Методы поддержания пластового давления

Мечтой нефтяников всегда был водонапорный режим. По­скольку в природе идеальный водонапорный режим – редкий случай, то решили: если давления воды в пласте не хватает, надо закачивать туда воду искусственно. Теперь на всех месторождениях мира применяют искусственные методы поддержания пластового давления путем заводнения (рис. 5.2).

Рис. 5.2. Схема внутриконтурного заводнения:

В – закачиваемая вода; Г – газовая шапка; Н – нефть

Если нефтяная залежь имеет газовую шапку и подошвенную воду, то в шапку нагнетают газ, а под нефтяной пласт – воду (рис. 5.3). Этот способ получил название «сэндвич».

Рис. 5.3. Схема искусственного поддержания пластового давления

в нефтяной залежи с газовой шапкой

Закачка воды в пласт может производиться:

1) с самого начала разработки залежи через сеть специально пробуренных нагнетательных скважин;

2) в процессе разработки или на позд­них стадиях через нагнетательные скважины и выведенные из эксплуатации продуктивные скважины.

Разработано несколько вариантов заводнения. Названия им дают по расположению нагнетательных скважин относительно контура нефтеносности: законтурное или внутриконтурное.

Законтурное заводнение (рис. 5.4, а) осуществляют на небольших по размерам месторождениях, примерно 5–8 км в поперечнике. Воду закачивают в водоносную часть пласта вблизи границ залежи. Нагнетательные скважины располагают на расстоянии 100–200 м от контура нефтеносности при хорошей проницаемости водонасыщенной зоны или у самого контура при низкой проницаемости продуктивных пластов.

Рис. 5.4. Варианты заводнения нефтяных залежей:

а – законтурное; б – внутриконтурное; в – центральное; г – блоковое; д – очаговое;

1 – нефть; 2 – вода; 3 – нагнетательные скважины

Поры коллектора на примыкающих к залежи участках могут быть закупорены вследствие цементации солями или окисленной нефтью, поэтому напор закачиваемой воды передается на залежь плохо. Тогда прибегают к внутриконтурному варианту заводнения (рис. 5.4, б) – закачивают воду по периферии залежи под нефтеносную часть пласта.

Если залежь небольшого размера подпирается не краевыми, а подошвенными водами, применяют центральное заводнение (рис. 5.4, в).

Когда залежь очень велика, 10–20 и более километров в длину, и воздействия только на ее периферию и центр недостаточно для быстрого извле­чения нефти, используют метод разрезания залежи рядами нагнетательных скважин на части и затем каждый ку­сок эксплуатируют как самостоятельную залежь. Это блоковое заводнение (рис. 5.4, г). Такой метод впервые был у нас применен на гигантском Ромашкинском месторождении в Татарии.

Очаговое заводнение (рис. 5.4, д) целе­сообразно проводить уже на поздней стадии разработки, когда залежь истощается.

Система разработки залежей с применением искусственного поддержания пластового давления позволила уменьшить территорию, приходящуюся на одну скважину. На старых бакинских и грозненских промыслах на одну добывающую скважину приходилась площадь от 1 до 4 га, редко до 8 га нефтеносной площади. Это значит, что скважины располагали по сетке на расстоянии 100´100 или 250´250 м друг от друга. При заводнении эта площадь уменьшилась до 12–60 га на одну скважину, а значит, и количество скважин на залежи уменьшилось.

На практике установили, что при заводнении на одну тонну извлекаемой нефти нужно закачать в недра 1,6–2, 0 м³ воды. В России в 2002 г. добыто около 300 млн. т нефти. Исходя из этих величин, можно приблизительно оценить объем ежегодно закачиваемой воды – 600 млн. м³. В СССР добывали 600 млн. т нефти в год, и для заводнения требовалось более миллиарда кубических метров воды. Где берут воду для закачки? В выгодных условиях находятся морские неф­тяные промыслы. Например, в Баку используют мор­скую воду, потому что её состав близок к составу подземных вод.

Для заводнения желательно использовать воды глубоко залегающих водоносных горизон­тов, расположенных рядом с нефтяной залежью. Преимущество этих вод заклю­чается в их химической совмести­мости. При смешивании таких вод не происходит химических реакций, которые могут приве­сти к выпадению осадков и цементации пор. Можно использовать грунтовые или подрусловые воды поверхностных водотоков. Они, как правило, уже отфильтрованные и не содержат механических примесей.

Часто используют воду рек. Но речные воды несут много взвесей, которые засоряют поры коллектора. С целью очистки поверхностных вод для заводнения на промыслах строят водоочистные станции. На них воду фильтруют и очищают от механических примесей, жесткую воду подщелачивают гашеной известью для предупреждения выпадения солей в порах пласта. Для ликвидации микроорганизмов и бактерий воду хлорируют. Многие бактерии в недрах питаются нефтью и выделяют в процессе жизнедеятельности сероводород, а это крайне нежелательная и самая вредная примесь в нефти. Большое внимание уделяют обезжелезиванию – удалению закисей и окисей железа, которые в виде хлопьев выпадают в поровом пространстве пород и засоряют его. Химический состав воды стабилизируют.

Особое значение приобретает проблема утилизации промысловых вод, добываемых вместе с нефтью. Это высокоминерализованные рассолы, сброс которых в поверхностные воды запрещен. После отделения нефти попутные воды используют для заводнения.

Если продвижение воды при заводнении идет равномерно, сплошным фронтом, то такое стягивание контура нефтяной залежи – нормаль­ный процесс. Так и должна происходитьразработка нефтяной залежи. Но бывают и другие случаи – образуются языки обводнения в плане и конусы обводнения в разрезе (рис. 5.5). Такой характер вторжения вод в залежь ведет к преждевременному отключению скважин, они перестают давать нефть и начинают продуцировать воду. Может произойти и разрыв единой нефтя­ной залежи на отдельные изолированные части – целики нефти. Чтобы предотвратить эти нежелательные события, ве­дут наблюдения за продвижением вод по пласту индикаторными, гидрохимическими, геофизическими методами.

а б

Рис. 5.5. Обводнение нефтяной залежи:

а – языки обводнения в плане; б – конусы обводнения в разрезе; 1 – нефть; 2 – вода

В воду нагнетательных скважин добавляют ве­щества-индикаторы, например радиоактивный тритий Н³, а в наблюдательных скважинах следят за появлением индикатора. Уменьшают добычу нефти из скважин, в сторону которых движутся язы­ки обводнения, сокращают или прекращают закачку воды в те нагнетательные скважины, которые становятся началом языков (рис. 5.6).

Рис. 5.6. Схема регулирования движения воды по пласту:

1 – нагнетательные скважины; 2 – эксплуатационные скважи­ны; 3 –нагнетательные скважи­ны, в которых следует умень­шить или прекратить закачку воды; 4 – эксплуатационные скважины, в которых следует уменьшить или прекратить от­бор нефти

Гидрохимический метод основан на наблюдении за изменением химического состава вод в разных скважи­нах. Оно особенно значительно при смешивании пластовых вод с искусственно закачанными. Обводнение нефтяных залежей может идти и за счет перетока подземных вод из других пластов. Это происходит чаще всего из-за аварий, поломки труб или негерметичного цемен­тирования затрубного пространства. Чтобы организовать капитальный ре­монт скважины, важно определить, где именно, из ка­кого пласта проникает вода в скважину. Для этого служат геофизические ме­тоды.