Технология применения и оценка эффективности термополимерного воздействия пласт.

Разработка месторождений с нефтями повышенной и высокой вязкости методом традиционного заводнения, особенно в трещиноватых коллекторах, как правило, приводит к низким коэффициентам нефтеизвлечения (0,25-0,29). Теоретическое и экспериментальное изучение механизма вытеснения нефти водой по ВНИИ и ИГиРГИ показало, что низкие текущие и конечные коэффициенты нефтеизвлечения при заводнении залежей нефти повышен-ной и высокой вязкости связаны, прежде всего, с неустойчивым продвижением водонефтяных фронтов. С самого начала заводнения развивается явление вязкостной неустойчивости -- вода в виде языков различной формы и размеров проникает в нефтяную часть пласта, оставляя за фронтом невытесненные целики нефти. Устойчивое, более равномерное продвижение водонефтяного контакта (ВНК) можно достичь за счет снижения отношения вяз-кости нефти и закачиваемого агента. Достигается это путем увеличения вязкости закачиваемой воды, загущением ее полимерными добавками. Известно, что использование полимерных растворов для увеличения нефтеизвлечения из пластов, содержащих нефть повышенной и высокой вязкости, дает хорошие результаты, если коллектор является терригенным и в карбонатных коллекторах при небольшой их трещиноватости.

Однако значительные запасы нефти повышенной и высокой вязкости содержатся в карбонатных коллекторах, обладающих повышенной кавернозностью и сильно развитой трещиноватостью. Применительно к Удмуртии подобного типа залежью является черепетский горизонт турнейского яруса Мишкинского месторождения. Залежь нефти приурочена к пластам с трещинно-поровыми карбо-натными коллекторами, содержащими нефть высокой вязкости 78 МПа-с в пластовых условиях. В большинстве скважин прослеживаются среди пористых плотные разности известняков толщиной от 0,8 до 8м. Общая толщина залежи нефти в турнейском ярусе составляет 36м. Проницаемость коллектора -- 0,213 мкм², пористость -- 16,4%, начальная нефтенасыщенность -- 88,0%. Нефть тяжелая, высоковязкая, содержание парафина в нефти -- 6%, смол и асфальтенов -- 20,5-25%. Давление насыщения нефти -- 9,5 МПа, газовый фактор -- 7 м³/т. В пластовых условиях средняя плотность нефти равна 0,91 г/см³. Начальные ге-ологические запасы -- 43,6 млн. т. Коэффициент нефтеотдачи, утвержденный ГКЗ, равен 0,39. Глубина залегания пласта -- 1500м.

На основе анализа разработки Мишкинского нефтяного месторождения и научных исследований был создан и внедрен принципиально новый высокоэффективный комбинированный метод термополимерного воздействия (ТПВ) на залежи высоковязкой нефти с трещиновато-поровым коллектором. Промышленное внедрение этого метода проводится с 1976г. по настоящее время на черепетском горизонте Мишкинского нефтяного месторождения Удмуртии.

Механизм нефтеизвлечения при использовании метода ТПВ представляется следующим образом: нагретый до 90°С водный раствор полиакриламида, имея вязкость 1,5-2 МПа-с, при закачке в пласт поступает прежде всего в естественно существующую в карбонатном коллекторе систему трещин и далее проникает в глубь пласта. Таким образом, часть залежи оказывается охваченной воздействием горячего агента, что приводит к снижению вязкости нефти, содержащейся в блоках (матрице) трещиновато-порового коллектора. По мере продвижения горячего раствора ПАА по трещинам происходит его остывание. Эффективная вязкость его при этом существенно увеличивается (до 10--15 МПа-с). Одновременно с увеличением вязкости возрастают и общие гидравлические сопротивления пласта. В связи с этим увеличивается доля рас-твора, поступающего из трещин в матрицу, т. е. основная емкостная часть пласта оказывается охваченной воздействием закачиваемого агента. Снижение вязкости нефти за счет нагрева пласта и наличие ПАА в растворе приводит к улучшению смачиваемости пористой среды, что активизирует процесс капиллярной пропитки матрицы. Если система трещин, в пласте достаточно разветвленная, то эффективность от закачиваемого горячего раствора ПАА будет выше в сравнении с воздействием горячей воды, которая, в основном, вытесняет нефть по макротрещинам. Преимущество метода ТПВ заключается в ограничении общего количества рабочего агента, которое необходимо нагревать, так как для создания необходимого «теплового охвата» не потребуется таких больших количеств закачиваемого теплоносителя, как в случае нагнетания простой горячей воды.

На рис. 2 представлены зависимости изменения вязкости нефтей Мишкинского меторождения.

Как видно, повышение температуры до 60 °С позволяет почти на порядок снизить их вязкостную характеристику.

На рис. 3 представлены зависимости изменения вязкости водных растворов полимера (ПАА) от температуры и концентрации ПАА в растворе. Сопоставление этих зависимостей позволяет определить значения температуры нефти и раствора полиакриламида (ПАА), при которых соотношение вязкостей нефти и воды µ0 не будет превышать критического значения м₀=10--15. При больших значениях µ₀ режим вытеснения даже для однородных сред теряет устойчивость и характеризуется образованием языков вытесняющего агента -- вязкостной неустойчивостью.

На рис. 4 для иллюстрации представлены зависимости, полученные для различных технологий воздействия. Эффективность ТПВ (кривая 3) в сравнении с холодным полимерным воздействием (кривая 2) и, тем более, обычным заводнением (кривая 1) очевидна. Эффективно применение ТПВ и после предварительно проведенного заводнения (кривая 4).

Рис. 4. Зависимость коэффициента нефтеотдачи () от количества прокачанной жидкости ф в объемах пор:

-- воздействие на пласт водой;

-- воздействие на пласт 30%-й от объема пор оторочкой раствора ПАА--ХПВ;

-- воздействие на пласт 30%-й оторочкой горячего полимерного раствора -- ТПВ;

-- довытеснение оторочкой горячего раствора ПАА

В ходе модельных экспериментов уточнен необходимый объем оторочки раствора ПАА, который должен составлять не менее 20% от объема пор пласта.

Изученный механизм ТПВ показал, что горячий раствор полимера, проникающий, прежде всего, по трещинам, увеличивает свою вязкость примерно на порядок по сравнению с горячей водой. Таким образом, гидравлические сопротивления на фронте вытеснения для полимерного раствора оказываются значительно большими, чем для горячей воды, что приводит к увеличению коэффициента охвата. Результаты теоретических и экспериментальных исследований показывают, что прирост конечного нефтеизвлечения при ТПВ по сравнению с воздействием необработанной водой (для указанных геолого-физических условий) составит 15--20%.

Условия и критерии применимости метода термического воздействия разделяются на геолого-физические и технологические. Одним из главных геологических критериев применимости метода ТПВ является величина вязкости нефти в пластовых условиях (50 МПа-с и более). Верхний предел величины вязкости пластовой нефти ограничивается 500 МПа-с. Применимость термополимерного воздействия существенно зависит от проницаемости матрицы (блоков) трещиновато-порового коллектора: при проницаемости менее 3-10~² мкм² метод малоэффективен ввиду низких скоростей капиллярной пропитки блоков. Наибольший эффект этот метод дает для трещиновато-поровых систем. Допустимая глубина залегания продук-тивных пластов для ТПВ ограничивается величиной пластовой температуры, которая должна быть не >90°С (при t° близкой 100°С наступает деструкция полимерного раствора). Для получения надежного результата от примене-ния термополимерного воздействия продуктивный пласт не должен иметь подошвенную воду. ТПВ может быть применимо как при рядной системе расстановки скважин (внутриконтурное заводнение), так и при площадной сис-теме. Наилучшие результаты могут быть получены, когда метод применяется с начала разработки залежи. Обязательным технологическим условием успешности процесса ТПВ является обеспечение непрерывности закачки горячего полимерного раствора в расчетных объемах, а также соблюдение температурного режима. Для технологии ТПВ требуются водорастворимые полимеры (преимущественно полиакриламидного типа) различных товарных марок и модификаций (в порошке, в гранулах, гелеобразные и т. д.), однако требуется обязательная их проверка на качество и термостойкость. Полимеры для ТПВ должны сохранять свои свойства по реологии до температуры 90-- 100°С.