Газовые и водогазовые методы воздействия на продуктивный пласт

Технологии разработки нефтяных месторождений, основанные на вытеснении нефти газами, явились результатом развития подходов к поддержанию пластового давления путем нагнетания газообразных агентов, применение которых начато в 1910-е гг.

Нагнетаемый газ, имея высокую подвижность по сравнению с водой, проникает в поровые блоки и растворяется в нефти, что приводит к восполнению запаса потенциальной энергии. Нагнетание газа при давлениях, превышающих первоначальное давление насыщения, позволяет увеличить величину потенциальной энергии по отношению к первоначальной (природной) и повысить эффективность дренирования поровых блоков. Гравитационное распределение флюидов в пласте способствует выработке кровельной части пласта, которая остается невыработанной при вытеснении нефти водой. Нагнетание газа в пласт даст наибольший эффект в низкопроницаемых пластах, поскольку обеспечивает более высокие темпы добычи нефти, чем заводнение.

Дальнейшим развитием способов добычи, основанных на нагнетании газа в пласт, явились различные модификации смешивающего вытеснения, получивших название режима газа высокого давления. Предполагалось, что при этом способе вытеснения нефтеотдача будет достигать 90-95%. Однако в промысловых условиях газ, вследствие высокой подвижности в пласте, преждевременно прорывается к добывающим скважинам, поэтому возник вопрос о поиске мер, способных стабилизировать процесс.

Эффективным средством снижения подвижности газа является предварительное нагнетание воды, а также нагнетание воды в процессе подачи газа. При этом проницаемость пород для смеси воды и газа требуется значительно меньшая, чем для воды. При нагнетании воды в сложную газонефтяную залежь для создания водяного барьера, между газом и нефтью образуется газоводяная смесь, вытесняющая способность у которой выше, чем у воды. Таким образом, водогазовое воздействие является новым самостоятельным методом повышения нефтеотдачи пласта, который имел несколько разновидностей нагнетания воды и газа: последовательное, циклическое, переменное и совместное.

Технологии газового и водогазового воздействия используются в широком диапазоне геологических условий для извлечения как легких, так и тяжелых нефтей. Предпочтительные геолого-физические условия:

• глубина - более 1.2 км;

• низкие коллекторские свойства;

• прерывистость пласта;

• трещиноватость, кавернозность, гидрофобность коллекторов;

• низкий коэффициент вытеснения нефти водой;

• легкая нефть;

• при нагнетании углеводородного газа или водогазовой смеси - высокое газосодержание.

Начинать воздействие желательно по мере формирования системы ППД. Размещать скважины при этом следует по сетке с линейной, либо радиальной симметрией для обеспечения равномерного вытеснения. Поскольку газ и водогазовая смесь подвижнее воды, использование их в качестве вытесняющего агента эффективно при редких сетках скважин и большом количестве добывающих скважин на 1 нагнетательную.

Нагнетание газа или смеси в пласт требует повышенных затрат как на обустройство нефтепромыслов, так и для закупки и транспортировки газа. Для осуществления воздействия необходимо специальное эксплуатационное оборудование, включающее:

• насосную станцию высокого давления для нагнетания жидкой фазы (при ВГВ);

• компрессорную станцию высокого давления для нагнетания промысловых углеводородных газов;

• комплекс оборудования для подготовки промыслового газа до компримирования;

• оборудование для дозированной подачи метанола с целью предотвращения гидратообразования;

• в качестве альтернативы - бустерную насосно-компрессорную установку (БНКУ).

Применение данного метода в США развивается в двух направлениях. В промышленных масштабах нагнетание газа в пласт используется как вторичный способ разработки после работы залежи «на истощение». В масштабах промысловых экспериментов проводятся опыты третичной добычи нефти из предварительно заводненного пласта. В первом случае добыча нефти рентабельна и приносит прибыль, во втором затраты пока, как правило, превышают доходы.

Относительно широкое распространение метода нагнетания в пласт газа и растворителей и внимание, уделяемое ему за рубежом, объясняется преимуществами,

которыми он обладает по сравнению с другими способами разработки, например, заводнением.

Данный метод позволяет достичь более высокой конечной нефтеотдачи, чем при заводнении. В наиболее благоприятных условиях, когда большая мощность пласта позволяет осуществить вертикальное перемещение контакта «нефть-газ», конечная нефтеотдача оценивается в 80-95%. В обычных условиях, когда перемещение фронта вытеснения возможно лишь в горизонтальном направлении, расчетное превышение нефтеотдачи по сравнению с заводнением составляет в среднем 10-15%, что соответствует результирующему значению КИН на уровне 55%.

Увеличение нефтеотдачи обеспечивается за счет высокой эффективности вытеснения нефти газом, т.к. во всех случаях применения данного способа разработки выбираются давления нагнетания и компонентный состав газа, гарантирующие вытеснение нефти в режиме «смешивающегося вытеснения» или в близком к нему режиме.

Помимо углеводородных газов, растворенных в нефти, для нагнетания в пласт используются также атмосферные газы - двуокись углерода или азот.

Преимущество двуокиси углерода заключается в его лучшей растворимости по сравнению с углеводородными газами. Причем растворимость двуокиси углерода в воде увеличивается с повышением давления и уменьшается с повышением температуры. При растворении двуокиси углерода в воде вязкость последней несколько увеличивается (примерно на 20-30% при массовом содержании двуокиси углерода 3-5%). Образующаяся при растворении СО₂ в воде угольная кислота Н₂CO₃ растворяет некоторые виды цемента и породы пласта и повышает проницаемость. В присутствии двуокиси углерода снижается набухаемость глиняных частиц. Двуокись углерода растворяется в нефти в четыре-десять раз лучше, чем в воде, поэтому она может переходить из водного раствора в нефть. Во время перехода межфазное поверхностное натяжение между ними значительно снижается, что способствует увеличению объемов подвижной нефти. Кроме того, при растворении двуокиси углерода в нефти снижается ее вязкость, причем проявляется данный эффект тем сильнее, чем больше ее начальное значение. Таким образом, при добыче легкой нефти повышение нефтеотдачи достигается, прежде всего, за счет увеличения коэффициента вытеснения, при добыче высоковязкой нефти – в результате роста продуктивности скважин, снижения доли воды в добываемой продукции.

Природные источники двуокиси углерода отсутствуют, поэтому для его применения в качестве вытесняющего агента необходимо оборудование промысла средствами для улавливания из дымовых газов (продуктов сгорания углеводородов). Причем процесс получения дымовых газов не является безвредным для окружающей среды. Кроме того, кислород, содержащийся в двуокиси углерода, вызывает коррозию, и требует удаления из добываемой нефти. Также существует риск закупоривания пласта из-за АСПО. В этой связи в качестве альтернативы как двуокиси углерода, так и углеводородных газов рассматривается азот, не взаимодействующий с твердыми веществами, а, следовательно, и не вызывающий коррозию. Высокое содержание азота в атмосферном воздухе (75-80%) облегчает его получение, для чего используется технология криогенного разделения. Вместе с тем азот в качестве агента применим для вытеснения только легкой нефти с низкой вязкостью, поскольку, в силу меньшей химической активности, его влияние на свойства нефти незначительно.

В отечественной нефтепромысловой практике опытно-промышленное внедрение различных технологий водогазового воздействия было реализовано на Ромашкинском, Фёдоровском, Самотлорском, Советском, Вахском, Восточно-Перевальном и других месторождениях. Большинство зарубежных месторождений, на которых применялось водогазовое воздействие, расположено в Канаде и США. С начала применения метода было зафиксировано почти сто случаев промыслового применения технологий водогазового воздействия на пласт.