллекторах кирмакинской свиты будет больше, чем в песках свиты ПК, а следовательно, величина нефтеотдачи кирмакинской свиты (при неизменности других параметров свиты и показателей разработки) будет также больше, т.е. превысит 10-13%.
Эти примеры приводятся для того, чтобы показать, какое важное значение имеет точное и объективное определение параметров пласта и первоначальных запасов нефти.
Придавая исключительно важное значение установлению фактической величины нефтеотдачи пластов по геолого-промысловым данным для определения извлекаемых запасов, оценки эффективности применения новых методов разработки, а также планировании перспективных и прогнозных запасов и объема поисковых работ, необходимо по всем нефтяным залежам, находящимся в длительной разработке, произвести генеральный пересчет запасов нефти для определения истинной величины коэффициента нефтеотдачи. Такой генеральный пересчет должен быть произведен силами всех научно-исследовательских институтов и нефтепромысловых управлений по единым методике и программе.
Необходимо ценнейшие данные почти вековой разработки нефтяных залежей Бакинского, Грозненского, Краснодарского и других районов научно обобщить и сделать достоянием всей промышленности.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1)"Разработка и эксплуатация нефтяных месторождений», В.С. Бойко, Москва «Недра», 1990г.
2)"Нефтегазопромысловая геология», М.А. Жданов, Москва 1962г.
3)"Нефтегазопромысловая геология и нефтеотдача пласта», Гостоптехиздат 1963, под. ред. Крымов А.П.
4)"Расчеты в технологии и технике добычи нефти», К.Г. Оркин, П.К. Кучинский, Гостоптехиздат 1959г.
5)"Эффективность современных методов разработки нефтяных залежей», Б.Ф. Сургучев, В.И. Колганов.
Рис.1 Распределение насыщенности в пласте при вытеснении нефти водой.
Рис.3. Схема пятиконечной системы заводнения
Рис.2. График зависимости объемного коэффициента нефти от давления и температуры.
Рис.4. Нефтеотдача к моменту прогрева воды в эксплуатационные скважины в зависимости от свойств нефти и среднего расстояния от нагнетательных скважин до контура нефтеносности.