ИСКУССТВЕННЫЕ МЕТОДЫ ВОЗДЕЙСТВИЯ НА НЕФТЯНЫЕ ПЛАСТЫ
Естественная пластовая энергия в большинстве случаев не обеспечивает высоких темпов и достаточной полноты отбора нефти из залежи. Даже при наиболее эффективном водонапорном режиме дренирования в процессе разработки залежи давление обычно снижается, что указывает на истощение пластовой энергии. Это объясняется тем, что объем поступающей в нефтяную часть залежи пластовой воды обычно меньше объема извлекаемых из пласта нефти и газа, вследствие чего пластовое давление начинает падать.
Искусственное поддержание пластовой энергии — наиболее эффективное мероприятие по увеличению темпа отбора нефти из залежи и получению повышенных коэффициентов
| Рис. 3.1. Схема законтурного заводнения: 1,2, 3 — соответственно нефтяные, нагнетательные и контрольные скважины;4, 5 —внутренний и внешний контуры нефтеносности |
нефтеотдачи, характерных для напорных режимов разработки [9]. В большинстве случаев поддержание пластовой энергии осуществляется заводнением пластов. Различают следующие виды заводнения: законтурное и внутриконтурное.
При законтурном заводнении воду закачивают в законтурные водоносные зоны залежи (рис. 3.1). Воду закачивают в пласт через нагнетательные скважины, расположенные за внешним контуром нефтеносности по периметру залежи. Эксплуатационные нефтяные скважины располагаются внутри контура нефтеносности рядами, параллельными контуру. В результате заводнения создается искусственный контур питания залежи водой, приближенный к зоне разработки пласта, что создает благоприятные условия для повышения отбора нефти из него и, следовательно, для интенсификации разработки залежи. В этом случае повышенное давление, создаваемое на линии нагнетательных скважин, активно воздействует только на два-четыре близлежащих ряда эксплуатационных скважин. Если площадь нефтяной залежи значительная по размерам, то для интенсификации ее разработки применяют внутриконтурное заводнение. Сущность этого метода состоит в искусственном «разрезании» месторождения на отдельные площади или блоки путем закачки воды в ряды нагнетательных скважин, которые располагаются вдоль контура нефтеносности. Таким образом создаются близкие к эксплуатационным скважинам искусственные контуры питания, а каждая площадь разрабатывается самостоятельно (рис. 3.2, а). Внутриконтурное заводнение впервые было осуществлено на Ромашкинском нефтяном месторождении в Татарии, которое разрезано рядами нагнетательными скважинами на 20 с лишним эксплуатационных площадей.
| Рис. 3.2. Схемы внутриконтурного заводнения: 1,2 — нагнетательные и эксплуатационные скважины соответственно |
В ряде случаев для интенсификации разработки применяют комбинацию законтурного заводнения с внутриконтурным (центральным) или очаговым заводнением (рис. 3.2, б и в соответственно).
Для поддержания пластового давления в нефтяной залежи на заданном уровне объем закачиваемой воды в процессе заводнения должен равняться объему извлекаемых из залежи нефти, газа и пластовой воды. Во время проектирования процесса заводнения пласта учитываются возможные потери воды из-за ее утечки в периферийные зоны пласта. При внутриконтурном заводнении возможен уход части нагнетаемой воды в верхние или нижние пласты через неплотности в цементном кольце отдельных скважин.
Практикой установлено, что для поддержания пластового давления на одном уровне при законтурном или внутриконтурном заводнении в пласт следует закачивать 1,6 — 2,0 м3 воды на каждую тонну извлекаемой нефти. При извлечении вместе с нефтью пластовой воды учитывается и ее объем. Если требуется повысить пластовое давление, то объем нагнетаемой воды увеличивают.
Число нагнетательных скважин при заводнении пластов определяют делением заданного объема закачиваемой воды на среднюю поглотительную способность одной скважины при оптимальном давлении нагнетания.
На месторождениях, разрабатываемых при помощи законтурного заводнения, высокий уровень текущей добычи нефти сохраняется длительное время и только на последних этапах разработки снижается до минимума.
При заводнении нефтяных пластов в качестве рабочего агента могут быть использованы воды как поверхностных водоемов (реки, моря, озера), так и глубинных водоносных горизонтов, а также пластовые воды, извлекаемые из недр вместе с нефтью. Для заводнения продуктивных пластов многих нефтяных месторождений Западной Сибири используются подземные воды водоносных отложений, залегающих выше продуктивных горизонтов. Дебиты скважин, пробуренных на эти горизонты, достигают 3000 — 4000 м3/сут.
Вода, предназначенная для закачки в пласт, должна быть по возможности чистой, не содержать больших количеств механических примесей, соединений железа, сероводорода, углекислоты, нефти, а также органических примесей (бактерии и водоросли). Схемы водоснабжения для заводнения пластов могут отличаться друг от друга в зависимости от местных условий каждого района. Однако любая схема, когда используются поверхностные водоемы в качестве источников водоснабжения, должна включать следующие основные элементы:
1) водозаборные сооружения, предназначенные для забора воды из источников и подачи ее в водопроводную сеть или на водоочистную установку;
2) водоочистную установку (если требуется очистка воды);
3) сеть магистральных и разводящих водопроводов;
4) насосные станции для подачи воды в водопроводную сеть и закачки ее в нагнетательные скважины;
5) нагнетательные скважины.
Для непосредственной закачки в пласт воды через нагнетательные скважины предназначены кустовые насосные станции. Они оборудованы мощными многоступенчатыми центробежными насосами с подачей до 150 м3/ч и развиваемым давлением до 10 — 20 МПа. В зависимости от числа установленных насосов (с учетом их резерва) рабочая подача одной кустовой станции составляет 4—10 тыс. м3 воды в сутки.
Вода распределяется по нагнетательным скважинам через водораспределительные батареи, устанавливаемые на каждой кустовой станции. Через батареи регулируется подача воды в каждую скважину; установленные на них диафрагменные счетчики замеряют и записывают количество закачиваемой воды.
Рассмотрим следующий способ искусственного поддержания пластового давления — нагнетание в пласт газа. В залежах нефти с газовой шапкой или большими углами падения пород поддержание давления достигается нагнетанием газа или воздуха в повышенную ее часть (газовую шапку). Для осуществления этого метода с начала разработки пласта требуется строительство мощных компрессорных станций с компрессорами, рассчитанными на высокое давление, так как давление нагнетания должно быть на 10 — 20 % выше пластового. Сооружение таких компрессорных станций со всем подсобным хозяйством связано с затратой значительных капиталовложений и является весьма трудоемкой работой. Поэтому в большинстве случаев ограничиваются поддержанием пластового давления на уровне, который может быть обеспечен давлением стандартных, выпускаемых промышленностью компрессоров (5—10 МПа), т. е. закачку газа начинают на более поздней стадии его разработки.
Газ или воздух обычно нагнетается в скважины, расположенные в присводовой части залежи. При этом в качестве рабочего агента лучше всего применять естественный нефтяной газ, но если промысел не располагает нужным количеством газа, то при отсутствии в пласте газовой шапки можно в сводовую часть залежи нагнетать также и воздух. Нагнетание воздуха в газовую шапку нежелательно, так как это приводит к значительному ухудшению свойств газа. Количество нагнетаемого в скважины газа или воздуха оценивается опытным определением поглотительной способности скважин. Практически можно считать нормальным, если в каждую нагнетательную скважину закачивается от 10 до 25 тыс. м3 газа в сутки.
Рассмотрим метод площадного заводнения. Его можно рассматривать как вторичный метод поддержания пластового давления. Если нефтяная залежь разрабатывается без поддержания пластового давления, то первоначальные запасы пластовой энергии быстро расходуются, из-за чего дебиты скважин значительно снижаются. При этом в залежи остаются огромные количества нефти.
Для повышения текущей добычи нефти из таких «истощенных» залежей и увеличения суммарной нефтеотдачи применяют нагнетание в пласт воды или газа, но в меньших объемах и при меньших давлениях, чем при заводнении или при нагнетании в пласт газа. Нагнетание в пласт воды или газа осуществляется чаще всего по всей площади нефтяной залежи.
Нагнетательные скважины располагают непосредственно в нефтяной зоне, между эксплуатационными скважинами. Обычно в качестве нагнетательных используют нефтяные скважины, выбывшие из эксплуатации.
Регулирование процесса площадного заводнения или площадной закачки газа в пласт преследует цель равномерного проталкивания нефти к забоям эксплуатационных скважин. Это достигается ограничением закачки воды или газа в скважины, являющиеся очагами их прорывов по отдельным направлениям, ограничением отбора нефти из эксплуатационных скважин или, наоборот, путем увеличения закачанных объемов воды или газа и усиленного отбора нефти из отдельных скважин или групп скважин. Для получения большего эффекта скважины (нагнетательные и нефтяные) желательно размещать по правильным геометрическим сеткам.