книги из ГПНТБ / Султанов С.А. Контроль за заводнением нефтяных пластов

4 раза и лишь на 5-й раз зафиксировали начало перемещения ВНК. В рассмотренных скважинах мощность Лп. 3 переходной зоны изменяется в пределах 2—4 м. Пористость пластов колеблется в диапазоне 16—25%.

Изменение нефтенасыщенности в переходной зоне изучали сле­ дующим образом. По данным БЭЗ определяли удельное сопротив­ ление нефтеносной и водоносной частей пластов. Во многих слу­ чаях удельное сопротивление водоносной части пласта находили с помощью зависимости рВп = /(&п) по известной пористости пласта. Следовательно, при вскрытии части переходной зоны с содержанием нефти более 70% в скважину должна поступать безводная нефть, т. е. величину &и=70% можно принять за критическую нефтена­ сыщенность. Удельное сопротивление, соответствующее этому зна­ чению &н, будет меняться с изменением коэффициента пористости коллекторов kn.

Для дальнейшего уточнения границы, принимаемой за водо­ нефтяной контакт на диаграммах БЭЗ, рассчитали расстояния ме­ жду подошвой переходной зоны и той точкой кривой удельного сопротивления к переходной зоне рп, которая соответствует &н=

вскрывших подошвенную воду, которые удовлетворяли следующим условиям: 1) четко определялся начальный водонефтяной контакт по диаграммам радиометрии; 2) существовала переходная зона с характерными границами кровли и подошвы; 3) имелась воз­ можность уверенной оценки удельного сопротивления и выделения водоносной и нефтеносной частей пласта.

С учетом допущения, что удельное сопротивление в переходной зоне изменяется по линейному закону1, строили график распре­ деления его с глубиной рп = /(Лп.3). При этом в кровле переходной зоны удельное сопротивление считали таким же, как и в нефтенос­ ной части пласта, а в подошве таким же, как и в водоносной части

водонефтяной контакт по данным БЭЗ. По этому же графику оце­ нивали нефтенасыщенность на границе ВНК, определяемого по данным РМ. Пример расчетов по скв. 3936 Зай-Каратайской пло­ щади приведен на рис. 27, а также в табл. 6. В рассмотренных скважинах критическое сопротивление изменялось в зависимости от пористости в пределах 5—11 Ом-м. По данным БЭЗ водонеф­ тяной контакт находится выше подошвы переходной зоны. (см.

1 Очевидно характер изменения удельного сопротивления в переходной зоне

более слож ны й, однако для упрощ ения расчетов м ож но принять линейный закон его изменения.

71

Т а б л и ц а 6

П р и м е ч а н и е . Через Аh обозначено расстояние между подошвой переходной зоны

н водонефтяным контактом.

значения Ah по БЭЗ в табл. 6). Средняя величина Ah по данным БЭЗ составляет приблизительно 1 м.

ш ш ь

Р и с. 28. Сопоставл ен и е начального В Н К , определенного по Б Э З и р а ­ диометрическим м етодам . С к в . 1209 Ром аш ки нского месторож дения.

I — нефтеносный пласт; 2 — водоносный пласт.

На диаграммах радиометрии положение водонефтяиого кон­ такта отбивается также почти всегда выше подошвы переходной

73

зоны. В среднем по 37 скважинам Аh по РМ выше подошвы ВНК на 1,2 м. Водонефтяному контакту по данным радиометрии соот­ ветствует средняя нефтенасыщенность 73%, что на 3% больше нефтенасыщенности, определенной по БЭЗ.

Сопоставление расстояний Аh между подошвой переходной зоны и водонефтяным контактом, определяемым по диаграммам РМ, с коэффициентом нефтенасыщенности чисто нефтеносной ча­ сти пласта показывает, что чем больше kH, тем меньше Д/г, т. е. во­ донефтяной контакт отбивается ближе к подошве переходной зоны. Например, по скв. 230 (Миннибаевская площадь) и 1644 (Зеленогорская площадь) при &н=90—91% АЛ= 0,2 м, а по скв. 1124 (Абдрахмановокая площадь) при &н = 74% Д/г= 2,4 м и т. п.

Когда переходная зона практически отсутствует, положение начального водонефтяного контакта по данным БЭЗ и РМ совпа­ дает (рис. 28).

8. М Е Т О Д Р А Д И О А К Т И В Н Ы Х И З О Т О П О В

Большой практический интерес представляет применение радио­ активных изотопов для изучения движения нагнетаемой в пласт воды. Введение в нагнетаемую воду радиоактивных изотопов и определение содержания их в воде эксплуатационных скважин позволяют судить о направлении и скорости распространения наг­ нетаемой воды.

Индикаторы, добавляемые в нагнетаемую воду, должны обла­ дать следующими свойствами: 1) высокой растворимостью в воде и незначительной в нефти; 2) низкой адсорбцией на поверхности твердых частиц пород; 3) определенной продолжительностью жизни и простотой обнаружения в малых концентрациях; 4) невы­ сокой стоимостью; 5) безопасностью в работе. Лабораторные и промышленные опыты, выполненные как в СССР, так и за рубе­ жом, показали [25, 111], что радиоактивных изотопов, в какой-то мере удовлетворяющих этим условиям, пока не найдено.

Радиоактивные изотопы, закачиваемые по нагнетательным скважинам, могут быть зафиксированы портативной измеритель­ ной аппаратурой в разрезе эксплуатационных скважин, если они являются гамма-излучателями. Однако попытки проследить за пе­ ремещением жидкости в пласте путем закачки изотопов гаммаизлучателей до последних лет терпели неудачи, так как большая часть известных гамма-излучателей интенсивно адсорбируется по­ родами и не обнаруживается на значительных расстояниях от на­ гнетательной скважины.

Известны примеры использования радиоактивного изотопа 131І для контроля движения пластовых вод в США [111]. Однако 131І неприменим для изучения движения вод на значительных расстоя­ ниях, вследствие малого (8 сут) периода полураспада. В настоя­ щее время в качестве индикатора применяются различные соли, органические красители, стабильные и радиоактивные изотопы.

74

В нефтепромысловых исследованиях чаще всего используются ра­ диоактивные изотопы и красители.

Задачи контроля за перемещением жидкости в пласте (нагне­ таемой воды) наиболее успешно решаются с помощью изотопа водорода — трития 3Н и флуоресцеина, отвечающих требованиям, предъявляемым к водным индикаторам. В последние годы на Ромашкинском нефтяном месторождении под руководством автора широкое промысловое опробование прошел тритий. Физические константы его и соединений к настоящему времени изучены слабо. Плотность жидкого трития при —254° С в 3,5 раза больше плотно­ сти жидкого водорода — протия, температура кипения тритиевопротиевой воды выше температуры кипения воды с нормальным изотопным составом, разность температур плавления водорода и трития составляет 6,6° С. Тритий представляет ß-излучатель с пе­ риодом полураспада 12,6 лет. Продуктом его распада является 3Не. По энергии излучения тритий — самый мягкий из всех ß-излу- чателей. Максимальная энергия ß-частиц, испускаемых ядрами трития, равна 18 кэВ. Бета-частицы с такой энергией полностью поглощаются слоем воздуха толщиной 7,7 мм, а в латунь они проникают на глубину 0,01 мм. Поэтому при работе с препаратами трития любой активности опасности внешнего облучения практи­ чески нет. Предельно допустимые активности при попадании в ор­ ганизм для трития в ІО-5—10_6 раз больше, чем для радия и в ІО4 раза больше, чем для изотопа 60Со. Тем не менее работа должна проводиться с соблюдением санитарных правил, обеспечи­ вающих безопасность работающих.

В настоящее время тритий получают облучением лития медлен­ ными нейтронами в ядерном реакторе. Ядро изотопа 61л, поглотив нейтрон п, распадается на а-частицу и ядро трития:

В незначительном количестве тритий содержится в поверхност­ ных водах. Это обстоятельство используется в гидрогеологических исследованиях, в частности при определении возраста пластовых вод.

Промысловые и лабораторные исследования показывают, что в общем случае объем меченой жидкости, необходимый для за­ качки, должен составлять не менее 20% порового объема пласта. Это обеспечивает продвижение индикатора по всей дренируемой мощности пласта. Концентрация индикатора может быть невысо­ кой, например, превышающей чувствительность аппаратуры не более чем в 10 раз. Однако на практике трудно осуществить за­ качку меченой жидкости в таком большом объеме.

Оптимальный объем меченой жидкости и концентрации инди­ катора (трития) необходимо установить экспериментально в лабо­ раторных и промысловых условиях. Так, по данным ТатНИПИнефти [165] в условиях Ромашкинского и Ново-Елховского место­ рождений объем меченой жидкости, необходимый для закачки,

75

в зависимости от мощности пласта и расстояния между нагнета­ тельной и наблюдательной скважинами изменяется в пределах 10—100 м3, а концентрация трития— 1—10 Ки/м3.

Тритий невозможно обнаружить в скважине путем прямых изме­ рений. Наблюдение за появлением его в контрольных скважинах осуществляется путем отбора проб. Методика отбора проб мало отличается от применяемой на промыслах при определении содер­ жания воды в добываемой продукции. Объем пробы должен состав­ лять не менее 1 л, что связано с необходимостью получения до­ статочного количества пробы при малом обводнении. Пробы отби­ раются с пробоотборных кранов манифольда. Перед отбором сле­ дует слить 3—4 л жидкости через краник для его продувки, затем набрать нужное количество жидкости в специальную емкость.

Наблюдение в контрольных скважинах следует начинать сразу же после закачки меченой жидкости в нагнетательную скважину. Это в ряде случаев позволит выявить в пласте аномальные пути фильтрации, по которым скорость движения жидкости значительно превышает расчетную. В зависимости от ширины оторочки меченой жидкости и скорости ее продвижения в пласте частота отбора проб может быть различной. Так, для условий Ромашкинского ме­ сторождения частота отбора проб один раз в неделю является оптимальной Отбор проб лучше проводить с переменной часто­ той. До первого появления индикатора можно отбирать пробу один раз в неделю, а с момента появления трития и до его исчезнове­ ния— не менее трех раз в неделю.

Низкая энергия излучения создает определенные затруднения для обнаружения трития в различных средах. Существует несколько способов измерения радиоактивности трития, из которых наиболее распространены два: счетчиками Гейгера—Мюллера внутреннего наполнения и с помощью жидких сцинтилляторов. По разрешаю­ щей способности первый метод регистрации позволяет обнаружить 90% излучаемых частиц, а второй не более 10%.

Все существующие методы определения трития в жидкостях требуют довольно сложной предварительной подготовки анализи­ руемой пробы и специальной аналитической аппаратуры. Анализ проб жидкости на содержание трития, основанный на измерении его активности, состоит из следующих последовательных этапов.

1. Предварительная обработка проб жидкости, отбираемых из наблюдательных скважин. Обработка сводится к отделению воды

более 3%). Для комплексного анализа необходимо выделить воды не менее 25 см3, что может быть осуществлено, если содержание воды в пробах не ниже 2,5%. В остальных случаях ограничиваются определением трития в пробах.

2. Электролиз воды, выделенной из пробы жидкости. Произво­ дится в случае малой концентрации трития в пробе. При движении меченой жидкости через пористую среду происходит ее интенсив­

76

ное разбавление, величина которого достигает иногда ІО4 и более. Поэтому в точке наблюдения концентрация меченой жидкости мо­ жет оказаться ниже разрешающей способности измеряемой аппа­ ратуры. Признаком низкой концентрации может служить неболь­ шое, но стабильное превышение (20%) активности проб над фо­ ном. В таких случаях возникает необходимость искусственного повышения концентрации путем обогащения пробы в специальных электролазерах. Как показывают исследования на Ромашкинском

месторождении, в большинстве случаев нет необходимости в обо­ гащении проб. Обычно появление меченой воды фиксируется уве­ ренно.

3. Получение чистого газообразного водорода или водорода с тритием путем химического разложения анализируемой воды. Химическое разложение проб воды осуществляется с помощью специально приготовленного сплава из алюминия, натрия и ртути.

4. Определение активности газообразной смеси водорода с три­ тием в счетчиках Гейгера—Мюллера внутреннего наполнения. Про­ изводится в специальной установке (рис. 29), включающей в себя вакуумный пост, который позволяет создать разрежение по всей системе не менее 10 мм рт. ст., счетчик Гейгера—Мюллера внут­ реннего наполнения и аппаратуру для регистрации — блок питания счетчика и пересчетный прибор.

77

Вакуумный пост состоит из вакуумопровода, насосов предвари­ тельного и высокого разрежения и приборов, контролирующих степень разрежения. Кроме того, здесь имеются приспособления для подключения колб с пробами (гребенка), дюар для жидкого азота, ловушка и ртутный манометр для дозировки анализируе­ мого газа при наполнении счетчика внутреннего наполнения типа СБМ с рабочим объемом 80 см3. Ошибка измерений не превышает 10% при продолжительности измерения более 10 мин. В ТатНИПИнефти созданы два варианта опытных счетчиков с большим объе­ мом наполнения (1000—1250 см3), чувствительность которых в 5— 6 раз выше, чем счетчика типа СБМ [165].

Элементом установки для измерения активности пробы явля­ ется аппаратура для регистрации импульсов и источник высокого напряжения для испытания счетчиков. Для регистрации импуль­ сов рекомендуется использовать пересчетный прибор ПСТ-100 или ПС-10, для питания счетчиков используется комплект высоковольт­ ных стабилизированных выпрямителей (КВСВ) или прибор ВС-22.

Измерение активности пробы осуществляется следующим обра­ зом. Колбы с анализируемыми пробами, которые предварительно подверглись химическому разложению, присоединяются к уста­ новке с помощью гребенки и вакуумных шлангов (см. рис. 29). За­ тем производится откачка всей системы до разрежения 10_3 мм рт. ст., далее срабатывают вакуумные 'насосы и производится на­ полнение счетчика газогасителем и анализируемым газом. Вначале запускается газогаситель. При этом необходимо предварительно приоткрыть ловушку с холодильником, так как углеводородные газы, применяемые в качестве гасителя, попадая в ловушку, замо­ раживаются в жидком азоте. Анализируемый газ, находящийся в колбе, выпускается сначала в ловушку, а затем с помощью крана медленно переводится в счетчик.

Наполнение счетчика газами контролируется ртутным маномет­ ром. Оптимальный объем наполнения счетчика СБМ газами — 220— 230 мм рт. ст. После наполнения счетчика он отключается от ва­ куумной системы с помощью зажима, или крана на входе счетчика и оставляется для перемешивания газов на 2—3 мин. Далее сни­ мается плато счетчика, т. е. характер изменения скорости счета с изменением напряжения на счетчике, и находится точка замера (напряжение на счетчике), на которой проводится определение ак­ тивности. Продолжительность измерения на точке замера зависит от требуемой точности. При работе со счетчиком СБМ, чтобы ошиб­ ка измерения не превышала 5%, замер должен длиться не менее 10 мин.

Результаты анализа проб на содержание трития регистрируются в специальном журнале, где должны быть указаны дата анализа, номер анализируемой пробы, номер скважины, где она была ото­ брана, дата отбора, условия заполнения счетчика, сведения о сня­ тии плато счетчика и активность пробы в импульсах в минуту.

78

Для определения активности пробы / пр надо вычесть из изме­ ренной величины Лим значение фона /ф

За фон / ф принимается активность дистиллированной (не актив­ ной) воды, определенная при тех же условиях. Величина активно­ сти пробы / Пр может отличаться от действительной из-за возмож­ ных ошибок измерений. Основным источником случайных ошибок являются флуктуации скорости распада. При малом промежутке времени измерения скорость распада колеблется в значительных пределах от среднего значения. Согласно теории ошибок, погреш­ ность измерения активности оценивается среднеквадратичным от­ клонением

Среднеквадратичные ошибки оИзм и Оф рассчитываются по фор­ мулам [115]

Данные о времени движения индикатора по пласту в комплексе с результатами других исследований позволяют осуществить кон­ троль за продвижением нагнетаемых вод. Зная время запуска ин­ дикатора в исследуемый поток, время появления его в точке на­ блюдения t и расстояние между точками наблюдений I, можно оп­ ределить скорость движения потока

ваются значения /пр и их ошибки Опр, а по оси абсцисс — даты от­ бора пробы. На этих же графиках целесообразно нанести и резуль­ таты наблюдения за изменением содержания воды, в отбираемых пробах, ее плотности и содержания хлора в воде. Время на графике определяется по максимуму концентрации в точке наблюдения. Расстояние I находится по карте расположения скважины.

Скорость, определенная по формуле (39), является средней ско­ ростью движения потока. Она связана со скоростью фильтрации

79

Направление движения нагнетаемых вод определяется по появ­ лению индикатора в наблюдательных скважинах, расположенных вокруг нагнетательной скважины.

Применение трития с целью прослеживания движения нагнетае­ мой воды было начато в 1956 году на Октябрьском нефтяном ме­ сторождении Чеч.-Инг. АССР и дало весьма интересные резуль­ таты. Например, по гидродинамическим расчетам скорость движе­ ния нагнетаемой воды по пласту в одном из направлений должна

ной скв. 5433.

1 — погрешность определения / пр.

была составлять 1,4 м/сут. Однако по методу активации воды тритием она оказалась равной 40 м/сут, что объясняется недоуче­ том при гидравлических расчетах трещиноватости коллектора [25].

Использование радиоактивных изотопов для установления на­ правления и скорости движения жидкости по пласту наиболее пер­ спективно при разработке нефтяных месторождений путем очаго­ вого и площадного заводнений, или при незначительных размерах нефтяных залежей. Этот метод должен найти применение для кон­ троля за движением закачиваемой воды на крупнейших месторо­ ждениях Татарии, Башкирии, Западной Сибири и др. На современ­ ной стадии разработки этих месторождений, когда стали внедрять­ ся процессы дополнительного разрезания площадей с очаговым заводнением, контроль за продвижением закачиваемой воды все

80