3.7. Искусственные методы воздействия на нефтяные пласты

Естественная пластовая энергия в большинстве случаев не обеспечивает высоких темпов и достаточной полноты отбора нефти из залежи. Даже при наиболее эффективном водона­порном режиме дренирования в процессе разработки залежи давление обычно снижается, что указывает на истощение пластовой энергии. Это объясняется тем, что объем поступа­ющей в нефтяную часть залежи пластовой воды обычно меньше объема извлекаемых из пласта нефти и газа, вследствие чего пластовое давление начинает падать.

Искусственное поддержание пластовой энергии — наибо­лее эффективное мероприятие по увеличению темпа отбора нефти из залежи и получению повышенных коэффициентов

нефтеотдачи, характерных для напорных режимов разработ­ки [9]. В большинстве случаев поддержание пластовой энер­гии осуществляется заводнением пластов. Различают следую­щие виды заводнения: законтурное и внутриконтурное.

При законтурном заводнении воду закачивают в законтур­ные водоносные зоны залежи (рис. 3.1). Воду закачивают в пласт через нагнетательные скважины, расположенные за внешним контуром нефтеносности по периметру залежи. Эксплуатационные нефтяные скважины располагаются внут­ри контура нефтеносности рядами, параллельными контуру. В результате заводнения создается искусственный контур пи­тания залежи водой, приближенный к зоне разработки пласта, что создает благоприятные условия для повышения отбора нефти из него и, следовательно, для интенсификации разра­ботки залежи. В этом случае повышенное давление, создавае­мое на линии нагнетательных скважин, активно воздействует только на два-четыре близлежащих ряда эксплуатационных скважин. Если площадь нефтяной залежи значительная по размерам, то для интенсификации ее разработки применяют внутриконтурное заводнение. Сущность этого метода состоит в искусственном «разрезании» месторождения на отдельные площади или блоки путем закачки воды в ряды нагнетательных скважин, которые располагаются вдоль контура нефте­носности. Таким образом создаются близкие к эксплуатаци­онным скважинам искусственные контуры питания, а каждая площадь разрабатывается самостоятельно (рис. 3.2, а). Внутриконтурное заводнение впервые было осуществлено на Ромашкинском нефтяном месторождении в Татарии, которое разрезано рядами нагнетательными скважинами на 20 с лиш­ним эксплуатационных площадей.

В ряде случаев для интенсификации разработки применя­ют комбинацию законтурного заводнения с внутриконтурным (центральным) или очаговым заводнением (рис. 3.2, б и в соответственно).

Для поддержания пластового давления в нефтяной залежи на заданном уровне объем закачиваемой воды в процессе заводнения должен равняться объему извлекаемых из залежи нефти, газа и пластовой воды. Во время проектирования процесса заводнения пласта учитываются возможные потери воды из-за ее утечки в периферийные зоны пласта. При внутриконтурном заводнении возможен уход части нагнетае­мой воды в верхние или нижние пласты через неплотности в цементном кольце отдельных скважин.

Практикой установлено, что для поддержания пластового давления на одном уровне при законтурном или внутриконтурном заводнении в пласт следует закачивать 1,6 — 2,0 м³ воды на каждую тонну извлекаемой нефти. При извлечении вместе с нефтью пластовой воды учитывается и ее объем. Если требуется повысить пластовое давление, то объем на­гнетаемой воды увеличивают.

Число нагнетательных скважин при заводнении пластов определяют делением заданного объема закачиваемой воды на среднюю поглотительную способность одной скважины при оптимальном давлении нагнетания.

На месторождениях, разрабатываемых при помощи закон­турного заводнения, высокий уровень текущей добычи нефти сохраняется длительное время и только на последних этапах разработки снижается до минимума.

При заводнении нефтяных пластов в качестве рабочего агента могут быть использованы воды как поверхностных водоемов (реки, моря, озера), так и глубинных водоносных горизонтов, а также пластовые воды, извлекаемые из недр вместе с нефтью. Для заводнения продуктивных пластов мно­гих нефтяных месторождений Западной Сибири используют­ся подземные воды водоносных отложений, залегающих выше продуктивных горизонтов. Дебиты скважин, пробуренных на эти горизонты, достигают 3000 — 4000 м³/сут.

Вода, предназначенная для закачки в пласт, должна быть по возможности чистой, не содержать больших количеств меха­нических примесей, соединений железа, сероводорода, угле­кислоты, нефти, а также органических примесей (бактерии и водоросли). Схемы водоснабжения для заводнения пластов могут отличаться друг от друга в зависимости от местных условий каждого района. Однако любая схема, когда используются поверхностные водоемы в качестве источников водоснабже­ния, должна включать следующие основные элементы:

1) водозаборные сооружения, предназначенные для забора воды из источников и подачи ее в водопроводную сеть или на водоочистную установку;

2) водоочистную установку (если требуется очистка воды);

3) сеть магистральных и разводящих водопроводов;

4) насосные станции для подачи воды в водопроводную сеть и закачки ее в нагнетательные скважины;

5) нагнетательные скважины.

Для непосредственной закачки в пласт воды через нагне­тательные скважины предназначены кустовые насосные стан­ции. Они оборудованы мощными многоступенчатыми центробежными насосами с подачей до 150 м³/ч и развиваемым давлением до 10 — 20 МПа. В зависимости от числа установ­ленных насосов (с учетом их резерва) рабочая подача одной кустовой станции составляет 4—10 тыс. м³ воды в сутки.

Вода распределяется по нагнетательным скважинам через водораспределительные батареи, устанавливаемые на каждой кустовой станции. Через батареи регулируется подача воды в каждую скважину; установленные на них диафрагменные счет­чики замеряют и записывают количество закачиваемой воды.

Рассмотрим следующий способ искусственного поддержа­ния пластового давления — нагнетание в пласт газа. В зале­жах нефти с газовой шапкой или большими углами падения пород поддержание давления достигается нагнетанием газа или воздуха в повышенную ее часть (газовую шапку). Для осуществления этого метода с начала разработки пласта тре­буется строительство мощных компрессорных станций с ком­прессорами, рассчитанными на высокое давление, так как давление нагнетания должно быть на 10 — 20 % выше пласто­вого. Сооружение таких компрессорных станций со всем подсобным хозяйством связано с затратой значительных ка­питаловложений и является весьма трудоемкой работой. По­этому в большинстве случаев ограничиваются поддержанием пластового давления на уровне, который может быть обеспе­чен давлением стандартных, выпускаемых промышленностью компрессоров (5—10 МПа), т. е. закачку газа начинают на более поздней стадии его разработки.

Газ или воздух обычно нагнетается в скважины, распо­ложенные в присводовой части залежи. При этом в каче­стве рабочего агента лучше всего применять естественный нефтяной газ, но если промысел не располагает нужным количеством газа, то при отсутствии в пласте газовой шапки можно в сводовую часть залежи нагнетать также и воздух. Нагнетание воздуха в газовую шапку нежелательно, так как это приводит к значительному ухудшению свойств газа. Ко­личество нагнетаемого в скважины газа или воздуха оцени­вается опытным определением поглотительной способности скважин. Практически можно считать нормальным, если в каждую нагнетательную скважину закачивается от 10 до 25 тыс. м³ газа в сутки.

Рассмотрим метод площадного заводнения. Его можно рас­сматривать как вторичный метод поддержания пластового давления. Если нефтяная залежь разрабатывается без поддержания пластового давления, то первоначальные запасы плас­товой энергии быстро расходуются, из-за чего дебиты скважин значительно снижаются. При этом в залежи остаются огромные количества нефти.

Для повышения текущей добычи нефти из таких «истощен­ных» залежей и увеличения суммарной нефтеотдачи применя­ют нагнетание в пласт воды или газа, но в меньших объемах и при меньших давлениях, чем при заводнении или при нагне­тании в пласт газа. Нагнетание в пласт воды или газа осуще­ствляется чаще всего по всей площади нефтяной залежи.

Нагнетательные скважины располагают непосредственно в нефтяной зоне, между эксплуатационными скважинами. Обыч­но в качестве нагнетательных используют нефтяные скважи­ны, выбывшие из эксплуатации.

Регулирование процесса площадного заводнения или пло­щадной закачки газа в пласт преследует цель равномерного проталкивания нефти к забоям эксплуатационных скважин. Это достигается ограничением закачки воды или газа в сква­жины, являющиеся очагами их прорывов по отдельным на­правлениям, ограничением отбора нефти из эксплуатацион­ных скважин или, наоборот, путем увеличения закачанных объемов воды или газа и усиленного отбора нефти из отдель­ных скважин или групп скважин. Для получения большего эффекта скважины (нагнетательные и нефтяные) желательно размещать по правильным геометрическим сеткам.