СПОСОБ РАЗРАБОТКИ ЗАЛЕЖИ С ТРУДНОИЗВЛЕКАЕМЫМИ ЗАПАСАМИ НЕФТИ Российский патент 1998 года по МПК E21B43/243 

Изобретение относится к разработке нефтегазовых месторождений и может быть использовано в нефтяной и газовой промышленностях.

К нефтяной залежи с трудноизвлекаемыми запасами нефти (μ_н < 30 mПа•с) относятся низкопроницаемые, недонасыщенные нефтью, выработанные методом заводнения и сложнопостроенные пласты. В большинстве нефтяных регионов страны доля таких запасов в общем балансе является преобладающей и имеет тенденцию к неуклонному возрастанию.

Известные способы разработки таких залежей подразделяются, как известно, на две группы. К первой относятся методы поддержания пластового давления путем закачки воды, углекислого и углеводородного газов. Ко второй - методы без поддержания пластового давления - разработка осуществляется за счет естественной упругой энергии пластовой системы, газовой шапки, законтурной водоносной области, растворенного газа и гравитационного режима [1].

Недостатком известных методов разработки залежей с трудноизвлекаемыми запасами нефти является их низкая эффективность. В частности метод заводнения в различных модификациях не применим в низкопроницаемых коллекторах в силу незначительных дебитов скважин, в остальных видах залежей - в силу низкой фазовой проницаемости по нефти. Разработка залежей на режимах истощения, как правило, не применима из-за недостаточной величины естественной пластовой энергии. Эксплуатация залежей путем закачки углекислого или углеводородных газов затруднена по техническим причинам и из-за отсутствия необходимых объемов газов. В силу отмеченных недостатков эксплуатация таких залежей, как правило, нерентабельна, по многим из них запасы числятся как забалансовые.

Прототипом изобретения является способ разработки, основанный на применении в залежах с высоковязкими нефтями внутрипластового горения [2]. В известном способе закачивают в нагнетательные скважины воздух в качестве окислителя нефти и воду. Из добывающих скважин отбирают воду, нефть, продукты ее горения (азот, окись и двуокись углерода), попутные нефтяные газы. Известны способ применяют, как правило, в залежах с высоковязкой нефтью (μ_н > 3О mПа•с). Поддерживая на фронте горения высокую температуру (около 400-700^oС), снижают тем самым вязкость нефти и повышают дебиты добывающих скважин.

Недостатком известного способа является низкая скорость продвижения фронта горения, частичная утилизация кислорода из закачиваемого воздуха, большой расход топлива (нефти) на поддержание горения. Поскольку рассматриваемые типы залежей характеризуются низким нефтенасыщением, применение известного способа становится невозможным из-за небольшого дополнительного нефтеизвлечения. Серьезным недостатком известного способа является выброс в атмосферу земли газов горения, в том числе углекислого газа. Мировое сообщество, как известно, ставит вопрос о снижении выброса СО₂ в атмосферу к 2000 году на 50-80%.

Задачей изобретения является создание эффективного способа разработки залежей с трудноизвлекаемыми запасами нефти нормальной вязкости путем снижения расхода топлива на единицу добываемой нефти и создания в пласте условий смешивающегося вытеснения нефти водогазовыми смесями. Поскольку вязкости нефти в рассматриваемых залежах невысокие, отсутствует необходимость их понижения за счет разогрева пласта до высоких температур, а водогазовое воздействие (ВГВ), как известно, существенно эффективнее как метода заводнения, так и чисто газового воздействия.

Для решения задачи предложен способ разработки залежи с трудноизвлекаемыми запасами нефти путем размещения на ней нагнетательных и добывающих скважин, закачки в нагнетательные скважины оторочек воздуха и воды для создания в пласте внутрипластового горения и отбора нефти из добывающих скважин, при этом при разработке залежи с запасами нефти нормальной вязкости из продукции добывающих скважин выделяют попутные нефтяные газы и газы горения, которые отдельно или совместно с попутными нефтяными газами нагнетают в нагнетательные скважины, при этом закачку оторочек воздуха чередуют с нагнетанием вышеуказанных газов и разделяют из закачкой технических оторочек воды, а соотношение объемов закачки оторочек воздуха и воды выбирают из условия поддержания на фронте горения температуры 300-400^oС.

Кроме того:
- до или после закачки в нагнетательные скважины оторочек воздуха, воды и нагнетания в них газов в добывающих скважинах выжигают внутрипластовым горением призабойные зоны пласта, соответствующие их внутренним фильтрационным сопротивлениям;
- для выжигания призабойных зон добывающих скважин разделяют нагнетанием оторочек кислотных композиций, закачиваемых в добывающие скважины, первые оторочки воздуха и следующие за ними оторочки воды;
- добавляют водные суспензии тонкодисперсных горючих материалов в закачиваемые в нагнетательные скважины оторочки воды;
- для выжигания призабойных зон в добывающих скважинах проводят в них гидравлический разрыв пласта;
- до начала закачки воздуха в нагнетательные скважины проводят в них гидравлический разрыв пласта.

Отличительной особенностью залежей с трудноизвлекаемыми запасами нефти нормальной вязкости является их невысокая нефтенасыщенность. В низкопроницаемых пластах, как известно, начальная нефтенасыщенность тем ниже, чем меньше проницаемость. Как правило, она не намного выше остаточной нефтенасыщенности. В залежах водонефтяных и недонасыщенных нефтью сравнительно высокая нефтенасыщенность приурочена к сводовым частям продуктивных пластов. По законам гравитации закачиваемая вода также практически не вытесняет запасы нефти. Указанное обстоятельство характерно также для залежей, выработанных методом заводнения. Начальная нефтенасыщенность в них может присутствовать только в низкопроницаемых прослоях, не вовлеченных в разработку при заводнении. Указанные обстоятельства делают разработку указанных залежей методом заводнения неэффективной.

По этой причине они, как правило, не разрабатываются, а запасы многих из них считаются забалансовыми.

Повышение эффективности нефтеизвлечения из такого рода пластов возможно путем применения водогазового воздействия. Газовы компонент вытесняющего агента должен быть по возможности растворимым с нефтью. Водогазовое воздействие в практике разработки нефтяных месторождений распространено слабо, в основном из-за отсутствия необходимых объемов газов (углеводородных или углекислого). В предложенном методе кислород из закачиваемого воздуха окисляет нефть, образуя газы горения. В смеси с образовавшимся паром и легкими фракциями нефти, выделившимися из нефти в прогретой зоне пласта (зоны температуры, фронта горения, испарения и парового плато [1], парогазовая смесь, как показывают многочисленные лабораторные и промысловые эксперименты, является смесимой с нефтью. При ее прохождении через коллектора степень нефтевытеснения по сравнению с методом заводнения существенно увеличивается вплоть до 100%. Это обстоятельство и является основой повышения эффективности разработки залежей.

Отдельное или совместное с попутными нефтяными газами нагнетание газов горения необходимо проводить в связи со следующими обстоятельствами. Как известно, для эффективного нефтеизвлечения из реальных неоднородных пластов с применением водогазового воздействия величина газовой оторочки должна быть в пределах 0,3-0,6 порового нефтенасыщенного объема пласта. В недонасыщенных нефтью залежах при закачке воздуха такой объем вытесняющего газа получить невозможно. Нагнетание вышеуказанных газов устраняет этот недостаток. В известном способе разработки коэффициент использования кислорода воздуха, как известно, всегда меньше единицы. При большой необходимой величине создаваемой в пласте газовой оторочки неизрасходованный кислород будет выходить из добывающих скважин совместно с углеводородными газами. Это чревато образованием гремучих смесей, взрывом скважин со всеми вытекающими тяжелыми последствиями. Указанный недостаток также устраняется нагнетанием оторочек газов горения отдельно или совместно с попутными нефтяными газами. Проходя в пласте вслед за оторочками воздуха и воды, они проталкивают воздух (кислород) через фронт горения, где он полностью расходуется, обеспечивая тем самым безопасность реализации технологического процесса. При этом, как видно, углекислый газ, полностью утилизируется для выполнения полезной работы, обеспечивая экологическую чистоту технологии.

Предложены модификации способа разработки, направленные на повышение его эффективности. Выжигание призабойных зон нагнетательных и/или добывающих скважин, чистое или в сочетании с кислотными композициями и/или гидроразрывом пласта, сильно интенсифицирует процесс выработки запасов. Закачка суспензий тонкодисперсных горючих материалов направлена на выравнивание фильтрационных потоков по скоростям, то есть на увеличение нефтеотдачи и сокращение отбора балластных агентов.

Способ осуществляют следующим образом. Выбор залежи проводится из условия наличия в ней пластовой температуры не ниже 65^oС, при которой процессы горения нефти проходят устойчиво и самопроизвольно. На разрабатываемой залежи используют пробуренные системы добывающих и нагнетательных скважин. Последние, при необходимости, могут быть построены заново. На неразбуренных зонах эксплуатационные объекты, системы размещения добывающих и нагнетательных скважин, а также режимы работы тех и других выбирают в соответствии с требованиями регламента [3]. На выбранной залежи (участке) проводят технико-экономические расчеты по обоснованию необходимой оторочки газа в водогазовом воздействии. Проводят работы с применением методики [4] и автоматизированной системы проектирования [5]. Освоение нагнетательной скважины, вступающей в эксплуатацию вновь, начинают с закачки в нее оторочки воды, как обеспечивающей более высокий по сравнению с воздухом или газами горения коэффициент работающей толщины. Затем закачивают оторочку воздуха. Соотношение объемов закачиваемых воды и воздуха выбирают из условия поддержания на фронте горения температуры 300-400^oС. Конкретные соотношения в зависимости от геолого-физических условий пластов подбирают по рекомендациям работ [1, 2]. Вслед за оторочкой воздуха нагнетают оторочку газов гонения отдельно или совместно с попутными нефтяными газами, разделяя их закачкой небольшой (технической) оторочкой воды. Последняя необходима для исключения контакта кислорода воздуха с углеводородными компонентами нефтяных газов для предотвращения образования гремучей смеси. Объем технической оторочки принимают равным объему насосно-компрессорных труб, по которым проводится закачка. Объем оторочки нагнетаемых газов подбирают из условия снижения температуры в зоне испарения не ниже температуры образования водяного пара после полного израсходования кислорода воздуха и прекращения горения нефти. Цикл нагнетания оторочек продолжают до тех пор, пока не будет закачана требуемая по технологии суммарная оторочка газа в водогазовом воздействии. Технические средства для нагнетания подбирают исходя из масштабов осуществления способа. В соотношении с выбранными техническими средствами проводят подготовку для закачки воздуха и нагнетания газов горения. Отделение последних из продукции добывающих скважин проводят по известным схемам. Реализацию мероприятий, направленных на повышение эффективности способа, осуществляют с применением известных технологий и технических средств. В частности, призабойные зоны добывающих и/или нагнетательных скважин выжигают сухим или влажным внутрипластовым горением [1].

Объем выжигания определяют из условия охвата фронтом горения круга радиусом 30-40 м вокруг добывающих скважин, длина трещины при ГРП не должна превышать 100-150 м. Кислотные композиции готовят на основе соляной, плавиковой и глинокислот. Состав подбирают в зависимости от геолого-физических условий пластов. Объем закачки 3-4 м³ композиции на 1 м эффективной нефтенасыщенной толщины пласта. Суспензии тонкодисперсных горючих материалов готовят с применением торфа, угольной пыли, древесной муки и др. при концентрации 1-5% и объемом не менее 200 м³ раствора на 1 м эффективной нефтенасыщенной толщины.

В качестве примера использования предлагаемого решения рассмотрена проектная разработка участка пласта БС₁₀ Конитлорского месторождения Западной Сибири. В месте выбранного участка глубина пласта составляет 2450 м, эффективная нефтенасыщенная толщина 7 м, в залежи нет ни газовой шапки, ни подошвенной воды. Коэффициенты пористости 19%, проницаемости по горизонтали 0,02 мкм², то же, по вертикали 0,002 мкм², начальной нефтенасыщенности 54%, сжимаемости растворенного газа 3,77 1/ГАа, нефти безгазовой 0,85 1/ГПа, воды 0,48 1/ГПа, породы 0,2 1/ГПа, растворимости газа в нефти 52 нм³/нм³; вязкость в пластовых условиях: нефти 1,18 mПа•с, воды 0,41 mПа•с, воздуха и газов горения 0,042 mMа•с; плотность в пластовых условиях: нефти 756 кг/м³, воды 1013 кг/м³, воздуха 340 кг/м³, газов 352 кг/м³; начальные пластовые: давление 25,0 МПа, температура 86^oС; давление закачки воды 17,0 МПа, воздуха и газов 35,0 МПа; давление на устьях добывающих скважин 1,5 МПа. Приведенные сведения свидетельствуют о том, что пласт БС₁₀ Конитлорского месторождения относится к низкопроницаемым. Выбранный расчетный участок имеет площадь 100 га, на нем были размещены четыре скважины по обращенной девятиточечной схеме, одна из них нагнетательная, остальные - добывающие. Для оценки эффективности предлагаемого способа проведено математическое моделирование процессов фильтрации на выбранном проектном участке. Расчеты технологических показателей разработки были проведены с применением методик из работ [1, 2, 4, 5] . По результатам расчетов установлено, что по сравнению с прототипом применение предложенного способа разработки позволяет повысить коэффициенты нефтеизвлечения в зависимости от геолого-физических условий и модификации способа предложенной технологии на 5-15 пунктов, снизить отбор балластных агентов до 20%, увеличить темпы отбора флюидов в 3-5 раз. Тем самым обеспечивается эффективная разработка низкопроницаемого пласта БС₁₀ Конитлорского месторождения.

По способу разработки залежи с трудноизвлекаемыми запасами нефти размещают на залежи нагнетательные и добывающие скважины. В нагнетательные скважины закачивают оторочки воздуха и воды для создания в пласте внутрипластового горения. При этом при разработке залежи с запасами нефти нормальной вязкости из продукции добывающих скважин выделяют попутные нефтяные газы и газы горения. Эти газы отдельно или совместно с попутными нефтяными газами нагнетают в нагнетательные скважины. Закачку оторочек воздуха чередуют с нагнетанием вышеуказанных газов и разделяют их закачкой технических оторочек воды. Соотношение объемов закачки оторочек воздуха и воды выбирают из условия поддержания на фронте горения температуры 300 - 400^oС. Техническим результатом изобретения является повышение эффективности способа при разработке залежи с запасами нефти нормальной вязкости за счет снижения расхода топлива и создания в пласте условий смешивающегося вытеснения нефти водогазовыми смесями. 5 з.п.ф-лы.

1. Способ разработки залежи с трудноизвлекаемыми запасами нефти путем размещения на ней нагнетательных и добывающих скважин, закачки в нагнетательные скважины оторочек воздуха и воды для создания в пласте внутрипластового горения и отбора нефти из добывающих скважин, отличающийся тем, что при разработке залежи с запасами нефти нормальной вязкости из продукции добывающих скважин выделяют попутные нефтяные газы и газы горения, которые отдельно или совместно с попутными нефтяными газами нагнетают в нагнетательные скважины, при этом закачку оторочек воздуха чередуют с нагнетанием вышеуказанных газов и разделяют их закачкой технических оторочек воды, а соотношение объемов закачки оторочек воздуха и воды выбирают из условия поддержания на фронте горения температуры 300 - 400^oС. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что до и после закачки в нагнетательные скважины оторочек воздуха, воды и нагнетания в них газов в добывающих скважинах внутрипластовым горением выжигают призабойные зоны пласта, соответствующие их фильтрационным сопротивлениям. 3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что для выжигания призабойных зон добывающих скважин закачиваемые в них первые оторочки воздуха и следующие за ними оторочки воды разделяют оторочками кислотных композиций. 4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в закачиваемые оторочки воды добавляют водные суспензии тонкодисперсных горючих материалов. 5. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что для выжигания призабойных зон в добывающих скважинах в них проводят гидравлический разрыв пласта. 6. Способ по п.1, отличающийся тем, что до закачки воздуха в нагнетательные скважины в них проводят гидравлический разрыв пласта.