Методи підвищення ефективності використання видобувних свердловин

Методи розробки нафтових родовищ поділяють на традиційні (природні режими, заводнення природне та штучне, використання газу газової шапки) та підвищення нафтовилучення пластів (збільшення ступеня вилучення нафти), які в різних джерелах у різний час називають новими методами розробки або третинними. Традиційні методи розробки у випадках застосування заводнення або нагнітання газу газової шапки прийнято називати вторинними.

За своїм призначенням та характером дії робочих агентів методи впливу на поклади можна класифікувати як дію на нафту, що залишилася у пласті в макро і мікромасштабах. У першому випадку мети досягають завдяки зниженню в’язкості та збільшенню об’єму нафти, а також підвищенню в’язкості витісняючого агента, гідрофілізації колектора, підвищення фазової проникності для нафти та її зменшення для води.

Не існує універсального методу підвищення нафто вилучення, який усунув би всі причини існування залишкової нафтонасиченості (розчленованість та переривчастість пластів, макронеоднорідність, високі в’язкість і міжфазний натяг на границі нафти і витісняючого агента, молекулярні сили, мікронеоднорідність).

З метою вилучення залишкової нафти у пласті в макромасштабі застосовують фізико-гідродинамічні методи – усі системи заводнення, в тому числі циклічне, зміну напрямків фільтраційних потоків, встановлення оптимальних величин репресій і депресій на продуктивні пласти, часткове зниження пластового тиску нижче тиску насичення нафти газом.

На нафту, що залишилася у пласті в мікромасштабі, з метою підвищення нафтовилучення діють хімічними, газовими і тепловими агентами:

- на застосуванні хімічних реагентів розроблені методи поліпшення ефективності заводнення (розчини поверхнево активних речовин, полімери, луги, кислоти, піни, емульсії) і вилучення залишкової нафти із пластів, дія яких заснована на зниженні між фазного натягу на границі нафти і витісняю чого агента (міцелярно-полімерне заводнення та застосування двооксиду вуглецю);

- газові методи підвищення нафтовилучення (застосування сухого вуглеводневого, збагаченого та скрапленого газу, газу високого тиску, двоокису вуглецю, азоту та інших не вуглеводневих газів, газо водяну дію);

- теплові методи підвищення нафтовилучення (застосування сухого вуглеводневого, збагаченого та скрапленого газу, газу високого тиску, двоокису вуглецю, азоту та інших не вуглеводневих газів, газоводяну дію).

На практиці переважна більшість закінчених буріння свердловин вводиться в експлуатацію без інтенсифікації припливу флюїдів, внаслідок чого знижуються відбори нафти і газу. На родовищах АТ «Укрнафта» при фонді видобувних і нагнітальних свердловин щорічно проводять заходи з метою підвищення продуктивності свердловин, серед яких кислотні обробки (60%), гідравлічні розриви пласта, обробки поверхнево активними речовинами, та ін. Гідропіскостуминна перфорація, миттєві депресії – репресії на пласт (метод змінних тисків) та інші застосовуються рідше. Проте ефективність методів інтенсифікації на родовищах АТ «Укрнафта» в останні роки становить близько 60 %.

Для підвищення методів інтенсифікації припливу флюїдів необхідно детально вивчати геолого-промислові фактори, які істотно впливають на вказані процеси: літологічні та фільтраційно-ємнісні властивості продуктивних горизонтів, характер їхнього нафтогазонасичення і змочуваності порід-колекторів, фізико-хімічні характеристики пластових флюїдів, загальна та ефективна товщина продуктивних горизонтів, розкритих перфорацією, неоднорідність пласта, розміщення об’єкта поблизу водо-нафтового, газо-нафтового і газо-водяного контактів, термодинамічні умови (поточний пластовий тиск, тиск насичення і початку випадання конденсату, температура пласта), режими розробки покладів і характер обводнення продукції.

Теплофізичні методи збільшення нафтовилучення пластів включають нагнітання гарячої води й пару(застосовуються для глибин не більше 1 км внаслідок охолодження води й пару), використовуються на родовищах з підвищеною в’язкістю нафти, там де звичайне заводнення мало ефективне, призводить до збільшення нафтовилучення на 30-35 %, або у два рази порівнянно зі звичайним заводненням.

Методи теплового впливу використовують на пласти нафти підвищеної в'язкості й підвищеним вмістом парафіну. Збільшення нафтовіддачи відбувається за рахунок зменшення в'язкості нафти, випаровування з нафти легких фракцій, витиснення нафти в ненагрітій зоні газами горіння й т.д. Розрізняють електротеплову обробку привибійної зони і паротеплову шляхом нагнітання у привибійну зону пласта теплоносіїв. В останньому випадку прогрівання пласта відбувається за рахунок конвективного перенесення тепла і не обмежується в часі, у зв’язку з чим свердловина тривалий період експлуатується в умовах підвищеної температури. Застосування методу дає змогу досягати значень коефіцієнтів вилучення нафти до 0,4-0,6. Для підвищення ефективності обробки пару необхідно нагнітати швидко, щоб зменшити втрати тепла у стовбурі свердловин. Сприятливими є високі колекторські властивості порід і висока нафтонасиченість покладів. Доцільно вибирати об’єкти із пластами, які не піддаються руйнуванню, з низькою глинистістю, насамперед – пісковиків.

Термофізичні – витиснення нафти шляхом внутрипластового горіння (екзотермічні реакції окислюваннявуглеводнів пластової нафти закачуваними окислювачами). Виникаюча зона екзотермічних реакцій переміщається по пласту, у процесі спалювання частини нафти спрощуються й збільшується витяг залишків нафти із пласта. Збільшення нафтовилучення становить 35-40 % на родовищах з підвищеною в’язкістю нафти при вихідній нафтонасиченості пластів не менше за 50 %.

Методи фізико-хімічного впливу на пласт з метою поліпшення ефективності заводнення (застосування поверхнево активних речовин, полімерів, лугів, кислот) й збільшення нафтовилучення (міцелярні розчини, двоокис вуглецю, газо водяна дія) засновані на використанні хімреагентів, які розчиняються у воді (концентрацією 0,001-0,4 % і більше), яка закачується у пласт під тиском, або утворюють облямівку між нафтою й газом в об’ємі 10-50 % від об’єму порового простору покладу, яка витісняє нафту. Створену облямівку переміщують у пласті нагнітанням технічної води. В результаті розширюється діапазон значень в’язкості пластової нафти, коли стає можливим застосування заводнення. Використання хімреагентів на початку розробки родовищ може підвищити нафтовилучення на 5-17 % порівняно зі звичайним заводненням, на пізній стадії розробки – на 3-4 % (хімреагенти у сильно заводнених пластах адсорбуються на породі заводненої частини пласта і не виконують корисної роботи під час витіснення нафти).

Технології полімерного заводнення спрямовані на збільшенні в'язкості води, яка витісняє нафту, зменшуючи її прорив по високопрониклих частинах пласта й робить заводнення більш ефективним і стабільним. Цей процес підвищує стійкість розділу між водою і нафтою, сприяє поліпшенню витісняючи властивостей води і повнішому залученню всього об’єму покладу до розробки. Метод рекомендується для неоднорідних пластів з підвищеною в’язкістю пластової нафти, з гарно проникними породами-колекторами.

Під час лужного заводнення до закачуваної у пласти води додають каустичну або кальциновану соду, аміак, силікат натрію. У процесі взаємодії лугу з органічними кислотами пластової нафти утворюються поверхнево-активними речовинами, які поліпшують змочуваність породи. В результаті цього підвищуються відмивні властивості води. Метод найбільш ефективний у гідрофобних малоглинистих колекторах.

Витіснення нафти водяними розчинами поверхнево активних речовин. Додавані у воду поверхнево активні речовини поліпшують змочуваність порід, знижують поверхневий натяг води на границі з нафтою. Застосування поверхнево активних речовин доцільно за підвищеної гідрофобності продуктивних горизонтів. Більш ефективними є композиції поверхнево активних речовин з іншими реагентами.

Методи витіснення нафти змішуваними з нею реагентами (вуглеводневими та іншими газами) застосовуються на родовищах з низькою в’язкістю нафти і слабопрониклими колекторами, де звичайне заводнення важко реалізувати з технічних причин. При цьому підвищення нафтовилучення порівняно зі звичайним заводненням становить не більше 5-7 %. Для заводнених пластів ці методи зовсім неприйнятні, але витіснення нафти вуглекислим газом відноситься до ефективних методів вилучення її із заводнених пластів. Двооксид вуглецю можна також нагнітають у пласт у зрідженому вигляді, створюючи облямівку, яку пізніше просувають у глибину покладу технічною водою. Вуглекислота добре розчиняється у нафті, збільшує її об’єм у 1,5-1,7 рази, знижує в’язкість, що поліпшує витіснення нафти з пор. Метод може ефективно застосовуватись на пізніх стадіях розробки покладів зі звичайним заводненням із нафтонасиченістю пластів 35-40 %, низькою в’язкістю нафти і пластовим тиском понад 10 мПа. Нафтовилучення при цьому може бути збільшене на 5-10 %.

Одним з найбільш перспективних методів розробки заводнених родовищ і родовищ з низькою нафтонасиченістю є метод міцелярно-полімерної дії, тобто витіснення нафти із пластів облямівками міцелярних розчинів, просування яких по пласту здійснюється водяним розчином полімеру та водою. Міцелярний розчин об’ємом 10 % від порового простору покладу нагнітають у пласт, вузьку облямівку котрого просувають ширшою облямівкою буферної рідини – розчину полімеру, а останню – технічною водою. Міцелярний розчин складається з легкою вуглеводневої рідини, прісної води, поверхнево активних речовин і стабілізатора. При дії міцел ярного розчину молекули води і нафти можуть взаємно розчинятись (солюбілізація). Такий розчин призначений для вилучення залишкової малов’язкої нафти із заводнених пластів після традиційного заводнення з залишковою нафтонасиченістю понад 25-30 %.

Фізико-гідродинамічні – усі види заводнення (циклічне нагнітання води, зміна напрямків фільтраційних потоків, встановлення оптимальних репресій та депресій на пласти, часткове зниження пластового тиску нижче тиску насичення). Ефективність фізико-гідродинамічних методів на початковій стадії розробки нафтових родовищ може досягати 5-6 % і більше, а на пізній стадії – 1-1,5 %. Близько 90 % нафти видобувалось з родовищ, які розроблялись за допомогою заводнення. Очікується, що найближчим часом превалюючим способом інтенсифікації розробки нафтових родовищ буде метод заводнення.

Гідравлічний розрив пласта – це метод утворення нових або розширення існуючих у газо-, нафто-, водо-насиченому пласті тріщин під дією подаваної в них по ліфтовій колоні труб під тиском речовини (робочої рідини або піни). Для забезпечення високої проникності тріщини заповнюються закріплюючим робочим агентом (наприклад, кварцовим піском). Внаслідок наявності у пласті піску закріплення тріщини не змикаються повністю під дією гірничого тиску і фільтраційна характеристика пласта істотно поліпшується. Процес гідравлічного розриву складається з двох етапів. Перший етап – мінігідророзрив, під час якого нагнітають 20-50 м³ рідини з витратою 1,0-2,5 м³/хв., потім нагнітають 20-70 м³ гелю або іншої рідини розриву з витратою 2,0-3,5 м³/хв., 25-90 м³ аналогічної рідини – пісконосія, 5-15 т закріплювача тріщини і після протискуючи речовину. Тиски на гирлі свердловин змінюються в межах 35-70 мПа. У результаті підвищується продуктивність свердловини й поліпшується здатність до заводнення нафтових пластів. У світовій практиці нафтогазовидобування цей метод займає перше місце серед методів інтенсифікації припливу.

Метод змінних тисків (миттєві депресії – репресії) передбачає створення багаторазових миттєвих депресій – репресій на пласт з метою відновлення та поліпшення фільтраційних властивостей закупореної (забрудненої) прибійної зони. Для цього розроблені спеціальні струминні апарати, в основу дії котрих покладений принцип дії ежектора. Ці апарати особливо ефективні для інтенсифікації припливу в розрізах із високопроникними колекторами. Кількість циклів депресій-репресій залежить від забруднення при вибійної зони пласта і його характеристики, коливається від 4 до 50 циклів. Для інтенсифікації припливу струминні апарати застосовуються у всіх нафтогазовидобувних районах України, а також за кордоном.

Хімічні - кислотна обробка (соляно- і глинокислотні), термогазокислотні, кислотні ванни, очищення при вибійної зони хімічними реагентами. Базуються на хімічній взаємодії соляної і плавикової кислоти з пористим середовищем. Для обробки карбонатних та карбонат містких теригенних колекторів застосовують солянокислі розчини, а для теригенних – глинокислотні. Хімічно активною часткою вказаних розчинів є 10-30 % розчини соляної кислоти та суміші: 10-15 % соляної кислоти і 1-5 % плавикової.

Кислотна обробка – метод збільшення проникності привибійної зони свердловини шляхом розчинення складових частинок породи пласта, а також сторонніх частинок, якими засмічені породи. Вона застосовується для підвищення проникності карбонатних і теригенних (піщаних) колекторів видобувних і нагнітальних свердловин.

У процесів реакції соляно кислотного розчину утворюються розчинні і тимчасово розчинні продукти реакції, тому треба запобігати утворенню нерозчинних осадів (гідроксиди заліза, гіпсу та ін.). Взаємодія глинокислотного розчину із силікатними породами призводить до утворення нерозчинних продуктів (гель кремнієвої кислоти, солі гексафторокремнієвої кислоти та ін.). Типовий кислотний розчин складається з активної частини HCl та HCl + HF, розчинника, інгібітора корозії, стабілізатора і поверхнево-активної речовини. Використовують також загущені кислоти, які уповільнено розчиняють карбонатні породи і більше охоплюють пласти кислотною дією. На практиці застосовують різні способи кислотної обробки – вуглеводнево- і нафтокислотними емульсіями, термохімічною кислотну, термокислотну, пінокислотну. На покладах нафти з високим вмістом асфальтено-смолисто-парафінових відкладів для їх розчинення використовують різні хімічні реагенти.

Вибухові –для інтенсифікації припливу із свердловин застосовують повторну кумулятивну і гідропіскоструминну перфорацію, торпедування в інтервалі залягання пласта, порохові генератори. Вибухові методи застосовують для підвищення продуктивності свердловин, відокремлення пластів, очистки фільтрів, звільнення НКТ і бурильних труб під час аварій тощо.

Вивчають сполучення хімічної обробки забійної зони з гідророзривом, торпедування й перфорацію (прибивання отворів у стінках свердловин на продуктивній ділянці пласта) свердловин, підсилюючи приплив до неї нафти й газу, порохового, термохімічного, теплового й вібраційного впливів.

Газові – для підвищення ефективності способів інтенсифікації припливу, застосовують азот, двоокис вуглецю, газовану кислоту, карбонізовану воду. Двоокис вуглецю використовується як стимулююча добавка до кислотного розчину. Азот застосовується під час проведення гідравлічного розриву пласта і кислотних обробок привибійної зони свердловин. Застосування газованої кислоти найбільш ефективне в умовах слабопроникних теригенних колекторів і низького пластового тиску, а також повторних обробок.

При розробці газових родовищ із високими колекторськими властивостями використовуються свердловини підвищеного діаметра.

Методи впливу на нафтогазоконденсатних родовищах – регулювання відбору нафти й газу нерухомістю границі їх розділу шляхом нагнітання води в цю зону, зворотне нагнітання видобутого газу. Для вилучення конденсату, який випав у пласті використовують вуглеводневі і інші розчинники. Для підвищення газоконденсатовилучення використовують методи:

1. Підвищення газовилучення на газовому і водонапірному режимі.

2. Збільшення конденсато- і вуглеводне вилучення пластів (підвищення конденсатовилучення нагнітанням газу – сайклінг-процес, води, комбінованою дією на пласти).

3. Методи підвищення вуглеводне вилучення газоконденсатних родовищ із нафтовою облямівкою.

Вторинними методами називають заходи або способи впливу на пласти, що забезпечують вилучення залишкової нафти з покладів, виснажених на початкових стадіях розробки.

Після першого етапу розробки нафтових родовищ основні об’єми нафти та розчиненого газу видобуті. Кінцеве нафтовилучення покладів, становить 10-50 %, тому підвищення нафтовилучення пластів вироблених родовищ на декілька відсотків від досягнутої величини набуває великого економічного значення і може бути рівнозначним відкриттю нових покладів нафти. На пізніх стадіях розробки застосовуються: циклічне нагнітання води, зміна напрямків фільтраційних потоків, підвищення тиску нагнітання, облагороджування закачуваної води додаванням поверхнево активних речовин, згущувачів, створення кислотних облямівок.

Нагнітання газу та повітря у виснажені поклади не отримало поширення у зв’язку з низькою ефективністю.

Відбувається постійне погіршення якості запасів, пов’язане з низькопроникними колекторами, нафтогазовими покладами з великими підгазовими зонами, високов’язкими нафтами і значними глибинами залягання покладів. Тому особливого значення набувають проблеми підвищення ефективності розробки родовищ і створення нових технологій та систем розробки, які враховують якісну характеристику запасів нафти. Застосування нових методів підвищення нафтогазо-конденсатовилучення дає змогу істотно збільшити видобувні запаси і темпи розробки, підключити до активної розробки запаси в низькопроникних колекторах на завершальній стадії.

Біохімічні методи основані на переведенні вуглеводнів у рухливий стан шляхом введення бактерій.