§ 6. Методы повышения нефтеотдачи и газоотдачи пластов

Применение искусственных методов воздействия на пласты (законтурное и внутриконтурное заводнение, закачка в пласт газа или воздуха) позволяет восполнять пластовую энергию, расходуемую в процессе разработки нефтяных залежей, значительно сокращать сроки разработки залежей за счет более ин-тесивных темпов отбора нефти и в какой-то мере повышать степень использования геологических запасов нефти, содержащихся в недрах. Но следует учитывать, что конечная нефтеотдача пластов при любых известных методах воздействия на них даже в лабораторных условиях редко превышает 70—80%. В недрах всегда остается значительное количество нефти, которая удерживается в порах пласта капиллярными силами или же находится в «целиках» — в зонах пласта, не затронутых воздействием движущих сил. Чем больше вязкость пластовой нефти и чем меньше поровые каналы, тем сильнее проявляются удерживающие нефть капиллярные силы и тем больше в недрах остается нефти.

В современных условиях при проектировании процесса разработки нефтяных месторождений коэффициент конечной нефтеотдачи пластов даже в условиях применения методов поддержания пластовых давлений в большинстве случаев принимают в пределах 50—60%. Поэтому в последнее время значительно усилены работы по нахождению путей повышения конечной нефтеотдачи пластов.

Известно несколько методов вытеснения нефти из пластов, обеспечивающих повышение их суммарной нефтеотдачи.

Закачка в пласт воды, обработанной ПАВ. Поверхностно-активные вещества (ПАВ) применяются во многих отраслях промышленности как моющие и пенообразующие средства, снижающие поверхностное натяжение на жидкой или твердой поверхности раздела фаз вследствие положительной адсорбции этих веществ на поверхности раздела.

Концентрация ПАВ в поверхностном слое в десятки тысяч раз превышает концентрацию его в объеме раствора. Благодаря этому процессами, происходящими в поверхностных слоях, можно управлять при ничтожно малых концентрациях ПАВ в растворе. Так, концентрация некоторых ПАВ в воде при заводнении пластов не превышает 0,05%.

При закачке в пласт воды с добавкой ПАВ в нефтяном коллекторе изменяются поверхностно-молекулярные свойства полиминеральной среды — резко снижается поверхностное натяжение на границе нефти с водой или же на границе нефти с породой.

Значительное снижение поверхностного натяжения на границах раздела фаз — одна из причин более полного вытеснения нефти из пористой среды растворами ПАВ, которые способствуют дроблению глобул нефти, охваченных водой, снижают необходимый перепад давления для фильтрации жидкостей в пористой среде и улучшают моющие свойства воды.

Вытеснение нефти оторочкой загущенной воды. Вытеснение нефти из неоднородного коллектора может быть эффективным, если применять воду повышенной вязкости. При этом создаются условия для более равномерного продвижения водонефтяного контакта и повышения конечной нефтеотдачи пласта.

Для загущения воды применяют различные водорастворимые полимеры, из которых наиболее хорошие результаты получили после использования гидролизованного полиакриламида (ПАА). Этот полимер сравнительно хорошо растворяется в воде и при небольших концентрациях его в воде образуются вязкие растворы.

При практическом осуществлении процесса вытеснения нефти наиболее рационально закачивать на первой стадии небольшое количество загущенной воды для создания в пласте оторочки. Далее следует закачивать обычную воду, которая проталкивает оторочку в глубь пласта.

В качестве рабочего агента повышенной вязкости можно использовать пены, приготовленные на аэрированной воде с добавкой 0,2—1,0% пенообразующих веществ. Вязкость пены в 5—10 раз больше вязкости воды. Оторочка из пены проталкивается в глубь пласта водой.

Закачка в пласт углекислоты. Для увеличения нефтеотдачи углекислый газ нагнетается в пласт в сжиженном виде и проталкивается далее карбонизированной водой. Получен эффект также при вытеснении нефти непосредственно водными растворами углекислоты. Повышение нефтеотдачи при вытеснении нефти углекислотой объясняется рядом причин. Происходит взаимное растворение углекислоты в нефти и углеводородов в жидком СО₂, что сопровождается уменьшением вязкости нефти, возрастанием ее объема, снижением поверхностного натяжения на границе с водой.

Нагнетание в пласт теплоносителя. В качестве теплоносителя для нагнетания в пласт обычно используют горячую воду и водяной пар.

Интенсификация добычи нефти и увеличение нефтеотдачи пластов при нагнетании теплоносителей достигается за счет снижения вязкости нефти и теплового расширения пластовой нефти скелета пласта.

Для более рационального использования тепла советскими учеными на основе теоретических и лабораторных исследований предложена следующая схема процесса нагнетания в пласт теплоносителя.

Вначале в пласт в течение определенного времени нагнетают горячий агент. После образования в пласте нагретой зоны значительных размеров прекращают нагнетать горячий агент и начинают нагнетать холодный. При поступлении в нагретую зону холодный агент нагревается (т. е. превращается в теплоноситель) и во время дальнейшего движения прогревает более удаленные участки пласта. Пористая среда (порода-коллектор) действует как теплообменник с большой поверхностью теплообмена. По мере остывания первоначально нагретого участка пласта некоторая часть тепла постепенно возвращается обратно в пласт. Таким образом, тепло, аккумулированное в пласте (а также частично в окружающих его породах), реализуется для нагревания рабочего агента непосредственно в пластовых условиях.

Внутрипластовое горение. При этом методе после зажигания тем или иным способом нефти у забоя зажигательной (нагнетательной) скважины в пласте создается движущийся очаг горения за счет постоянного нагнетания с поверхности воздуха или смеси воздуха с природным газом. Образующиеся впереди фронта горения пары нефти, а также нагретая нефть с пониженной вязкостью движутся к эксплуатационным скважинам и извлекаются через них на поверхность.

Вытеснение нефти из пласта растворителями. Частичное или полное устранение отрицательного влияния на нефтеотдачу молекулярно-поверхностных сил может быть достигнуто путем создания в пласте условий, при которых вытесняемая фаза (нефть) полностью смешивалась бы с вытесняющей фазой (растворитель, газ) без образования границы раздела между ними. Это возможно лишь при условии, когда вытесняемая и вытесняющая фазы взаимно растворимы и образуют однофазную систему. В качестве вытесняющей фазы могут быть использованы пропан, бутан, смесь пропана с бутаном, газ высокого давления. При нагнетании в пласт при определенном давлении какого-либо из этих углеводородов происходит их смешивание с нефтью и полное взаимное растворение в нефти, исчезновение границ раздела между вытесняющей и: вытесняемой средами, ослабляется применение нефти к стенкам пор.

Повышение газоотдачи газовых пластов достигается за счет режимных мероприятий и прежде всего своевременной изоляции прорвавшихся вод по отдельным пропласткам. Кроме того, повышение газоотдачи может быть достигнуто путем доведения пластового давления до минимально возможного — отбор газа из скважин под вакуумом.

Повышение конденсатоотдачи в газоконденсатных месторождениях может быть достигнуто путем поддержания пластового давления, т. е. закачкой сухого газа в разрабатываемый пласт.