Одновременная эксплуатация двух и более пластов одной сеткой скважин. Виды ОРЭ, общие требования ко всем схемам и применяемому оборудованию, преимущества и недостатки

При добыче нефти часто приходится встречаться с проблемой одновременной эксплуатации нескольких нефтеносных горизонтов, имеющих различные характеристики (пластовое давление, проницаемость, пористость, давление насыщения, вязкость нефти и др.) одной скважиной. К тому же, каждый горизонт иногда содержит несколько пластов с различными характеристиками, требующими индивидуального подхода к их разработке. Наличие нескольких горизонтов или пластов с различными характеристиками вызывает необходимость разрабатывать их самостоятельными сетками скважин.

Опыт разработки нефтяных месторождений показывает, что более половины всех капитальных вложений приходится на бурение скважин. В связи с этим всегда возникает проблема объединения тех или иных пропластков, пластов или горизонтов в один или несколько объектов разработки, которые могли бы эксплуатироваться одной сеткой скважин. В связи с этим в скважинах приходится перфорировать несколько пластов и эксплуатировать их, как говорят, «общим фильтром». Это позволяет экономить значительные средства и материальные ресурсы на бурении скважин. Однако в дальнейшем, на более поздних стадиях разработки по мере поступления дополнительной геологической информации, а также сведений о взаимодействии скважин, выявляется более детальная пластовая обстановка на забое скважин. Иногда некоторые нефтенасыщенные прослои или пласты, вместо того чтобы отдавать жидкость, поглощают ее в результате вскрытия общим фильтром. Обычно это приводит к отставанию выработки запасов нефти из таких пластов, преждевременному обводнению одних, с хорошей проницаемостью, и консервации запасов нефти в других, с плохой проницаемостью или слабым участием в процессе разработки по тем или иным причинам.

Наилучшим выходом из такого положения было бы создание независимых систем разработки со своими сетками скважин на каждый пласт, и это делается, когда пласты со схожими характеристиками группируются в один объект разработки и эксплуатируются общим фильтром. Одновременная раз­работка нескольких пластов одним объектом возможна только при одинаковых физико-химических свойствах нефтей в объеди­няемых пластах, если приток нефти и газа достаточен из каждого пласта при допустимом забойном давлении в скважине, при близких значениях пластового давления в объединяемых пластах, исключающих перетоки нефти между пластами, и близких значе­ниях обводненности пластов. Если вышеизложенные условия не соблюдаются, то многопластовые месторождения разрабатывают методом одновременно-раздельной эксплуатации одной скважи­ной (ОРЭ).

При принятии решения об использовании метода ОРЭ учи­тывается степень выработанности запасов, близость контура неф­теносности к скважинам, наличие смол и парафина в добываемых нефтях, толщины продуктивных пластов и разделяющих их не­проницаемых пропластков, состояние эксплуатационной колон­ны скважин и т.д.

Развитие технологии раздельной эксплуатации нескольких пластов пошло по пути создания специального оборудования, спускаемого в скважину, вскрывающую два или три пласта. Основным элементом такого оборудования является пакер, изолирующий пласты друг от друга, с отдельными каналами для выхода жидкости на поверхность.

Оборудование для ОРЭ пластов через одну скважину должно допускать:

- создание и поддержание заданного давления против каждого вскрытого пласта;

- измерение дебита жидкости, получаемой из каждого пласта;

- получение, на поверхности продукции разных пластов без их смешивания в скважине, так как свойства нефтей (сернистые и несернистые) могут быть различными;

- исследование каждого пласта, например, методом пробных откачек или методом снятия КВД;

- ремонтные работы в скважине и замену оборудования, вышедшего из строя;

- регулировку отбора жидкости из каждого пласта;

- работы по вызову притока и освоению скважины.

- надежное разобщение пластов на протяжении всего периода эксплуатации

- простота конструкций и обслуживания;

- наимеьшая металлоемкость

- надежность в эксплуатации

Раздельно эксплуатировать два пласта в зависимости от условий притока жидкости в скважину можно следующими способами:

1. Оба пласта фонтанным способом;

2. Один пласт фонтанным, другой — механизированным способом;

3. Оба пласта механизированным способом.

Согласно установившейся терминологии принято для краткости именовать ту или иную технологическую схему совместной эксплуатации названием способа эксплуатации сначала нижнего, а затем верхнего пласта. Например, схема насос—фонтан означает, что нижний пласт эксплуатируется насосным способом, а верхний — фонтанным. В соответствии с этим, теоретически возможны следующие комбинации способов эксплуатации: фонтан—фонтан; фонтан—газлифт; газлифт—фонтан; насос—фонтан; фонтан—насос; насос—газлифт; газлифт — насос; насос — насос; газлифт — газлифт.

Промысловый опыт эксплуатации двух пластов одной сква­жиной методом ОРЭ указывает на его высокую эффективность. В среднем на 30% сокращаются капитальные вложения и экс­плуатационные затраты в сопоставлении с затратами на бурение и эксплуатацию месторождений самостоятельными сетками на каждый пласт. Метод ОРЭ дает возможность уплотнять сетку скважин (добывающих и нагнетательных) без дополнительного метража бурения.

Оборудование для раздельной закачки воды (ОРЗ) в два пласта через одну скважину предусматривает возможность закачки по двум независимым каналам при различных давлениях нагнетания. Дифференциация давлений достигается либо прокладкой двух водоводов от ближайшей кустовой насосной станции с различным давлением нагнетаемой воды (разные насосы), либо дросселированием давления путем пропуска части воды общего водовода через штуцер непосредственно на устье скважины. В последнем случае давление в общем водоводе должно быть равно или больше давления нагнетания в плохо проницаемый пласт. Однако дросселирование давления связано с потерей энергии и с энергетической точки зрения невыгодно.

Оборудование для раздельной закачки воды должно обеспечивать периодическую промывку фильтров водопоглощающих пластов для восстановления или повышения их приемистости, которая всегда имеет тенденцию к затуханию вследствие заиливания.

При эксплуатации многопластовых газовых месторождений нередко возникает необходимость раздельной эксплуатации пластов в связи с различием в них газа по качеству, пластовых давлений и т.д. В одном из пластов может содержаться бессернистый газ, а в другом – с высоким содержанием сероводорода. В газовых скважинах раздельная эксплуатация двух пластов проводится по схеме фонтан-фонтан.

Недостатки ОРЭ:

На сегодняшний день универсального оборудования, которое бы полностью отвечало всем этим требованиям пока нет. Проблема – отсутствие крупных конструкторских предприятий и постановка перед ними задачи по созданию этого оборудования. Однако, разработки конструкций по оборудованию ведутся и осуществляются предприятиями, такими, как «Барс», «ЗАО Элкам-Нефтемаш» совместно с «Сибгеотэк» и ООО НПО «Новые нефтяные технологии».

Преимущества ОРЭ:

· Повысить нефтеотдачу и дебит скважин за счет дополнительного вовлечения в разработку низкопроницаемых прослоев

· Увеличить степень охвата и интенсивное освоение многопластовых месторождений путем раздельного вовлечения в разработку отдельных низкопроницаемых пластов

· Сократить капитальные вложения на бурение скважины

· Интенсифицировать процесс регулирования отборов и закачки во времени и по разрезу скважины

· Сократить сроки разработки месторождения

· Снизить эксплуатационные затраты.

Таким образом, применение ОРЭ позволит сократить срок разработки месторождения, ввести в разработку более ранние сроки, снизить капитальные, эксплуатационные затраты, снизить количество скважин по объекту.

Если нельзя внедрить ОРЭ, то тогда многопластовое месторождение может быть разработано самостоятельной сеткой на каждый объект. Однако, при этом значительно больше капитальных и эксплуатационных затрат.

3. Физическая сущность явления смачиваемости нефтяных пластов; Виды смачиваемости, параметры характеризкющие смачиваемость пласта.

Смачиванием называется совокупность явлений на границе соприкосновения трёх фаз, одна из которых обычно является твёрдым телом и две другие - не смешиваемые жидкости или жидкость и газ.

Капля жидкости может растекаться по поверхности, если поверхность хорошо смачивается, а если поверхность плохо смачивается, то капля растекаться не будет.

Интенсивность смачивания характеризуется величиной краевого угла смачивания, образованного поверхностью твёрдого тела с касательной, проведённой к поверхности жидкости из точки её соприкосновения с поверхностью (рис. 4).

Рис. 4. Форма капли, обусловленная поверхностными натяжениями на различных границах соприкасающихся фаз.

Краевой угол измеряется в сторону более полярной фазы (в данном случае в сторону воды).

Существуют также переходные поверхности (т.н. амфотерные), которые хорошо смачиваются как полярными, так и неполярными системами.

К гидрофильным поверхностям относятся силикаты, карбонаты, окислы железа. К гидрофобным поверхностям - парафины, жиры, воск, чистые металлы.

Краевой угол смачивания зависит от строения поверхности, адсорбции жидкостей и газов, наличия ПАВ, температуры, давления, электрического заряда.

Поверхностные явления описываются также работой адгезии.

Адгезия - прилипание (сцепление поверхностей) разнородных тел. Когезия - явление сцепления поверхностей разнородных тел, обусловленной межмолекулярным или химическим взаимодействием.

Ещё одна характеристика, используемая для описания поверхностных явлений - теплота смачивания.

Установлено, что при смачивании твёрдого тела жидкостью наблюдается выделение тепла, так как разность полярностей на границе твёрдое тело-жидкость меньше, чем на границе с воздухом. Для пористых и порошкообразных тел теплота смачивания обычно изменяется от 1 до 125 кДж/кг и зависит от степени дисперсности твёрдого тела и полярности жидкости.

Теплота смачивания характеризует степень дисперсности твёрдого тела и природу его поверхности. Большее количество теплоты выделяется при смачивании той жидкостью, которая лучше смачивает твёрдую поверхность.

Если через q₁ - обозначить удельную теплоту смачивания породы водой, а через q₂ - обозначить удельную теплоту смачивания породы нефтью, то для гидрофильных поверхностей будет выполняться соотношение: (q₁/ q₂) > 1, а для гидрофобных: (q₁/ q₂) < 1.

Явления смачиваемости рассматривались для равновесного состояния системы. В пластовых условиях наблюдаются неустойчивые процессы, происходящие на поверхности раздела фаз. За счет вытеснения нефти водой образуется передвигающийся трехфазный периметр смачивания. Угол смачивания изменяется в зависимости от скорости и направления движения жидкости в каналах и трещинах. Кинетическим гистерезисом смачивания принято называть изменение угла смачивания при передвижении по твердой поверхности трехфазного периметра смачивания. Величина гистерезиса зависит от:

- направления движения периметра смачивания, то есть от того, происходит ли вытеснение с твердой поверхности воды нефтью или нефти водой;

- скорости перемещения трехфазной границы раздела фаз по твердой поверхности;

- шероховатости твердой поверхности;

- адсорбции на поверхности веществ.

Явления гистерезиса возникают, в основном, на шероховатых поверхностях и имеют молекулярную природу. На полированных поверхностях гистерезис проявляется слабо