Пути и направления решения проблем улучшения разработки

Нефтяных месторождений

Действия по увеличению резервов добычи получили подтверждение в результатах анализа, проведенного Центральной комиссией по разработке нефтяных месторождений (ЦКР). По поручению бывшего Минтопэнерго в 1999 году комиссия рассмотрела предложенные недропользователями вопросы состояния разработки нефтяных месторождений и путей его совершенствования и наметила перспективу добычи нефти до 2015 г[11].

Согласно заключению комиссии, реализация комплекса мероприятий позволит при существующей сырьевой базе поддерживать уровни добычи нефти в России в 330-370 млн. т в год вплоть до 2015 г. Суть этих мероприятий сводится к следующему:

- вывод из бездействия добывающих и нагнетательных скважин;

- увеличение объёмов эксплуатационного бурения;

- ввод в разработку новых месторождений;

- ускорение работ на месторождениях, разрабатываемых на условиях

раздела продукции;

- вовлечение в разработку трудноизвлекаемых запасов, которые

составляют более 50 % от общего количества текущих извлекаемых запасов;

- повышение качества первичного и вторичного вскрытия пластов;

- применение совместной и совместно раздельной эксплуатации

объектов;

- отборы жидкостей со скважин и их оптимизация;

- нестационарное заводнение;

- бурение горизонтальных стволов скважин;

- забуривание вторых стволов;

- применение гидроразрыва пластов;

- применение методов повышения нефтеотдачи пластов (физико-

химических, тепловых и др.).

Большинство этих мероприятий относится к области интенсификации притоков нефти.

По стадиям разработки залежей методы извлечения нефти, согласно классификации технологий воздействия на нефтяные и газовые пласты, разработанной А.Я. Хавкиным, могут быть разделены на первичные, вторичные и третичные.

Первичные - на основе использования естественных режимов разработки,

вторичные - на основе методов заводнения пластов, третичные методы - на основе применения химических реагентов и физических полей.

По применяемым средствам методы воздействия на пласт могут быть разделены на:

- уточнение системы разработки (уплотнение сетки скважин,

группирование объектов и пластов);

- гидродинамические (циклические, изменение направления потоков,

изменение депрессии в добывающих или нагнетательных скважинах);

- технические (гидроразрыв, горизонтальные и наклонно направленные

скважины, зарезка боковых стволов, перфорация, условия бурения);

- химические (ПАВ, полимеры, щёлочи, кислоты, эмульсии, соли, гели,

ШФЛУ, силикаты);

- газовые (углекислый, углеводородный и дымовой газы, азот,

водогазовые смеси, пены, термонеустойчивые агенты);

- тепловые (горячая вода, пар, горение, термогенерирующие агенты);

- физические (магниты, вибротехнологии, электровоздействие);

- биологические (на основе биотехнологий);

- комбинированные.

По результатам анализа, проведенным С.А. Ждановым (ОАО «ВНИИнефть им. А.П. Крылова»), особую озабоченность вызывает состояние с испытанием и применением так называемых третичных методов увеличения нефтеотдачи (МУН): тепловых, газовых и химических. Большинство этих методов может обеспечить значительное увеличение нефтеотдачи пластов и прирост дополнительных извлекаемых запасов нефти по сравнению с заводнением даже на поздней стадии разработки месторождения. Именно с применением этих методов большинство специалистов в нашей стране и за рубежом связывают будущее нефтяной промышленности.

По данным А.А. Арбатова (СОПС Министерства экономического развития и торговли РФ и Российской академии наук) в России (как и ранее в СССР) преимущественное развитие получают физико-химические методы, в то время как в других странах, например в США и Канаде, - тепловые и газовые. В обобщенном виде доли добычи нефти за счет применения МУН за последние 25 лет в СССР (России) и США приведены в таблице 1.

Таблица 1 - Доли добычи нефти за счёт тепловых, газовых и химических

методов в СССР (России) и США

В процентах

Из таблицы видно, что в США все эти годы большую долю добычи за счет МУН обеспечивали тепловые методы, хотя уже с конца 80-х годов наблюдается снижение доли добычи этими методами (без уменьшения объёмов общей добычи) за счёт увеличения объёмов добычи нефти газовыми методами.

Добыча нефти за счёт химических методов в лучшие годы не превышала 3 % общей добычи за счёт применения МУН. В СССР (а затем в России) уже с конца 80-х годов доля добычи нефти за счёт физико-химических методов стала превышать 50 %, в дальнейшем постоянно росла (доля добычи за счет газовых методов не превышала 7 %), а в настоящее время, по данным Минэнерго РФ, превышает 80 %. Для реальной оценки эффективности и классификации технологий воздействия на нефтяные пласты необходимо вести учёт энергозатрат. Например, по данным А.Я. Хавкина (ИПНГ РАН), применение магнитных устройств для обработки закачиваемой в пласт воды позволяет обеспечить увеличение приёмистости скважин в 2,5 раза или снижение давления нагнетания на несколько МПа.

Результаты анализа энергетических характеристик технологий по тепловому и стоимостному (на 1998 г.) эквиваленту, проведённые

А.Я. Хавкиным и А.В. Сорокиным (ИПНГ РАН), представлены в таблице 2.

Таблица 2 - Удельная энергетическая характеристика технологий по тепловому

и стоимостному эквиваленту

В настоящее время по данным Министерства энергетики РФ и ЦКР, благодаря усилиям нефтяной науки и практики, нефтяная промышленность России владеет практически всеми применяемыми в мировой практике технологиями увеличения нефтеотдачи пластов. Очень большое количество этих технологий применяется на промыслах недропользователями. Количество их большое, но объёмы внедрения (за небольшим исключением) незначительные.

Необходимо остановиться на наиболее перспективных технологиях и методах, которые внедряются в значительных объёмах и дают хорошие результаты[12]^{, [13]}.

Механические методы. Гидроразрыв пласта по своим технологическим возможностям является наиболее эффективным средством, применяемым при разработке пластов с низкими фильтрационно-ёмкостными характеристиками.

По данным ООО «СибНИИНП» (на основе анализа более чем по 50 месторождениям и 2500 скважинам) в Западной Сибири изменение дебитов после гидроразрыва происходит в сторону увеличения от 1,8 до 19 раз. Эффект от гидроразрыва по ряду скважин Самотлорского месторождения превысил 50 раз.

Одним из наиболее перспективных направлений совершенствования разработки нефтяных месторождений являются новые системы - с применением горизонтальных, разветвленно-горизонтальных скважин и боковых горизонтальных стволов из «старых скважин». Примером является разработка залежи нефти пластов АС4-8 Федоровского месторождения. Пласты АС4-8 практически на всей площади представляют собой тонкую нефтяную оторочку, заключенную между обширной газовой шапкой и подстилающей её подошвенной водой. Как следует из материалов пятой Международной конференции по горизонтальному бурению в г. Ижевске, 23-25 октября 2000 г., большое внимание было уделено не только бурению горизонтальных скважин, но и горизонтальных стволов из «старых скважин», бурение их уже проводится на многих месторождениях России.

Начиная с 60-х годов, за рубежом и в СССР начали проводиться опытно- промышленные работы по полимерному заводнению. Основная идея этих работ - снижение подвижности вытесняющей жидкости и, как следствие, преодоление вязкостной неустойчивости вытеснения, увеличение охвата заводнением, предотвращение ранних прорывов воды, закачиваемой в пласт к добывающим скважинам, снижение обводнённости добываемой нефти и, в конечном счёте, водонефтяного фактора.

Создание в пласте оторочки полимерного раствора в объеме около 30 % объёма порового пространства может увеличить нефтеотдачу на 10-13 %.

Развивается и другое направление использования полимеров - обработка ПЗП небольшими объёмами полимерных растворов для выравнивания профиля приёмистости нагнетательных скважин и ограничение водопритока в добывающих.

Физико-химические методы (воздействия с промывкой ПАВ, создание вибрационных волн). Целью является повышение охвата пласта выработкой при физическом воздействии является: доотмыв остаточной нефти оторочками композиций после прохождения фронта заводнения; увеличение профиля отдачи (приёмистости) по толщине; повышение охвата пласта выработкой по площади. При этом виде обработок в качестве дополнительных используются механические способы воздействия на призабойную зону: вибровоздействие; селективная изоляция (отключение) выработанных интервалов; глубоко проникающая перфорация; дострел невскрытой толщины. Для получения положительного эффекта, перед проведением физических методов воздействия также необходимо предусматривать комплекс исследований для прогноза эффективности воздействия, а также систематический мониторинг за реализацией методов для повышения эффективности мероприятия.

Виброциклические методы воздействия на ПЗП. В России и за рубежом в последние годы были разработаны различные конструкции забойных устройств, предназначенных для обработки прискважинной зоны продуктивного пласта упругими волнами.

Большой вклад в изучение влияния различных методов вибровоздействия за исключением уже упомянутых нами учёных, внесли Э.А. Ахметшин, М.И. Балашканд, А.В. Валиуллин, Г.Г. Вахитов, С.М. Гадиев, М.Н. Галлямов, О.Л. Кузнецов, Р.Я. Кучумов, P.M. Нургалиев, Э.М. Симкин, Э.И. Тагиев, Р.Г. Шагиев, Г.А. Шлеин, А.К. Ягафаров, B.C. Ямщиков и др.

Существующие генераторы упругих волн, наиболее широко применяемые для обработки ПЗП, можно разделить условно на механические, гидромеханические, электромеханические, электрогидравлические и их комбинации. По частоте генераторы разделяются на высоко- и низкочастотные устройства. Расчеты, проведённые Г.Г. Вахитовым и Э.М. Симкиным показали, что при распространении в горном массиве высокочастотного поля с частотой 20 кГц коэффициент поглощения составляет 0,2 м^-1, а низкочастотного (< 20 Гц) - 0,2·10^-6. Эти расчёты позволяют сделать вывод о преимуществе низкочастотных колебаний перед высокочастотными. Большинство скважинных золотниковых вибраторов, используемых для обработки ПЗП импульсами давления, спускаются на насосно-компрессорных трубах. Виброисточники такого типа обладают одним общим недостатком: они требуют проведения спускоподъёмных операций НКТ, т. е. дополнительных затрат времени.

Волновые методы воздействия можно разделить на импульсные разового действия, включая случаи, когда с исследовательскими целями по нефтяному карбонатному пласту воздействовали атомной бомбой (Ишимбайское месторождение нефти). Наибольшее применение находят методы воздействия на призабойную зону пороховыми газами, электрогидравлическим ударами, мгновенными депрессиями, а также вибрационные и акустические воздействия. Для реализации разрушения структуры грязи в объёме пористой системы ПЗП, т. е. создания оптимального динамического состояния, соответствующего максимальной текучести загрязняющих веществ, необходимо такое сочетание вибрационных воздействий и модифицирования поверхности частиц грязи с помощью ПАВ, при котором не только облегчается разрушение структуры, нои исключается вероятность возникновения новых контактов в результате пробоя адсорбционного слоя.

Электроразрядный метод воздействия. Промышленные испытания электроразрядного скважинного устройства, разработанного в Институте импульсных процессов и технологий НАН Украины, были начаты в 1983 г. на месторождениях ПО «Татнефть». При реализации указанного метода в скважине, заполненной жидкостью, реализуя высоковольтный разряд, возбуждают циклические волны сжатия, пульсирующего парогазовую полость, и акустические волны. Волны сжатия разрушают АСПО в зоне перфорационных отверстий, затем, многократно отражаясь, трансформируются в волны напряжения-растяжения, которые приводят к образованию новых трещинных каналов. Перепады давления при импульсном воздействии изменяются попеременно по величине и направлению, в результате жидкость перемещается из застойных зон и каналов в зоны активного дренирования.

Газовые методы. Очень перспективные методы, позволяющие значительно увеличивать нефтеотдачу, но, к сожалению, в России почти не применяются, в основном по причине отсутствия компрессоров высокого давления.

Химические методы интенсификации притоков нефти. На разрабатываемых месторождениях в основном применяется ограниченное число химических методов воздействия на ПЗП, которые можно объединить в четыре группы:

- водные растворы на основе ПАВ;

- эмульсионные растворы;

- кислотосодержащие растворы;

- композиции на основе полимеров.

Эффективными методами химического воздействия на пласт являются кислотные обработки в различных модификациях. Химические методы воздействие на ПЗП требует методологической подготовки.

Тепловые методы. В России значительные запасы высоковязких нефтей залегают в залежах на глубине до 1500 м, что позволяет применять тепловые методы. Этот метод применяется на башкирской карбонатной залежи Гремихинского месторождения в сочетании с использованием сложных скважинных систем (горизонтальных и разветвленно-горизонтальных скважин) с закачиванием теплоносителя. Технологические расчеты показывают, что предлагаемая система позволяет вовлечь в разработку слабодренируемые участки и пропластки и довести конечную нефтеотдачу до 44 % при, утвержденной ГКЗ - 0,27.

Анализ развития методов стимулирования продуктивности скважин и повышение нефтеотдачи пластов на примере Ноябрьского региона, проведённый Р.Н. Мухаметзяновым, Ю.С. Красневским и А.Н. Юдаковым привёл к выводу, что повышение эффективности интенсификации притоков нефти можно достигнуть путем: знания состояния разработки и выработки на участке воздействия; детального анализа состояния извлекаемых запасов по пласту, участку месторождения, отдельным зонам; изучения истории эффективности использования вторичных методов воздействия по пласту, участку месторождения, скважине; проектирования технологии воздействия, расчёта ожидаемого технологического эффекта; экономического прогноза результатов воздействия; системного воздействия на пласт как со стороны добывающих, так и нагнетательных скважин; совершенствования существующих и внедрения новых физико-химических технологий, особенно для заводненных месторождений; применения современных технологий увеличения продуктивности в новых скважинах; внедрения рационального комплекса геофизических исследований для изучения геологического разреза пласта с целью воздействия на нефтенасыщенные интервалы в существующих и новых (боковых) стволах; качественного контроля выполнения технологии обработок регистрирующими приборами и супервайзеровской службой.

Таким образом, был рассмотрен комплекс мер и методов, позволяющих решить проблему улучшения разработки нефтяных месторождений России.