Нестационарное (циклическое) заводнение.

Анализ многолетнего опыта разработки нефтяных месторождений в различных геологических условиях и на разных режимах заводнения позволил выявить влияние периодической остановки и последующего возобновления закачки воды на повышение продуктивности скважин и их обводненность. Исследования нестационарного заводнения были проведены М.Л. Сургучевым, анализируя состояние разработки нефтяных залежей с терригенными коллекторами бобриковского горизонта на месторождениях Яблоневый овраг и Новостепановского участка Калиновского месторождения Самарской области. Заводнение на этих месторождениях носило нестационарный характер по природно-климатическим условиям. Нестационарное заводнение на этих месторождениях положительно влияло на снижение обводненности скважин и увеличение нефтеизвлечения.

Было установлено, что физический смысл нестационарного (циклического) заводнения определяется «увеличением упругого запаса пластовой системы путем периодического повышения и снижения давления нагнетания воды», что создает внутри пласта нестационарные перепады давления и перетоки жидкости между слоями разной проницаемости. Это способствует перераспределению жидкости в пласте за счет капиллярных сил. Установлено, что наибольший эффект от применения нестационарного заводнения наблюдается в неоднородных продуктивных коллекторах. Периодическое изменение по величине и направлению перепадов давления в пропластках различной проницаемости приводит к проникновению закачиваемой воды в участки продуктивного пласта, неохваченные обычной закачкой, то есть в застойные нефтяные зоны.

Образовавшиеся градиенты гидродинамических давлений между неоднородными по проницаемости слоями способствуют интенсификации перетоков жидкости из одних слоев в другие. Одновременно с этим происходит и изменение направления потоков воды. Все это способствует расширению границ вытеснения по толщине и простиранию продуктивных пластов. Таким образом, вовлекаются в разработку запасы нефти из низкопроницаемых нефтенасыщенных слоев, зон и блоков. Установлено, что чем выше сжимаемость пластовой системы, тем больше по величине должны быть градиенты давления и, соответственно, интенсивнее перетоки жидкости между неоднородными по проницаемости слоями нефтенасыщенных пород. На гидродинамические перетоки существенное влияние оказывают капиллярные силы. Оба эти процесса взаимосвязаны и дополняют друг друга.

Отсюда делается вывод о том, что эффективность нестационарного (циклического) заводнения определяется двумя неразрывно связанными процессами – гидродинамическим внедрением закачиваемой воды в низкопроницаемые коллекторы под действием перераспределения давления из-за неоднородности среды и капиллярной пропиткой (замещением) нефти водой в низкопроницаемых зонах пласта, вызываемой высокой неоднородностью среды.

Эффективность нестационарного заводнения с изменением на правления фильтрационных потоков жидкости в пласте зависит не только от степени неоднородности продуктивного пласта, режима воздействия и других технологических факторов, но и от реологических свойств пластовых флюидов. На месторождениях с повышенной и высокой вязкостью нефти в пластовых условиях из-за, так называемого, явления вязкостной неустойчивости происходят опережающие, преждевременные прорывы воды к забоям добывающих скважин. При этом остаются (создаются) большие невыработанные нефтенасыщенные зоны. Применение циклического заводнения в этих условиях дает большой эффект.

По режимам закачки воды циклическое (нестационарное) заводнение подразделяется на активное и пассивное. К активному воздействию относится попеременное прекращение закачки воды в отдельные группы скважин и целые ряды при рядной системе разработки месторождений, а также прекращение закачки воды на более длительное (до года) время. К числу пассивных вариантов нестационарного воздействия на продуктивные пласты относятся: временная остановка некоторых нагнетательных скважин, уменьшение объемов закачки, остановка высокообводненных скважин и другое.

Периоды времени и уровни снижения объемов закачки так же, как и для активной категории воздействия, могут изменяться в широких пределах. Одним из прогрессивных методов нестационарного заводнения в настоящее время является метод, основанный на временном отключении в чередующейся последовательности добывающих (во время закачки воды) и нагнетательных скважин (во время работы добывающих скважин). При этом варианте нестационарного заводнения максимально используется возможность накопленного запаса упругой энергии пласта во время закачки воды. В этом случае приток жидкости происходит не только по установившимся направлениям гидродинамических связей в пласте, но и за счет притока нефти из ранее недренируемых зон пласта. Это позволяет подключать в разработку низкопроницаемые участки пласта. Преимущество этого метода состоит в том, что во время работы добывающих скважин закачка воды в пласт полностью отсутствует, что исключает передачу давления на объект разработки даже через зоны слияния отдельных пластов и пропластков.

Обязательным условием нестационарного заводнения является систематический контроль за пластовым давлением по разрабатываемой площади или месторождению в целом, контроль за перераспределением давления в пласте с периодическим построением карт изобар, замер забойных давлений и полный цикл гидродинамических исследований по «опорным» добывающим скважинам.

Опытно-промышленные работы по нестационарному (циклическому) заводнению, реализованные в различных геолого-физических условиях залежей, разрабатываемых в условиях обычного заводнения, показали его эффективность на всех месторождениях.

Работы по циклическому заводнению проводились и проводятся для оценки его экономической эффективности в большом диапазоне геолого-физических условий в разных регионах России. Начиная с 1965 года, опытно-промышленная циклическая закачка воды осуществлялась на 43 опытных участках 26 месторождений страны.

Продуктивные пласты, на которых осуществлялось циклическое заводнение, в основном представлены терригенными коллекторами. Средняя проницаемость изменяется от 0,02 мкм² до 0,728 мкм². В основном опытные работы проводились на месторождениях с маловязкой нефтью. Разработка нефтяных месторождений с применением заводнения сопровождается с самого начала разработки прогрессирующим обводнением добывающих скважин и извлечением вместе с нефтью больших объемов закачиваемой воды. Большинство нефтяных месторождений обводняются закачиваемой водой неравномерно, в связи с высокой зональной и послойной неоднородностью нефтяных пластов. Вода в первую очередь прорывается по наиболее проницаемым слоям к добывающим скважинам,

оставляя «целики» нефти по площади и разрезу залежей, обводняя добывающие скважины. Огромные объемы извлекаемой воды затрудняют процесс добычи и подготовки нефти. Большая часть закачиваемой воды по избранным каналам, как по сообщающимся сосудам, не совершая полезной работы по вытеснению нефти, поступает из нагнетательной скважины в добывающую; после извлечения ее на поверхность и проведения трудоемких и энергоемких работ по ее подготовке снова закачивается в пласт и так далее.

В среднем по России в нефтяной отрасли водонефтяной фактор (количество воды в м³ , закачиваемой на извлечение одной тонны нефти) составляет 5,4, а по многим месторождениям Татарстана, Башкортостана, Самарской области и других, находящимся на поздней стадии разработки, он достигает 12. Процесс разработки залежей со сложным геологическим строением с применением заводнения, как правило, протекает весьма неэффективно. При обычном заводнении нагнетаемая вода прорывается к добывающим скважинам по высокопроницаемым слоям и зонам, оставляя участки с невытесненной нефтью. Коэффициент охвата пластов вытеснением при этом невысокий (от 30 до 50%).

Дополнительный охват продуктивного пласта заводнением не вовлеченных в разработку нефтенасыщенных зон и участков позволяет увеличивать темпы нефтедобычи и коэффициенты нефтеизвлечения. Эта задача может быть решена за счет применения метода циклического (нестационарного) заводнения с изменением направления фильтрационных потоков. На современной стадии метод предусматривает переменное изменение режима нагнетания воды в пласт по группам нагнетательных скважин с целью создания в нем нестационарных перепадов давления, способствующих включению в работу прослоев, зон и участков коллекторов с пониженной проницаемостью, ранее не охваченных заводнением. Между участками с различной проницаемостью, как по площади, так и по разрезу, создаются дополнительные градиенты давления переменного направления, которые обуславливают перетоки жидкости между блоком и системами трещин, создаются условия для нарушения равновесия капиллярных сил. Эти процессы обеспечивают дополнительное вытеснение нефти из низкопроницаемых нефтенасыщенных прослоев и элементов, то есть увеличивают коэффициент охвата и нефтеизвлечения. В период нагнетания воды (повышения пластового давления) она входит в поры блоков породы. При последующем отборе жидкости (снижение пластового давления) вода, вошедшая в блоки, частично удерживается там за счет капиллярных сил, и нефть вытесняется из них в систему трещин за счет упругих сил. С целью интенсификации этого процесса совместно с ним применяют метод изменения фильтрационных потоков. Количество закачиваемой воды периодически распределяется таким образом, чтобы при цикле создавалось новое направление фильтрации в залежи. При этом происходит перераспределение давления с изменением линий тока от нагнетательных скважин к эксплуатационным и вовлекаются в разработку слабо дренировавшиеся нефтенасыщенные зоны. В результате уменьшается или стабилизируется обводненность добываемой жидкости и увеличиваются коэффициенты охвата и нефтеизвлечения.

Применение метода возможно на всех месторождениях, где применяется обычное заводнение, нефтенасыщенные пласты которых характеризуются неоднородным геологическим строением. Метод применяется как на ранней, так и на поздней стадии разработки