Zhdanov_S.A._Primenenie_metodov_uvelicheniya_nefteotdachi_plastov

Академические чтеиия

Academic lecturing

MINISTRY OF GENERAL AND PROFESSIONAL EDUCATION

OF ТНЕ RUSSIAN FEDERATION

GUBКIN RUSSIAN STATE UNIVERSIТY

OF OIL AND GAS

S. А. ZHDANOV

METHODS OF OIL RECOVERY IMPROVEMENT: STATE-OF-ART AND PROSPECTS

Moscow

Oil and Gas

1998

МИНИСТЕРСТВО ОБЩЕГО И ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО

ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

НЕФТИ И ГАЗА им. И. М. ГУБКИНА

С. А. ЖДАНОВ

ПРИМЕНЕНИВ МЕТОДОВ УВЕЛИЧЕНИЯ

НЕФТЕОТДАЧИ ПЛАСТОВ:

СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ

Москва

Нефть и газ

1998

Нефть является одним из важнейших видов стратегического сырья. Именно этим определяется то внимание, которое придается правительствами и общественностью всех стран проблемам теку­ щей и перспективной добычи нефти как в собственных странах, так и в основных нефтедобывающих регионах мира. Так, несмотря

на то что нефтеемкость валового национального продукта в США,

Японии и странах Европейского Союза за последние 25 лет сокра­

тилась с 0,260 т нефтяного эквивалента на один доллар США до 0,161 т/долл. (т. е. почти на 40%), тем не менеедоля нефти в энер­

гетическом балансе, например, России составляет 33%, а США­ превышает 40%.

К настоящему времени в мире насчитывается 48 нефтедобыва­ ющих стран с годовой добычей более 3 млрд. т, 9 стран имеют объем годовой добычи нефти более 100 млн. т, а их суммарная

годовая добыча превышает 60% общемировой.

Советский Союз в течение многих лет являлся ведущей нефте­

добывающей страной мира, с преимуш:ественно растущим уров­ нем добычи нефти.

Максимальный уровень добычи нефти по России был достиг­ нут в 1987 году (568,4 млн. т). С 1988 года уровень добычи нефти в России снижается, составив в 1997 году 305 млн. т. Ухудшаются и другие показатели добычи нефти. Средний дебит старых скважин уменьшился с 25 тjсут в 1980 году до 9 тjсут, а дебит новых скважин - с 40 до 11 т/сут.

Дальнейшее развитие нефтедобывающей отрасли России зави­ сит от двух основных факторов:

прироста новых запасов нефrn за счет геологоразведочных работ; прироста дополнительных извлекаемых запасов на разрабатыва­ емых местороЖдениях за счет более полного извлечения нефти из

пластов, т. е. за счет увеличения их нефтеотдачи.

Без всякого сомнения, геологоразведочные работы будут опре­ делять сырьевую базу страны по крайней мере на ближайшую

перспективу. Однако известно, что прирост запасов нефти за счет

разведки в последние годы значительно снизился и не превышает

сейчас 200-250 млн. т/год. Ухудшилось и качество открываемых

запасов. Сохраняется тенденция опережающей выработки актив­

ных запасов.

5

Нельзя не учитывать и того, что подавляющее большинство крупных нефтяных месторождений страны вступило в позднюю

стадию разработки с сильно падающей добычей. При этом возни­

кают не только сложности в связи с уменьшением объема добычи нефти в обустроенных регионах, но и опасность возникновения там социальных осложнений, так как открытия новых крупных запасов в этих районах, как правило, ждать трудно.

В этих условиях особое значение приобретает второй из отме­ ченных факторов - прирост запасов нефти за счет применения более эффективных технологий нефтеизвлечения и увеличения

нефтеотдачи пластов разрабатываемых месторождений, особенно с

трудноизвлекаемыми запасами. При этом стоимость такого приро­

ста запасов нефти (в том числе в старых и обустроенных нефтедо­ бывающих регионах) может быть не выше, чем в результате гео­ логоразведочных работ в новых удаленных районах страны.

Следует отметить, что развитие нефтяной промышленности России сопровождалось последовательным совершенствованием

технологий нефтеизвлечения. Наиболее значительный прогресс в

этой области связан с переходом от технологии разработки нефтя­ ных месторождений с использованием только естественной энер­

гии пласта к заводнению, что позволило обеспечить существенное

повышение нефтеотдачи пластов и увеличение темпов их разра­ ботки. Успешность этого перехода во многом бьmа связана с комп­ лексным использованием фундаментальных достижений российс­ ких ученых и специалистов в области геологии, гидродинамики и

экономики.

Этот процесс воздействия на нефтяные пласты становится ос­

новным методом разработки нефтяных месторождений страны. Сей­ час доля нефти, добываемой с применением заводнения, превы­

шает 95%.

Россия имеет уникальный опыт применения процесса заводне­

ния в различных геолого-физических условиях месторождений не­

фти. Многолетний опыт применения заводнения позволил сфор­

мулировать решения по основным принципиальным положениям

практической реализации этого метода, к которым относятся: об­

ласть применения заводнения, время начала искусственного за­ воднения, система размещения скважин, плотность сеток сква­

жин, система заводнения, технология заводнения, время отклю­

чения обводнившихся скважин, темп разработки, нефтеотдача,

разработка воданефтяных зон, разработка многопластовых место­

рождений, контроль и регулирование процессов разработки место­

рождения и другие. Широко применялись различные виды завод­

нения: законтурное, приконтурное, внутриконтурное (включая

поперечное, продольное, блоковое, избирательное, очаговое) и другие варианты. Наибольшее распространение нашло внутрикон­ турное заводнение, с применением которого добывается более 90%

нефти.

6

Широкое применение заводнения позволило значительно по­

высить эффективность разработки нефтяных месторождений и уве­ личить в несколько раз коэффициент нефтеотдачи по сравнению

с разработкой пластов на естественном режиме.

Однако ухудшение качества запасов нефти в последние годы приводило к постоянному снкжению среднего коэффициента неф­

теотдачи в стране. Это снижение происходит тем значительнее, чем в меньшей степени существующие технологии нефтеизвлечения пригодны к разработке новых категорий ухудшенных запасов.

Вместе с тем в структуре запасов нефти все большую долю

стали занимать так называемые <<трудноизвлекаемые•> запасы. В со­

ответствии с суruествующей классификацией к трудноизвлекае­ мым относятся запасы высокообводненных объектов, подгазовых зон пластов, высоковязких нефтей, низкопроницаемых коллекто­

ров, карбонатных пластов, аномально сложенных залежей нефти. Применение обычных технологий заводнения не может обеспечить достаточно высокой эффективности выработки таких запасов нефти.

За последние 25 лет доля остаточных извлекаемых запасов не­ фти в подгазовых зонах, в низкопроницаемых коллекторах, а так­

же высоковязких нефтей увеличилась с О, 17 до более 0,5.

В России сейчас 6",6 млрд. т нефтей вязкостью более 30 мПа·с.

Постоянно увеличиваются запасы нефти, содержащиеся в об­ водненных пластах, разработка которых обычными технологиями

также становится нерентабелъной. Подавляющее большинство круп­

ных нефтяных месторождений страны уже вступило в позднюю стадию разработки. За последние 15 лет запасы нефти в пластах со

степенью выработанности более 50% возросли в 1,5 раза, а более

80% - n 4 раза. Вместе с тем общее состояние запасов страны

делает все более актуальной проблему дополнительного извлече­ ния нефти на старых месторождениях, находящихся n обустроен­ ных районах России.

Проведенный анализ показывает более низкую эффективность

разработки трудноизвлекаемых запасов нефти суruестnующими тех­

нологиями [1 ]. Так, если средний проектный коэффициент нефте­ отдачи по месторождениям Урала-Поволжья составляет 0,42, то по

месторождениям с низкопроницаемыми коллекторами- 0,28, в подгазовых зонах- 0,25, в карбонатных коллекторах- 0,29.

Особую сложность для разработки представляют месторожде­

ния, запасы которых относятся одновременно к нескольким кате­

гориям трудноизвлекаемых запасов.

Так, дальнейшее <<усложнение» запасов приводит к еще боль­ шему снижению среднего коэффициента нефтеотдачи по место­ рождениям Урала-Поволжья: в подгазовых зонах карбонатных кол­

лекторов он уже составляет 0,23, а если к этим двум осложняю­

щим разработку факторам добавляется еще и низкая проницае­

мость, то коэффициент нефтеотдачи снижается уже до 0,21. Не-

7

трудно заметить наличие своеобразного синергетического эффекта

при добавлении следующего осложняющего разработку нефтяных запасов фактора.

В настоящее время средний проектный коэффициент нефтеот­ дачи месторождений страны составляет около 0,38, но если бы в

последние 10-15 лет в России не развивались работы по примене­ нию новых технологий увеличения нефтеотдачи, то средний про­ ектный коэффициент нефтеотдачи был бы еще на 2% меньше.

Таким образом, структура запасов и состояние разработки месторождений России требуют ускоренного создания, испыта­

ния и широкого применения новых, более эффективных техно­

логий воздействия на пласты, значительно повышающих их неф­

теотдачу.

Следует особо отметить, что проблема применения новых тех­

нологий могла бы быть сейчас не столь актуальной, если бы не

одно важное обстоятельство.

Многочисленные исследования РМНТК <<Нефтеотдача>> и дру­

гих отечественных и зарубежных организаций показывают: чем на более поздней стадии разработки месторождений начинают при­

меняться методы увеличения нефтеотдачи, тем, как правило, эф­

фективность их применения будет ниже. При этом ухудшаются не только общие технико-экономические показатели, но и снижает­ ся величина конечной нефтеотдачи по сравнению с той, которая

потенциально могла бы быть достигнута при применении техно­ логии на более ранней стадии разработки. Возможное снижение коэффициента нефтеотдачи может достигать S-6% и более. Осо­

бенно это относится к месторождениям с трудноизвлекаемыми

запасами.

В соответствии со сложившимися в последние годы представле­

ниями, процессы, повышающие эффективность извлечения не­ фти из пластов и увеличивающие их нефтеотдачу, объединяются

общим понятием <<современные методы увеличения нефтеотдачи

пластов>>, которые подразделяются на 4 группы: тепловые, газо­

вые, химические и гидродинамические.

Кгруппе тепловых методов относятся: паратепловое воздей­

ствие на пласт, внутрипластовое горение, вытеснение нефти горя­

чей водой, парациклические обработки скважин.

Кгруппе газовых методов относятся: воздействие на пласт уг­

леводородным газом, воздействие на пласт диоксидом углерода,

воздействие на пласт азотом, дымовыми газами и др.

Кгруппе химических методов относятся: вытеснение нефти вод­

ными растворами ПАВ (включая ленные системы), вытеснение не­

фти растворами полимеров и другими загущающими агентами, вытеснение нефти щелочными растворами, вытеснение нефти кис­ лотами, вытеснение нефти композициями химических реагентов, системное воздействие на призабойные зоны скважин, микробио­

логическое воздействие.

8

К группе гидродинамических методов относятся: вовлечение в

разработку недренируемых запасов, барьерное заводнение на газо­

нефтяных залежах, нестационарное (циклическое) заводнение,

гидраразрыв пласта, горизонтальные скважины.

Сейчас в России и в ближайшие годы преимущественное при­

менение будут иметь технологии гидродинамических методов воз­ действия на пласты, направленные на повышение эффективности

основного метода разработки месторождений России - заводне­ ния. Основное направление работ здесь связано с освоением комп­

лексных технологий, обеспечивающих постоянный контроль за вы­ работкой запасов нефти в объеме пласта (в том числе и в межсква­

жинной области), а также адресное воздействие на коллектор и

насыщающие его флюиды с целью вовлечения в разработку не­ дренируемых запасов. Процесс контроля и управления разработкой нефтяных месторождений базируется на построении постоянно дей­ ствующих геолого-технологических моделей на ЭВМ. В настоящее время построение таких моделей осуществляется для нескольких крупнейших месторождений России. Геолого-технологическая мо­

дель включает в себя следующие основные блоки: детальную трех­

мерную геолого-математическую модель процесса разработки; ин­

формационный банк геолого-промысловых данных; банк техноло­

гий воздействия на пласты и баз знаний для принятия необходи­ мых решений; систему управления основными блоками и геолого­

технологической моделью в целом; диалоговую систему и средства

машинной графики для обеспечения работы специалистов с гео­ лого-технологической моделью.

Использование постоянно действующей геолого-технологичес­

кой модели позволяет достаточно оперативно рассмотреть возмож­ ные варианты применения на объекте различных технологий воз­

действия, а также последствия тех или иных организационно­ технологических мероприятий, например остановки некоторых

скважин.

Как известно, на разрабатываемых месторождениях России по­ степенно образовался огромный фонд бездействующих скважин

(более 40 тыс. шт.), ввод которых задерживается или из-за отсут­ ствия у нефтедобывающих предприятий необходимых материаль­

но-технических средств, или из-за экономической нецелесообраз­

ности эксплуатации этих скважин. Это обстоятельство не только приводит к текущей потере в добыче нефти, но и деформирует

запроектированные системы разработки соответствующих место­

рождений. Так, исследования на геолого-технологической модели участка IШаста одного из месторождений Западной Сибири с зо­

нальной неоднородностью, разрабатываемого по трехрядной сис­

теме скважин, показали, что остановка нескольких скважин мо­

жет привести к снижению конечной нефтеотдачи на 4-6% по

сравнению с проектной (при работе всех скважин). При этом даже

в случае повторного пуска остановленных скважин через опреде-

9