Вторичные методы разработки залежей

Истощение пластовой энергии приводит к тому, что часть нефти остается в пласте. Природная энергия пласта уже не может обеспечить передвижение нефти к забоям скважин. В связи с этим, когда разработка залежи на естественном режиме

¹В советской нефтепромысловой геологии нет термина, аналогичного американскому термину stripper wells, stripper pools. По смыслу ‑ это скважины или залежи, эксплуатация которых близка к пределу рентабельности. - Прим. перев.

приближается к своему экономическому пределу, дальнейшее извлечение нефти возможно только с применением методов искусственного поддержания пластовой энергии, таких, как закачка в пласт воды, воздуха, газа, несмешивающихся жидкостей, подземное сжигание нефти или нагнетание пара и т. д. Запасы нефти в США, которые могут быть получены с помощью вторичных методов разработки, оцениваются более чем в 7 млрд. баррелей [51]. Оставшиеся запасы нефти в месторождениях штата Арканзас после применения первичных методов равны количеству нефти, извлеченной с помощью этих методов. На месторождении Брадфорд в Пенсильвании добыча нефти первичными методами составила 250 млн. баррелей. С помощью вторичных методов (законтурного заводнения) предполагается добыть еще 320 млн. баррелей, а к 1980 г. будет добыто 170 млн. баррелей. Однако и после этого в пласте останется не менее 800 млн. баррелей нефти, которая должна будет извлекаться уже какими-то «третичными» методами [52]. Непрерывный прогресс вторичных методов разработки месторождений позволяет рассчитывать на то, что и на месторождении Брадфорд, и на многих других месторождениях, попавших в разряд малорентабельных, большая часть остаточных запасов нефти в конце концов будет извлечена.

Эффективность заводнения определяется главным образом способностью воды вытеснять из пласта оставшуюся в нем нефть. Процесс в общем аналогичен тому, что происходит при естественном вытеснении нефти водой в случае водонапорного режима. Вода нагнетается в пласт через специальные скважины, расположенные в определенном порядке. Расстояние между этими скважинами зависит от ряда причин, в том числе от стоимости скважин и продажной цены на нефть, а также от величины конечной нефтеотдачи, которую предполагается достигнуть. Поступающая в пласт вода движется в направлении снижения гидравлического потенциала, увлекая за собой нефть, оставшуюся в порах при первичной добыче. Нефтенасыщенность перед фронтом движущейся воды возрастает, образуется «нефтяной вал», в конце концов достигающий эксплуатационных скважин. Однако количество воды, добываемой вместе с нефтью, постепенно увеличивается, и в конечном счете скважины дают чистую воду. Типичная эксплуатационная характеристика залежи в случае нагнетания воды в пласт приведена на фиг. 10-23.

Нагнетание газа или воздуха приводит к несколько иному эффекту. В этом случае «нефтяной вал» не образуется. Извлечению оставшейся в пласте нефти способствует повышение ее газонасыщенности: пузырьки газа или воздуха увлекают за собой нефть по более проницаемым зонам пласта. Кроме того, нагнетаемый под давлением газ в какой-то степени поддерживает пластовое давление, замедляет темп его снижения, т.е. увеличивает количество пластовой энергии, требующейся для максимального извлечения нефти. Этот газ, растворяясь в нефти, снижает также ее вязкость и способствует более свободному продвижению нефти по природному резервуару. Воздух-менее благоприятный агент для закачки в пласт, чем газ, вследствие высокого корродирующего воздействия на оборудование и способности взрываться при смешивании с газом. По мере увеличения количества закачиваемого в пласт газа величина газового фактора возрастает, а количество извлекаемой нефти уменьшается, пока в конечном счете скважины не перейдут полностью на газ. Нагнетание газа наиболее эффективно в случае высокой водонасыщенности пластов, в то время как заводнение более эффективно в пластах с низкой остаточной водонасыщенностью и высо­кой нефтенасыщенностью. Повышение нефтеотдачи может быть достигнуто и совместным или последовательным нагнетанием в истощенный пласт воды и газа. В лабораторных условиях испытывалось добавление к воде углекислого газа, не только как физического, но и как химического агента. При этом нефтеотдача значительно увеличивалась [53].

В последние годы интенсивно развивается новый метод извлечения остаточной нефти из истощенных пластов ‑ подземное горение [54]. Он заключается в нагнетании в пласт воздуха и последующем сжигании пластовой нефти в нагнетательных скважинах. Зажигание нефти производится с помощью забойных электро- или газовоспламенителей, а также химических реакций, дающих высокую температуру. На первых этапах горения в пласт может добавляться кислород. Когда пласт зажжен, аэрированный участок нагревается. Область нагрева движется по мере медленного перемещения фронта горения. Горящая нефть карбонизируется (обугливается)

Фиг. 10-23. Типичная характеристика разработки нефтяной залежи на месторождении Хейнсвилл в северной Луизиане (Akins, Trans. Am. Inst. Min. Met. Engrs., 192, p. 242, Fig. 4, 1951).

Продуктивны известняки Петтит (мел). Закачка газа началась в январе 1945 г., а воды - в январе 1946 г. Эффект от применения вторичных методов разработки хорошо виден на кривых изменения газового фактора, пластового давления и добычи нефтп. 1 - начиная с этой даты, учет добычи попутного газа более точен; 2 - газовый фактор; 3 - забойное давление; 4 - начало закачки газа в пласт; 5 - ежемесячная добыча нефти (данные на 1 мая 1944 г.); 6 - начало централизованной (объединенной) эксплуатации всех участков месторождения; 7 - повышение мощности установки по закачке газа; 8 - начало закачкп в пласт воды; 9 - суммарная добыча нефти.

и становится основным топливом для этого фронта. Тепло и повышенное давление приводят к образованию «нефтяного вала», двигающегося в сторону эксплуатационных скважин.

Одним из многообещающих вариантов термальных методов воздействия на пласт является закачка горячей воды и пара [55]. Он заключается в подаче в пласт воды и пара достаточно высокой температуры - около 400°F (сообщается и о более высоких температурах нагнетания - до 700°F). Извлечение остаточной нефти происходит главным образом в результате увеличения ее подвижности при повышении температуры, а также вследствие теплового расширения нефти. Закачка горячей воды и пара производится периодически через определенные промежутки времени. Добыча нефти происходит либо через нагнетательные скважины во время их остановки, либо непрерывно - через эксплуатационные скважины.

Большая часть неглубоко залегающих залежей в США в настоящее время разрабатывается с помощью вторичных методов. Обычно применяется нагнетание газа или воды. Закачка воздуха применяется только в тех случаях, когда нет газа, а заводнение по каким-либо причинам невозможно. При прочих равных условиях заводнение оказывается обычно наиболее эффективным.

При особо благоприятных пластовых условиях практически вся извлекаемая нефть может быть извлечена только с помощью первичных методов, и необходимости в применении вторичных методов может не возникнуть. Нефть, получаемая в результате применения вторичных методов разработки, значительно более дорогая, чем нефть, добываемая с помощью первичных методов. Проект разработки новой залежи должен быть составлен так, чтобы максимальное количество нефти было получено с помощью первичных методов. Наиболее благоприятны условия для применения вторичных методов разработки, когда количество оставшейся в пласте нефти достаточно велико.