3.10. Методы увеличения извлекаемых запасов нефти

Увеличение нефтеотдачи пластов — сложная проблема, для решения которой используется опыт, накопленный во всех об­ластях нефтепромыслового дела. Извлекаемые запасы нефти и газа можно увеличить путем правильной расстановки скважин на залежи с учетом геологического строения пластов. Увеличения нефтеотдачи пластов можно добиться искус­ственно, развивая и поддерживая в залежи благоприятные фи­зические условия, обеспечивающие наиболее эффективное вы­теснение нефти из коллектора.

Поэтому везде, где это целе­сообразно по геологическим условиям и экономическим сооб­ражениям, необходимо создавать естественный или искусствен­ный водонапорный режим вытеснения. Искусственно поддер­живаемый водонапорный режим в залежи создают путем нагне­тания воды с поверхности в пласт за контур нефтеносности или же в нефтяную часть пласта. Эффективность заводнения еще более повышается при добавлении в нагнетаемую в пласт воду специальных веществ, в результате чего улучшаются ее нефтевытесняющие свойства.

Методы поддержания пластового давления путем нагнета­ния в пласт воды или свободного газа, а также методы воспол­нения энергии в месторождениях с истощенными ее ресур­сами (так называемые вторичные методы добычи нефти) не позволяют извлекать все запасы нефти. Поэтому продолжа­ются усиленные поиски новых методов увеличения нефтеотдачи. В основе их всегда лежат соответствующие физические зако­номерности, большая часть которых описана в предыдущих главах.

Например, лучше вытесняются из пласта маловязкие нефти. Поэтому некоторые методы увеличения нефтеотдачи пластом основаны ил искусственном введении в пласт тепла и теплоносителем для снижения вязкости пластовой нефти. Как известно, даже тяжелые битумы хорошо растворяются в некоторых легких углеводородных растворителях. Например бензин или жидкий пропан, способны удалять из пористой среды практически всю нефть. Это свойство растворителей использу­ется для разработки методов увеличения нефтеотдачи путем нагнетания в пласт сжиженных газов. Несомненно, что дальнейшее изучение физических свойств пластовых жидкостей, физико-химии пласта и законов движе­ния жидкостей в пористой среде приведет в будущем к полу­чению новых методов повышения нефтеотдачи пластов.

3.11. Моющие и нефтевытесняющие свойства вод

Нами уже упоминалось о зна­чении заводнения залежей, как одного из распространенных способов увеличения эффективности эксплуатации нефтяных месторождении. Однако и при заводнении нефтеотдача пласта редко превышает 60%. и поэтому дальнейшее увеличение ее при закачке воды в пласт является важнейшей задачей. Одним из способов решения этой проблемы может быть нагнетание в залежь вод, обладающих высокими вытесняющими и мою­щими свойствами.

Согласно современным представлениям механизм мою­щего действия веществ применительно к отмывке углеводородов от минералов определяется их способностью улучшать сма­чивающие свойства вод, уменьшать их поверхностное натяже­ние на границе с нефтью и другими поверхностями. Они долж­ны быть разрушителями суспензий и эмульсий и т. д. Изве­стно, что загущенная полимерами высоковязкая вода хорошо вытесняет нефть из породы, не обладая при этом особыми моющими свойствами

В зависимости от строения и свойств пласта, а также состояния жидкостей в пористой среде параметры, влияющие на нефтевытесняющие свойства, могут быть неодинаковы. Если, например, нефть в пористой среде находится в пленоч­ном и рассеянном (капиллярно - удержанном) виде вследствие повышенного содержания остаточной воды, то лучшими выте­сняющими свойствами в этом случае будет обладать вода, ха­рактеризующаяся низкими значениями поверхностного натяже­ния на границе с нефтью и хорошо смачивающая породу, т. е. вода, имеющая высокие моющие свойства. При заводнении трещиноватых коллекторов, как мы уже отмечали, лучшими нефтевытесняющими свойствами обладают воды с повышен­ными значениями натяжения смачивания , способные под действием капиллярных сил интенсивно проникать в нефтенасыщенные блоки. Обычная, не впитывающаяся в блоки вода при нагнетании в трещиноватый пласт прорывается в эксплу­атационные скважины по трещинам, не вытесняя нефть из бло­ков. Чем интенсивнее идут процессы противоточной капилляр­ной пропитки водой блоков, тем лучше результат заводнения трещиноватых коллекторов. Следует, однако, учитывать, что при противоточной капиллярной пропитке нефтеотдача даже небольших блоков (диаметром 5—10 см) после длительного их контакта с водой редко достигает 35—50 %. Процесс противо­точной капиллярной пропитки быстро затухает со временем вследствие образования в заводненной зоне блоков прочных водонефтяных смесей (и тем более прочных, чем выше значение ). Внутренние части блоков, огражденные от внеш­ней области зоной водонефтяной смеси, длительное время мо­гут сохранять повышенную нефтенасыщенность. Поэтому заводнение трещиноватых коллекторов водами, развивающими в пористой среде высокое капиллярное давление, следует рассматривать как средство извлечения лишь некоторого неболь­шого количества нефти (пока не опробованы более совершенные методы воздействия на трещинный коллектор).

По мнению некоторых исследова­телей, в условиях неоднородных по физическим свойствам зер­нистых коллекторов процессы капиллярного впитывания в нефтенасыщенные участки пласта и перераспределение жидкостей в поровом пространстве под действием капиллярных сил от­рицательно влияют на нефтеотдачу из-за формирования при этом процессе в пористой среде водонефтяных смесей и из-за нарушения сплошности нефти. Менее интенсивно смеси обра­зуются при заводнении неоднородного пласта водами, облада­ющими низкими значениями . Если это мнение справед­ливо, то лучшими нефтевытесняющими свойствами в условиях неоднородных зернистых коллекторов должны обладать воды с нейтральной смачиваемостью ( = 90°) — при этом значение и, следовательно, капиллярное давление в порах равны нулю (в статических условиях). Такие воды обладают слабыми моющими свойствами, но нефтевытесняющие свойства их бо­лее высокие, чем у других вод. процессы вытеснения с поверх­ности породы нефти водой или воды нефтью. Система устой­чива при = 0. Поэтому в естественных пластах в течение геологических периодов контакта нефти и воды должны были протекать процессы, способствующие уменьшению свободной поверхностной энергии пластовой системы (взаимное раство­рение компонентов нефти и воды, адсорбция поверхностно-ак­тивных веществ на разных границах раздела и т. д.). За гео­логические периоды произошло необходимое перераспределение соответствующих компонентов между нефтью и водой и си­стема приблизилась к нейтральной смачиваемости, насколько позволили состав и свойства пластовых жидкостей и горных пород.

Давно замечено, что нефтевытесняющая способность соб­ственных пластовых вод (по сравнению с поверхностными) по­вышенная. Низкая нефтеотдача естественных коллекторов объ­ясняется не плохими качествами пластовых вод, а неоднород­ностью строения пластов, наличием многочисленных зон, не промываемых водой. Пластовые воды, добываемые вместе с нефтью, следует использовать для нагнетания в разрезаю­щие ряды. Отрицательное влияние посторонней пресной воды на при­ток нефти из пласта было замечено давно главным образом в процессе освоения нефтяных скважин и ввода их в эксплуа­тацию, а также при ремонтных работах, когда скважины про­мывались пресными водами. Анализ причин отрицательного влияния воды на приток нефти при вскрытии пласта дан Ф. И. Котяховым. Его исследованиями установлено, что одной из причин затруднения с освоением скважин и низкая их производительность являются проникновение в нефтяной пласт посторонней воды и образование в поровом простран­стве призабойной зоны водонефтяных смесей.

Иногда считается, что состав и свойства нагнетаемой в пласт воды не играет роли, так как она быстро смешивается с остаточной водой и приобретает на фронте вытеснения свой­ства пластовой жидкости. Опыт, однако, показывает, что при небольшом содержании остаточной воды в коллекторе (10— 15 % от объема пор) нагнетаемая вода может продвигаться по пласту на значительные расстояния, не смешиваясь с остаточ­ной.

Капиллярное давление, развиваемое менисками в пористой среде, можно уменьшить не только за счет смачивающих свойств, но также и при снижении поверхностного натяжения воды на границе с нефтью, например, путем обработки ее по­верхностно-активными веществами. Тогда вода приобретает особо ценные качества — улучшаются одновременно ее выте­сняющие и моющие свойства.