Технологии повышения нефтеотдачи пластов

Эффективная разработка месторождения подразумевает извлечение максимально возможного количества нефти из любого пласта безопасным и приемлемым для окружающей среды способом.

В настоящее время существует целый спектр высокопроизводительных технологий, но поиск новых более совершенных технологий, которые призваны обеспечить максимальное нефтеизвлечение и минимизировать отрицательные геоэкологические последствия, продолжается.

Физико-химические основы применения нефтевытесняющих агентов

Основные факторы и эффекты воздействия на пласты, обусловливающие максимальное извлечение нефти, в настоящее время достаточно хорошо известны. Очевидно, что максимальная нефтеотдача в процессе разработки нефтяных месторождений требует проведения следующих мероприятий:

введения в пласт энергии;

снижения капиллярных сил за счет изменения смачиваемости и свойств нефти на контакте с другими фазами;

увеличения эффективности вытеснения и охвата пласта при перемещении нагнетаемого рабочего агента с благоприятным соотношением вязкостей вытесняемой и вытесняющей жидкостей;

блокирования прорывов вытесняющего агента к добывающим скважинам;

физико-химического воздействия на ПЗП, обеспечивающего рост продуктивности добывающих и приемистости нагнетательных скважин.

Современные технологии повышения нефтеотдачи в той или иной степени основаны на методике заводнения, впервые опробованной в США. Заводнение и в настоящее время остается наиболее распространенным методом разработки и увеличения нефтеотдачи пластов, который находит применение практически в любых геолого-физических и технико-технологических условиях. Его совершенствование связано с решением проблемы равномерного распределения закачиваемой жидкости по разрезу и повышения коэффициента охвата залежи.

" Холодное" массированное заводнение приводит к увеличению добычи нефти в начальный период воздействия за счет интенсивного отбора жидкости, а затем к прогрессивному росту обводненности. Причина снижения эффективности этой технологии при длительном воздействии обусловлена анизотропией проницаемости пород коллектора, особенностями залегания пластов, их выклиниванием, что сужает фронт вытеснения из-за нарушения гидродинамической связи и способствует образованию застойных и тупиковых зон и стратиграфических ловушек, не дренируемых заводнением.

Более сложный тип остаточной нефти образуется в промытых водой интервалах продуктивного пласта за счет того, что по мере вытеснения происходит «отмыв» легких фракций, а взаимодействие нефти с закачиваемой водой приводит к изменению ее исходного химического состава и структуры, что ведет к повышению вязкости и градиента динамического напряжения сдвига. Образование нефти с аномальной вязкостью резко изменяет относительные фазовые проницаемости и уменьшает нефтевытесняющие свойства воды. Важной характеристикой оценки вытесняющих свойств воды является «фактор сопротивления» .

.

где _в и _н — коэффициент подвижности (мобильности) воды и нефти соответственно.

Коэффициент подвижности (мобильности) характеризуется отношением проницаемости породы к вязкости жидкости = k/. Отношение коэффициентов подвижности различных сред при совместном течении в пласте определяет их индивидуальные объемные скорости течения. Характер вытеснения нефти приближается к поршневому, когда возможность прорыва вытесняющего агента к добывающим скважинам исключается, т. е. фактор сопротивления в каждом пропластке R_ф 1.

Причинами низкого вытеснения нефти водой являются специфические гидрофобные взаимодействия на поверхности породы в присутствии воды. Увеличение доли гидрофобной поверхности в пористой среде повышает остаточную нефтенасыщенность. Это объясняется характером распределения жидкостей в пористой среде: в гидрофильной среде водяная фаза непрерывна, а в гидрофобной относительно мелкие поры остаются водоотталкивающими. Капиллярное давление, препятствующее вытеснению нефти водой, можно оценить по уравнению Лапласа.

.

где р_в и р_н — гидростатическое давление в водном растворе и в нефти; r_в.н — кривизна мениска, разделяющая водную и нефтяную фазы; - поверхностное натяжение.

Давление выпуклых и вогнутых менисков направлено противоположно к нефтевытесняющему потоку. В статическом состоянии противоположно направленное давление выпуклых и вогнутых менисков уравновешено. Однако под действием внешнего давления нефтевытесняющим потоком мениски деформируются и возникает составляющая капиллярного давления, направленная противоположно потоку, так называемый эффект Жаменя:

.

где n — число менисков; и — кривизна выпуклых и вогнутых менисков соответственно.

По данным Брандера, Леферта, Тейбера и др., снижение остаточной нефтенасыщенности можно оценивать капиллярным числом.

.

где v — линейная скорость потока; _в — вязкость вытесняющего агента.

Для достижения эффективного вытеснения остаточной нефтенасыщенности необходимо, чтобы К_к 1 10-³, что возможно при значительном (до 1000 раз) снижении поверхностного натяжения на границе раздела нефть — вода или увеличении вязкости вытесняющего агента _в, либо скорости фильтрации. Особенно эффективно комплексное воздействие указанных факторов.

В капиллярах и порах крупного размера гидрофобной породы остаточная нефть удерживается силами адгезии в виде пленок на поверхности и не образует менисков.

Процесс удаления гидрофобной остаточной пленочной нефти можно оценить по уравнению Дюпре:

.

где А — работа, необходимая для удаления пленочной нефти с единицы поверхности пор (капилляров); - свободная поверхностная энергия на границе нефть — вытесняющий агент; _а.п и _н.п — поверхностное натяжение на границе агент — порода и нефть — порода соответственно.

Процессы увеличения нефтеотдачи достигаются различными, отличающимися друг от друга механизмами и методами воздействия на пласты. В их основе лежат следующие механизмы воздействия:

использование упругих свойств породы и пластовых флюидов в сочетании с вытесняющими агентами, обеспечивающими межслойный по вертикали и по горизонтали массообмен;

снижение энергии взаимодействия нефти с породой, снижение межфазных натяжений, повышение относительной фазовой проницаемости для нефти и охвата пласта вытеснением, регулирование вязкости и подвижности (мобильности) вытесняющего агента для повышения охвата пласта за счет снижения отношения подвижностей агента и нефти.

Современные технологии повышения нефтеизвлечения в той или иной степени базируются на применении или использовании заводнения. Условно их можно классифицировать на следующие основные группы:

гидродинамические методы — изменение направлений фильтрационных потоков, создание высоких давлений циклического заводнения, форсированный отбор жидкости;

физико-химические методы — заводнение с использованием веществ с высоким химическим потенциалом для снижения гидрофобных процессов, и также активных реагентов для внутрипластового потокоотклоняющего и водоизолирующего осадкообразования для повышения охвата воздействием;

волновые и тепловые методы — вытеснение нефти заводнением с воздействием сейсмоакустики и теплоносителей;

газовые методы — водогазовое циклическое воздействие, вытеснение нефти газом.