- •Передмова
- •1 Нафтогазова механіка як наука, її розвиток та зв'язок з іншими дисциплінами
- •Контрольні запитання
- •2 Стан розвитку нафтогазової галузі та проблеми нафтогазовидобутку
- •2.1 Короткі відомості про земну кору
- •Контрольні запитання
- •3 Природні колектори нафти і газу та їх основні властивості
- •3.1 Гранулометричний склад порід-колекторів
- •Контрольні запитання
- •3.2 Пористість
- •3.2.1 Залежність пористості від кладки зерен, тиску та температури
- •3.3 Неоднорідність колекторських властивостей пласта
- •3.4 Фізико-механічні властивості гірських порід
- •3.5 Теплові властивості гірських порід
- •3.6 Акустичні властивості гірських порід
- •Контрольні запитання
- •3.7 Проникність
- •3.7.1 Абсолютна проникність
- •3.7.2 Проникність тріщинуватих порід
- •3.7.3 Залежність проникності від пористості та розміру пор
- •3.7.4 Фазова (ефективна) проникність
- •3.7.5 Відносна проникність
- •3.8 Питома поверхня гірських порід
- •Контрольні запитання
- •4 Пластові вуглеводні
- •4.1 Склад та фізичні властивості нафт
- •4.1.1 Густина пластової нафти
- •4.1.2 В’язкість пластової нафти
- •4.1.3 Структурно-механічні властивості аномально-в’язких нафт
- •4.1.4 Фотоколориметрія нафти
- •Контрольні запитання
- •4.2 Природний газ. Склад та властивості природного газу
- •4.2.1 Склад та класифікація природних газів
- •4.2.2 Фізико-хімічні властивості вуглеводневих газів
- •4.2.3 Стан та параметри газових сумішей
- •4.2.4 Вміст важких вуглеводнів у суміші
- •Контрольні запитання
- •5 Фазові перетворення вуглеводневих систем
- •5.1 Склад та характеристика рідкої суміші
- •5.2 Газовий конденсат
- •5.3 Газогідрати
- •Контрольні запитання
- •6 Склад та фізико-хімічні властивості пластових вод
- •6.1 Залишкова вода
- •6.2 Підземні води
- •6.3 Основні властивості пластових вод та параметри, що їх характеризують
- •Контрольні запитання
- •7 Молекулярно-поверхневі явища та капілярні процеси
- •Контрольні запитання
- •8 Режими роботи нафтових і газових покладів
- •8.1 Коефіцієнт нафтовилучення та чинники, що на нього впливають
- •8.2 Визначення нафтовилучення промисловими методами
- •8.3 Визначення нафтовилучення за допомогою лабораторних досліджень
- •Контрольні запитання
- •9 Призначення, напрямки розвитку і класифікація методів підвищення нафтовилучення пластів
- •9.1 Фізико-гідродинамічні методи підвищення нафтовилучення
- •9.1.1 Методи збільшення нафтовилучення, пов'язані з системою розробки нафтового покладу
- •9.1.2 Циклічна дія на пласт під час заводнення
- •9.1.3 Зміна напрямків фільтраційних потоків
- •9.1.4 Встановлення оптимальних величин репресії і депресії на пласт
- •9.1.5 Часткове зниження тиску нижче тиску насичення нафти
- •9.2 Фізико-хімічні методи підвищення нафтовилучення пластів
- •9.2.1 Методи для покращення заводнення
- •9.2.1.1 Застосування поверхнево-активних речовин
- •9.2.1.2 Застосування полімерів
- •9.2.1.3 Застосування лугів, кислот, пін, емульсій
- •9.2.2 Методи підвищення нафтовилучення
- •9.2.2.1 Застосування міцелярних розчинів
- •9.2.2.2 Застосування двоокису вуглецю
- •9.3 Газові методи збільшення нафтовилучення пластів
- •9.3.1 Застосування сухого вуглеводневого газу
- •9.3.2 Застосування збагаченого і зрідженого газу
- •9.3.3 Застосування газу високого тиску
- •9.3.4 Застосування інших газів і сумішей
- •9.3.5 Газоводяна дія на пласти
- •9.4 Теплові методи підвищення нафтовилучення пластів
- •9.4.1 Застосування нагрітої води
- •9.4.2 Застосування пари
- •9.4.3 Застосування внутрішньопластового горіння
- •9.5 Критерії застосування методів підвищення нафтовилучення
- •9.6 Ефективність застосування методів підвищення нафтовилучення пластів
- •9.6.1 Оцінка технологічного ефекту
- •9.6.2 Оцінка економічної ефективності впровадження методів підвищення нафтовилучення пластів
- •Контрольні запитання
- •Перелік використаних джерел
9.3.4 Застосування інших газів і сумішей
Останнім часом у практиці розробки нафтових родовищ почали застосовувати азот і газоподібні продукти горіння, що представляють собою суміші різних газів. Економічні підрахунки, експериментальні і практичні роботи дають право вважати ці агенти не тільки прийнятними, але й вигідними агентами для витіснення нафти.
Як і під час застосування вуглеводневих газів і двоокису вуглецю, процес витіснення найбільш ефективно буде відбуватися за умови реалізації в пласті взаємного змішування агентів. Відмінності по суті будуть заключатися у величині тиску, за якого цей процес буде реалізовуватись.
У ряді зарубіжних країн будуються спеціальні заводи для одержання цих агентів. Так, під час спалювання 1 м3 вуглеводневого газу одержують до 8-9 м3 газів горіння.
9.3.5 Газоводяна дія на пласти
Нагнітання газу в пласти з метою підтримання пластового тиску почали значно скоріше, ніж заводнення. До застосування штучного заводнення нагнітання газу в пласти вважали економічно оправданим, оскільки це дозволяло підвищувати нафтовилучення на 5 - 10 %, а в пластах, що залягають круто, на 15 - 20 %. Тоді стало ясно, що використання газу за відсутності змішування з нафтою менш ефективне за воду. Тут основну роль відіграє мала в'язкість газу (в 10-15 разів нижче в'язкості води).
На відміну від води, що у гідрофільному пласті при її нагнітанні займає дрібні пори, газ в загазованій зоні займає великі пори (фаза, що не змочує породу). Це дало можливість зробити висновок про доцільність сполучення позитивних якостей води і газу. Виявилось, що комбінована дія на пласт газом і водою (газоводяна дія) більш ефективна, ніж нагнітання в пласт тільки одного з цих агентів. За умови оптимального застосування цього процесу нафтовіддачу можна збільшити на 7 - 15 %.
Газоводяна дія на пласт може відбуватися при різних модифікаціях нагнітання робочих агентів: послідовне нагнітання агентів (води - потім газу або газу - потім води), одночасне їх нагнітання за різних співвідношень у суміші, циклічне (поперемінне) нагнітання агентів, а також у вигляді комбінації названих модифікацій. Протікання процесу можливе в умовах рівноважності газу з нафтою і за умови взаємного змішування його з нафтою.
Вплив газоводяної дії на нафтонасичені пласти вивчалися досить ґрунтовно в ЦНДЛ ВАТ „Укрнафта”, де проводились лабораторні експерименти на фізичних моделях пластів в умовах, що максимально наближені до пластових, здійснювались для пластових умов нафтогазоносного покладу пласта АВ1 Самотлорського родовища та нафтового покладу в менілітових відкладах Битківського родовища. Були вибрані для дослідження два об'єкти, які значно відрізняються як своїми запасами, так і своєю геолого-промисловою характеристикою.
Глибина залягання покладу в пласті АВ1 - 1610-1755 м. Тут виділяється два типи колекторів: у нижній частині покладу це слабоглинисті пісковики товщиною 0,4-9 м, відкритою пористістю 0,25 та проникністю до 1500 мД;у верхній частині - це мікропереслоювання пісковиків, алевролітів відкритою пористістю 0,22-0,23 та проникністю 0-100 мД. Тут глинистість колектора досягає 30 - 40 %. Густина нафти в пластових та поверхневих умовах складає 770 та 862 кг/м3, відповідно. Пластовий тиск складає 16,0-17,2 МПа, а тиск насичення нафти газом 9,5-14,3 МПа за пластової температури біля 63°С та газовому факторі 95-143 м3/м3. Вміст парафіну-3 %, смол силікагелевих - 2,3 %, асфальтенів - 2,5 %. В'язкість нафти – 1,4-1,9 мПа·с, а об'ємний коефіцієнт 1,18-1,26.
Глибина залягання менілітового покладу нафти, де чергуються пісковики, алевроліти та аргіліти, 1500-2200 м. Тут, на відміну від поліміктових пісковиків Західного Сибіру, пісковики кварцеві. Середня товщина продуктивних відкладів біля 250 м, а ефективна товщина знаходиться в межах 30-35м.
Густина нафти в пластових та поверхневих умовах складає 750 та 864 кг/м3. Пластовий тиск, як і тиск насичення нафти газом, складає 27,0 МПа. Об'ємний коефіцієнт складає 1,3. Пластова температура та газовий фактор складають відповідно 57°С і 140 м3/м3. Вміст парафіну - 9,1 %, смол силікагелевих – 9 %, асфальтенів - 2 %.
Для цих двох названих об'єктів були виконані такі лабораторні дослідження:
витіснення нафти водою в умовах, коли Рпл > Рнас;
витіснення нафти газом в умовах, коли Рпл > Рнас;
витіснення нафти водою в умовах часткового зниження пластового тиску нижче тиску насичення нафти газом (Рпл < Рнас);
витіснення нафти шляхом послідовного нагнітання в модель води і газу як в умовах, коли Рпл > Рнас, так і в умовах, коли Рпл < Рнас;
витіснення нафти шляхом послідовного нагнітання в модель газу і води як в умовах, коли Рпл > Рнас, так і в умовах, коли Рпл < Рнас;
витіснення нафти одночасним нагнітанням в модель газу та води при їх різному співвідношенні у витісному агенті з обводнених та загазованих пластів в умовах перевищення пластового тиску над тиском насичення нафти газом та в умовах зниження пластового тиску в порівнянні з пластовим тиском;
витіснення нафти попереднім (циклічним) нагнітанням газу та води.
Із сказаного випливає, що в лабораторних умовах на фізичних моделях пластів були вивчені практично всі можливі під час розробки нафтових родовищ умови витіснення нафти водою і газом та визначені величини коефіцієнтів витіснення нафти для пластових умов, що перелічені вище.
Виконаними роботами було показано, що витіснення нафти послідовним нагнітанням газу і води, як і води та газу, більш ефективне від заводнення чи витіснення газом. Якщо витіснення нафти водою для умов Битківського та Самотлорського родовищ становило відповідно 53 - 55 %, а витіснення нафти газом для цих родовищ відповідно дозволяло на момент прориву останнього видобувати 26 % продукції (при 3-4 порових об'ємах нагнітання газу – 41-42 %) і (при 2-3 об'ємах нагнітання газу – 48 - 50 %), то послідовне застосування цих агентів дозволяло збільшити коефіцієнт витіснення нафти до 0,65 та 0,68-0,7 відповідно.
Було встановлено, що найбільш ефективним способом вилучення нафти є одночасне нагнітання газу та води. Коефіцієнти витіснення при оптимальному співвідношенні у витісному агенті газу та води тут досягалиcя вказаних величин 0,74-0,75, тобто збільшувались на 18-20 % обидва. Було також встановлено, що циклічне нагнітання газу та води за величини циклів кожного з агентів до 0,1 від об'єму нафтонасичених пор ділянки, на яку діємо, так само ефективне, як і одночасна дія цих агентів.
Кожний з перелічених методів ефективний за певних компонентних складів і фазових станів нафти і тиску, під яким може відбуватися процес змішування. Витіснення нафти сухим газом високого тиску найбільш ефективне для покладів з пластовим тиском понад 20 МПа, витіснення збагаченим газом - 10-20 МПа, а зрідженим газом і двоокисом вуглецю – 8-14 МПа. Отже, ці методи доцільно застосовувати для покладів з великими глибинами залягання пластів – більше 1000-1200 м. Сприятливими є також низька в’язкість пластової нафти (менше 5 мПа·с) і товщина пластів 10-15 м. Вони можуть використовуватись за різної проникності пластів, але найдоцільніше за низької проникності, коли не вдається реалізувати методи заводнення. Для заводнених пластів ці методи неприйнятні, крім витіснення нафти вуглекислим газом.