Циклическое воздействие на пласты при заводнении

     Очень важным свойством пластов является также степень гидродинамической  изолированности слоев, характеризующаяся  коэффициентом Ψ, представляющим собой отношение площади непроницаемой части контакта слоев ко всей рассматриваемой площади пласта. Этот параметр вводится аддитивно в показатель относительного времени τ* и характеризует запаздывание начала циклического заводнения:

      .

     Для интегрального отражения роли капиллярных  сил в эффективности циклической закачки воды вводится коэффициент удержания воды в нефтенасыщенных слоях (зонах) β. Он представляет собою долю воды, удержанной капиллярными силами в малопроницаемом нефтенасыщенном слое, куда она поступила из обводненного высокопроницаемого слоя за счет циклического воздействия, и записывается в виде.

где V₁ – объем воды, поступившей в малопроницаемый слой в полуцикле повышения давления нагнетания; V₂ – объем воды, вышедшей из малопроницаемого слоя в полуцикле снижения давления нагнетания.

     Очевидно, что при β=0, когда вода не удерживается в малопроницаемом слое, процесс циклического заводнения не будет эффективным. Такой случай возможен или в сильно гидрофобизованных пластах, когда контактный угол смачивания поверхности пор приближается к 90°, или в микрооднородной пористой среде, когда поровые каналы (поры) одинаковы по размеру. Однако и то и другое в реальных пластах не имеет места.

     Максимальный  эффект можно получить в том случае, когда весь объем внедрившейся воды будет удерживаться в малопроницаемом слое (β=1). При сильном проявлении капиллярных сил β является функцией безразмерного параметра водонасыщенности, времени цикла и может достигать 0,7—0,8,

т. е. 70—80% воды, внедрившейся в малопроницаемые  слои, удерживается там, а 20—30% возвращается в высокопроницаемые слои.

     Для конкретных объектов разработки этот коэффициент будет зависеть от смачиваемости и микронеоднородности пористой среды и должен определяться экспериментально при различных режимах процесса на естественных образцах пласта (кернах).

Эффективность циклического воздействия  на пласты

     Проведенные исследования влияния различных  факторов на эффективность процесса позволили установить идентичность зависимостей показателей эффективности циклического заводнения для коллекторов разных типов (рис 2). На рис. 2 конец разработки месторождения соответствует прорыву воды в добывающую галерею по слою с меньшей проницаемостью (τ=1/k₂), т. е. полному охвату пласта заводнением, и эффект от циклического воздействия сводится к нулю. На практике же эксплуатация нефтяной залежи осуществляется при помощи скважин, и из соображений рентабельности разработка не доводится до полного обводнения добываемой продукции. Поэтому в реальных условиях метод циклического заводнения не только интенсифицирует процесс заводнения, но одновременно и увеличивает нефтеотдачу пластов за счет повышения охвата их заводнением к моменту достижения экономического предела рентабельности эксплуатации.

     Эффективность нестационарного циклического воздействия на пласты изменением давления нагнетания воды растет почти пропорционально увеличению амплитуды колебания расхода воды (рис. 3).

     Во  всех случаях зависимость S_max=f(b) выражается практически прямой линией (см. рис. 3). Из рисунка видно также, что для получения равных дополнительных отборов нефти из коллекторов различной неоднородности необходимо задавать различный режим нагнетания:   чем   меньше  

Рис 2. Зависимость показателей          Рис 3. Зависимость прироста текущей добычи

Эффективности циклического за-       нефти S_maxот амплитуды давления нагнетания b

воднения –  текущей добычи S, на-

копленного отбора нефти χ₁, нефте-

отдачи χ₂ от безразмерного времени

τ для условий пласта А_4-5 Самотлорс-

кого месторождения.

толщинная проницаемостная неоднородность коллектора, тем значительнее должны быть амплитуды колебания расхода воды и, естественно, колебания давления нагнетания.

     В реальных условиях амплитуда колебания  расхода воды не может быть бесконечно большой. Увеличение объема нагнетания воды (при постоянном числе нагнетательных скважин) ограничивается возможностями насосов, устанавливаемых в системе заводнения. Сокращение же объема нагнетания воды, следствием которого является снижение пластового давления, не должно приводить к снижению его величины намного ниже давления насыщения. Как отмечалось, на практике целесообразно снижение пластового давления в зоне отбора ниже давления насыщения нефти газом не более чем на 15—20 %.

     Оснащение промыслов современными насосами позволяет  осуществлять процесс циклической закачки воды в пласты без дополнительных затрат на переустройство системы заводнения. Осуществление циклического заводнения с полной остановкой нагнетательных скважин (b=1), когда в фазу повышения давления нагнетания расход увеличивается в 2 раза (при сохранении неизменным среднего уровня закачки), может потребовать установки высоконапорных насосов, позволяющих закачивать воду при максимальных давлениях на устье скважин до 22–25 МПа.

     При выборе той или иной амплитуды нужно учитывать, что отключение нагнетательных скважин и даже ограничение объемов закачки воды уменьшением давления нагнетания могут привести к замерзанию нагнетательных скважин и водоводов в зимнее время или появлению в них нефти.

     Эффективность циклического заводнения снижается с ростом относительного времени   начала   циклического   заводнения   τ*.

     Время начала циклического заводнения влияет не только на величину эффекта, но и  на длительность его проявления, а  также на время достижения максимального  значения эффективности. Чем раньше начато циклическое заводнение, тем большую долю дополнительной накопленной добычи нефти можно обеспечить к концу разработки в общем объеме накопленной добычи нефти. Начало применения метода на поздней стадии разработки надо считать менее целесообразным, поскольку дополнительная добыча нефти за счет метода приходится на период, когда разработка сопровождается отбором больших количеств воды (рис. 4). Для некоторых нефтяных месторождений на этом рисунке показано изменение максимальных значений текущих показателей эффективности метода χ₁ (прироста добычи нефти) в зависимости от относительного времени начала циклического заводнения τ*. Из рисунка видно, что при увеличении τ* максимальные значения χ₁ по всем объектам резко снижаются. С учетом масштаба времени часть зависимостей (рис. 4) перестроена в абсолютном времени t* (рис. 5). При пересчете использовалась прогнозная динамика обводнения продукции этих объектов, полученная при определении перспектив их разработки.

Рис 4. Зависимость относительной дополнительной добычи нефти χ_{1 max} от oотносительного времени начала циклического заводнения τ* для разных месторождений.

Месторождения: 1— Шаимское; 2 — Жетыбайское; 3 — Азнакаевская площадь, Ромашкинское, Д₁; 4 — Западно-Сургутское, БС₁₀; 5 -  Абдрахмановская площадь, Ромашкинское. Д_1;

     6, 7, 8 - Самотлорское. AB_4-5. БВ₂ и 6В₃ соответственно.

Рис. 5. Зависимость  дополнительной добычи нефти χ_{1 max} от времени начала циклического заводнения τ* для разных месторождений.

     Место рождения:  1, 2, 3 – Самотлорское, соответственно БВ₁₀, БВ₄, AB_4-5; 4 – Абдрахмановская площадь, Ромашкинское, Д₁; 5 – Азнакаевское Д_1. 

     Обращает  на себя внимание то обстоятельство, что  темп падения эффективности процесса с ростом t* по пластам Самотлорского месторождения гораздо значительнее, чем по пласту Д₁ Ромашкинского месторождения. Различие в характере изменения χ₁ от t* можно объяснить разными типами коллекторов на указанных месторождениях. На основании рис. 4 и 5 можно считать, что месторождение целесообразно разрабатывать с самого начала с циклическим заводнением, т. е. оптимальным считать τ*=0.

     Рис 6. Номограмма эффективности циклического заводнения.

     При прочих одинаковых параметрах эффективность  циклического заводнения является функцией неоднородности и гидропроводности более проницаемого слоя k₁H₁(рис. 6). Нанесенные на диаграмме кривые (1-38) являются изолиниями максимальных накопленных дополнительных отборов нефти только при циклическом заводнении (||χ₂||− −1). Реальными значениями ||χ₂||−1 следует считать значения, расположенные в области I (см. рис. 6) и изменяющиеся в пределах от 1 до 20%. Значения ||χ₂||−1, расположенные в областях II и III, являются практически нереальными. Эффективность процесса циклического воздействия на пласты увеличивается с ростом и k₁H₁. По номограмме (см. рис. 6) можно, не обращаясь к помощи ЭВМ, оценить возможный максимальный прирост нефтеотдачи при циклическом заводнении, начало которого совпадает с началом обычного заводнения (τ*=0) при заданных амплитудном факторе βb=0,5 и относительной частоте смены циклов ω=2. Полученные результаты дают основание предполагать, что метод циклической закачки воды применим везде, где разработка осуществляется  с  использованием  обычного заводнения.

     Влияние степени гидродинамической разобщенности  слоев Ψ на эффективность циклического заводнения залежей изучено с различной неоднородностью по проницаемости ( ). С увеличением распространения изолирующего непроницаемого прослоя эффективность процесса    циклического   заводнения,   естественно, снижается. Качественная картина динамики относительных показателей циклического заводнения в зависимости от степени разобщенности слоев для коллекторов всех типов остается идентичной (рис. 7).

     Для каждого сочетания проницаемостей слоев существует свое предельное значение ψ_max, выше которого применение циклического заводнения может оказаться нецелесообразным. В общем случае такой величиной можно считать ψ=0,4-0,5, и, как показали исследования, при ψ=0,5 во всех случаях максимальный эффект накопленной добычи нефти ||χ₂|| или слишком мал, или вообще отсутствует.

     Рис 7. Влияние степени расчленённости пласта ψ на дополнительную добычу нефти (прирост нефтеотдачи) ||χ₂|| при разной неоднородности

     Таким образом, циклическое воздействие  на неоднородные пласты способствует увеличению текущего уровня добычи нефти  и конечной нефтеотдачи за счет повышения  охвата их заводнением. Эффект от циклического воздействия на пласты увеличивается с повышением гидрофильности пласта (смачиваемости), микронеоднородности пористой среды, проницаемостной (слоистой) неоднородности, сообщаемости слоев, а также с увеличением амплитуды колебания давления нагнетания воды и с применением процесса на более ранней стадии заводнения.