СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ....................................................................4
ГЛАВА 1. ОБЗОР И АНАЛИЗ ЛАБОРАТОРНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ТЕХНОЛОГИИ ВОДОГАЗОВОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ.........................................8
1.1 Современные представления о механизме вытеснения нефти газовыми агентами...8
1.2 Обзор лабораторных исследований метода водогазового воздействия на нефтяной пласт.............................................................21
ГЛАВА 2. ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА ОБЪЕКТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ И МЕТОДИКИ ПРОВЕДЕНИЯ ФИЗИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ.......................................38
2.1. Обоснование выбора объектов исследований...........................38
2.2 Моделирование процессов водогазового воздействия в лабораторных условиях...39
2.3 Методика проведения физического моделирования и описание экспериментальной
установки..................................................................41
ГЛАВА 3. ЛАБОРАТОРНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПО ИЗУЧЕНИЮ РАСТВОРИМОСТИ ЗАКАЧИВАЕМОГО ГАЗА В НЕФТИ.................................................49
3.1 Методика проведения исследований по определению физических свойств нефти при растворении в ней закачиваемого газа...................................49
3.2 Описание и анализ результатов исследований по растворимости углеводородного газа в пластовой нефти.....................................................51
3.3 Выводы..............................................................59
ГЛАВА 4. ЛАБОРАТОРНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ ВЫТЕСНЕНИЯ НЕФТИ ПРИ ВОДОГАЗОВОМ ВОЗДЕЙСТВИИ В ОСЛОЖНЕННЫХ ГОРНОГЕОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ.....................................................60
4.1 Исследования водогазового воздействия на залежи нефти в карбонатных коллекторах................................................................60
4.1.1 Результаты исследования эффективности водогазового воздействия на залежи высоковязкой нефти (на примере Онбийского месторождения)...................60
4.1.2 Результаты исследования эффективности водогазового воздействия на залежи нефти повышенной вязкости (на примере Метели некого месторождения).........70
4.1.3 Результаты исследования эффективности водогазового воздействия на залежи средневязкой нефти (на примере Петропавловского месторождения).............77
4.2 Исследования водогазового воздействия на залежи нефти в низкопроницаемых терригенных коллекторах....................................................88
2
4.2.1 Результаты исследования эффективности водогазового воздействия с использованием попутно добываемого газа.....................................89
4.2.2 Результаты исследования эффективности водогазового воздействия с использованием сухого углеводородного газа.................................105
4.2.3 Результаты исследования эффективности водогазового воздействия с использованием азота.......................................................109
4.3 Физическое моделирование метода термогазового воздействия в условиях низкопроницаемых высокотемпературных пластов...............................114
4.4 Обсуждение лабораторных исследований................................122
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.................................................................126
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ...........................................129
3
ВВЕДЕНИЕ
Метод заводнения на современном этапе развития нефтяной промышленности считается наиболее прогрессивным, отвечающим основным принципам разработки нефтяных месторождений. Однако и при заводнении более половины извлекаемых запасов нефти остается в пласте, в связи с чем в настоящее время во всех крупнейших нефтяных компаниях изыскиваются и разрабатываются способы, которые позволят увеличить коэффициент нефтеизвлечения (КИН).
Особую актуальность проблема повышения нефтеотдачи приобретает в связи с вводом в разработку в Западной Сибири месторождений с низкопроницаемыми коллекторами, где при традиционном заводнении коэффициент нефтеизвлечения в редких случаях превышает значение 0,3 [1]. К таким объектам относится уникальное Приобское месторождение [2], где основные продуктивные пласты АСм-АСи имеют низкие фильтрационные характеристики 0,002-0,012 мкм2, а запланированный коэффициент нефтеизвлечения при традиционном заводнении составит всего 0,267.
Кроме того, за счет опережающих темпов разработки терригенных коллекторов в Урало-Поволжье неуклонно возрастает в общем балансе остаточных запасов нефти доля залежей с карбонатными коллекторами [3-4], которые преимущественно содержат вязкие нефти. Запланированный КИН для таких месторождений не превышает 0,22-0,25, что связано, прежде всего, с низким значением коэффициента вытеснения нефти водой.
В таких условиях наиболее перспективным методом повышения нефтеотдачи может стать закачка углеводородного газа в различных сочетаниях с заводнением. Широкому внедрению газовых и водогазовых технологий способствует низкая степень утилизации попутно добываемого газа (по Западной Сибири она оставляет менее 50 % [5]), который часто сжигается на факелах, большие ресурсы природного газа, ухудшение струкгуры запасов нефти, ограниченность применения других физико-химических методов, рост цен на нефть на мировом рынке и другие факторы.
Многочисленные лабораторные исследования и промысловые испытания газовых и водогазовых методов [6-77] показали их высокую эффективность. Однако для условий коллекторов, проницаемость которых менее 0,025 мкм2, и коллекторов, содержащих высоковязкие нефти, комплексных экспериментальных работ, направленных на обоснование технологий закачки углеводородного газа и оценки их эффективности, проведено не было. Существует несколько единичных
экспериментальных работ, однако информация весьма противоречива. Такое положение не позволяет априори полноценно оценить величину ожидаемой нефтеотдачи и другие
4
показатели вытеснения при водогазовом воздействии (ВГВ) в данных осложненных горно-геологических условиях.
Основной целью настоящей работы явилось физическое моделирование и изучение процессов, происходящих в нефтяном пласте при нагнетании газа высокого давления в сочетании с заводнением, а также экспериментальное обоснование выбора технологий водогазового воздействия для эффективной разработки нефтяных месторождений в осложненных горно-геологических условиях на примере конкретных объектов разработки Урало-Поволжья и Западной Сибири.
Выбор объектов исследований осуществлялся на основе комплексного анализа исходных данных: низкий проектный КИН, наличие достаточных ресурсов попутно добываемого газа, недонасыщенность нефти газом. Были выбраны ряд объектов с карбонатными коллекторами (башкирский ярус Метелинского и турнейский ярус Онбийского и Петропавловского нефтяных месторождений), содержащие нефти различной вязкости, и несколько месторождений с терригенными низкопроницаемыми коллекторами (пласт АС» Приобского, пласты АС4 и БС2 Западно-Малобалыкского и пласт Ю|° Первомайского месторождений), на которых планировалось промышленное внедрение метода водогазового воздействия.
Данная работа состоит из четырех глав, введения и заключения. Содержит 135 страниц, 17 таблиц, 43 рисунка и список литературы из 85 наименований.
В работе представлены современные представления о механизме вытеснения нефти газовыми агентами, приведен обзор и анализ работ, посвященных экспериментальным исследованиям процессов вытеснения нефти углеводородными растворителями, газом высокого давления и водогазовыми смесями. Теоретические предпосылки и проведенные экспериментальные работы показали, что эффективность газового воздействия зависит от большого количества факторов и механизм вытеснения нефти газом в сочетании с закачкой воды имеет сложный харакгер. Вследствие этого, при физическом моделировании той или иной технологии газового и водогазового воздействия для конкретного объекта разработки должны быть соблюдены геологофизические условия залежи нефти, использоваться натурный керновый материал, пластовая вода, нефть и газ, планируемый к закачке на данном месторождении, скорости фильтрации флюидов, термодинамические условия пласта и другие факторы. Созданная экспериментальная установка позволила учесть перечисленные факторы и проводить исследования с максимальным соблюдением условий залегания нефти.
Проведены исследования по определению физических свойств пластовой нефти при растворении в ней закачиваемого углеводородного газа в конкретных
5
термобарических условиях залежей нефти, охватывающие широкий диапазон различных нефтей по вязкости от 1,24 до 30,1 мПа*с. Установлено существенное влияние углеводородного газа на физические свойства нефти при его растворении, величина которого зависит от состава и количества закачиваемого газа, недонасыщенности нефти газом, вязкости и других физических свойств пластовой нефти. Получен вывод о том, что в данных термобарических условиях залежей нефти вытеснение нефти углеводородным газом будет происходить в режиме ограниченной растворимости фаз (нсфть+газ).
Исследовано влияние способа и очередности закачки агентов, стадии заводнения на показатели вытеснения нефти при водогазовом воздействии на низкопроницаемые терригенные коллектора Западной Сибири и карбонатные коллектора Урало-Поволжья, содержащие нефти различной вязкости. Для условий Приобского месторождения также изучено влияние состава газового агента на эффективность водогазового воздействия. Показана высокая эффективность метода в данных осложненных горно-геологических условиях по сравнению с традиционным заводнением, что существенно расширяет критерии его применимости. Определены значения коэффициентов вытеснения нефти, остаточной нефтенасыщенности, фазовых проницаемостей, градиентов закачки и вытеснения при водогазовом воздействии.
Впервые проведено физическое моделирование термогазового воздействия на юрские отложения Западной Сибири на примере Первомайского месторождения, где рассматривалась водогазовая составляющая метода без учета термического эффекта. Несмотря на это, получен высокий прирост коэффициента вытеснения нефти в результате закачки в условиях остаточной нефтенасыщенности пласта продуктов окислительных реакций (смесь СОг и ШФЛУ, проталкиваемые азотом), которые получались в результате взаимодействия кислорода воздуха с легкой нефтью, что подтверждает перспективность внедрения метода в низкопроницаемых высокотемпературных пластах, содержащих легкие нефти.
Экспериментальные исследования водогазового воздействия, представленные в диссертационной работе, были проведены в период с 2000 - 2006 г.г. в лабораториях институтов ДООО “Башнипинефть”, ЗЛО “УфаНИПИнефть” и ООО “ЮНГ-НТЦ Уфа” под руководством доктора технических наук, члена-коррсспондента РАЕН Л.А. Ковалевой и кандидата химических наук, члена-корреспондента РАЕН А.Г. Телина, которым автор приносит глубокую благодарность. Особую благодарность автор приносит кандидату технических наук Г.Н. Пиякову за оказанную помощь и ценные советы.
6
Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на “Региональной школе - конференции для студентов, аспирантов и молодых ученых по математике и физике” (г.Уфа, 2003 и 2006 г.г.), на V Международном технологическом симпозиуме “Новые ресурсосберегающие технологии недропользования и повышения нефтеотдачи” (г.Москва, 2006 г.), на X Международной научно-практической конференции: “Повышение нефтегазоотдачи пластов и
интенсификация добычи нефти и газа” (г.Самара, 2006 г.), на VI научно-практической конференции: 'Теология и разработки месторождений с трудноизвлекаемыми запасами", (г.Геленджик, 2006 г.), на заседаниях методического совета БашГУ, научно-техническом совете ООО “ЮНГ-НТЦ Уфа”.
Результаты работы использовались при составлении технологической схемы разработки Приобского месторождения (протокол ЦКР Роснедра от 13.07.2006 г. №3735) и вошли в 7 научно-исследовательских отчетов.
Автор искренне благодарит сотрудников ООО “ЮНГ-НТЦ Уфа” Кудашева Р.И., Иксанова И.М., Хакимова А.М., Селезнева Е.А., Сиротинского A.C., Политова М.Е., Ишмаева Э.Ф., Моисеева A.C. за помощь в работе и участии в совместных исследованиях.
7
ГЛАВА 1. ОБЗОР И АНАЛИЗ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ТЕХНОЛОГИЙ ГАЗОВОГО И ВОДОГАЗОВОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ
1.1 Современные представления о механизме вытеснения нефти газовыми агентами
Экспериментальные и теоретические исследования, а также мировая практика применения третичных методов увеличения нефтеотдачи (МУН) [6-77], показывают, что одним из наиболее эффективных методов повышения коэффициента извлечения нефти (КИН) являются технологии, базирующиеся на нагнетании в пласт углеводородных и других газов под высоким давлением, углеводородных растворителей и водогазовых смесей.
Коэффициент вытеснения нефти является интегральной характеристикой воздействия на пласт и важной составляющей КИНа. Он зависит от суммы различных факторов, определяемых как фильтрационными свойствами пористой среды для воды, нефти и газа при их совместном течении, так и физико-химическими взаимодействиями между водой, нефтью, газом и коллектором.
Как известно, при обычном заводнении значительная часть геологических запасов нефти остается в пласте по той причине, что в пористой среде на водо-нефтяном контакте благодаря капиллярным силам возникают значительные градиенты капиллярного давления. Эти градиенты направлены против градиентов гидродинамических сил, что в микронеоднородной пористой среде приводит к защемлению остаточной нефти.
При закачке газовых и водогазовой смесей в пласте возникает трехфазное течение, при котором в гидрофильном коллекторе распределение фаз происходит следующим образом [12-15]. Вода заполняет поры наименьших размеров, а также тупиковые поры и места контакта зерен породы. Нефть занимает наибольшие поры, в которых присутствует вода в виде пленки на поверхности пор и в тупиковых зонах. Газ же располагается в центральных областях наиболее крупных пор и поровых каналов, занятых нефтью. Схематически эта картина распределения флюидов в отдельной поре и в пористой среде (для гидрофильной породы) изображена на рисунках 1.1 и 1.2.
8
А
ДИ1 газ - вода
л
газ - нефть - вода
Рис. 1.1 - Модель распределения нефти, воды и газа в отдельной поре
9
Рис. 1.2 - Распределения флюидов в гидрофильной пористой среде
10
Обобщенные диаграммы распределения пор по размерам и характер их заполнения водой, нефтью и газом приведены на следующем рисунке 1.3. Как видим, газ вытесняет нефть из уже занятого ее пространства и занимает поры наибольшего размера.
МитЬсг нефть - вода
оГ рогез
Number of pores
Number of pores
Pore size
Pore size
Pore size
газ - нефть
газ - нефть - вода
Рис. 1.3 - Распределение нефти, воды и газа по порам различного размера
11
- Київ+380960830922