Интенсификация отборов нефти из добывающих скважин
..pdfМинистерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Пермский национальный исследовательский политехнический университет»
В.А. Мордвинов, В.В. Поплыгин
ИНТЕНСИФИКАЦИЯ ОТБОРОВ НЕФТИ ИЗ ДОБЫВАЮЩИХ СКВАЖИН
Утверждено Редакционно-издательским советом университета
в качестве учебного пособия
Издательство Пермского национального исследовательского
политехнического университета
2013
elib.pstu.ru
УДК 622.276 М79
Рецензенты:
канд. техн. наук, доцент А.В. Распопов (ООО «ЛУКОЙЛ-Инижиниринг» «ПермНИПИнефть»),
канд. техн. наук, доцент А.А. Злобин (Пермский национальный исследовательский политехнический университет)
Мордвинов, В.А.
М79 Интенсификация отборов нефти из добывающих скважин : учеб. пособие / В.А. Мордвинов, В.В. Поплыгин. – Пермь : Изд-во Перм. нац. исслед. политехн. ун-та, 2013. – 75 с.
ISBN 978-5-398-01057-2
Рассмотрены основные методы интенсификации отборов нефти. Приведены материалы, доказывающие успешность применения технологий увеличения продуктивности добывающих скважин в зависимости от геолого-технологических условий.
Предназначено для студентов очной и заочной форм обучения, обучающихся по направлению 131000 «Нефтегазовое дело».
УДК 622.276
ISBN 978-5-398-01057-2 |
© ПНИПУ, 2013 |
2
elib.pstu.ru
ОГЛАВЛЕНИЕ |
|
Введение.............................................................................................. |
4 |
1. Общие сведения о трудноизвлекаемых запасах..................... |
5 |
2. Результаты промысловых исследований по изменению |
|
продуктивности скважин ............................................................. |
9 |
2.1. Факторы, влияющие на продуктивность добывающих |
|
скважин...................................................................................... |
9 |
2.2. Влияние изменения забойного давления |
|
на продуктивность скважин..................................................... |
16 |
3. Эффективность методов увеличения продуктивности |
|
добывающих скважин на месторождениях |
|
с трудноизвлекаемыми запасами нефти...................................... |
25 |
3.1. Гидравлический разрыв пласта........................................ |
27 |
3.2. Влияние газа и деформаций коллектора на показатели |
|
работы скважин после ГРП...................................................... |
40 |
3.3. Кислотные обработки призабойных зон продуктивных |
|
пластов....................................................................................... |
48 |
3.3.1. Влияние газа и деформаций коллектора |
|
на показатели работы скважин после ГРП...................... |
49 |
3.3.2. Примененние кислотной композиции ДН-9010 |
|
на месторождениях Пермского края................................ |
53 |
3.3.3. Новые способы кислотного воздействия |
|
на пласт............................................................................... |
61 |
3.3.4. Факторы, определяющие эффективность |
|
кислотных обработок ........................................................ |
66 |
3.4. Волновые методы воздействия на пласт.......................... |
69 |
3.5. Радиальное бурение........................................................... |
71 |
Список использованной литературы................................................. |
74 |
3
elib.pstu.ru
ВВЕДЕНИЕ
Интенсивность в производственном процессе – показатель, которым измеряется выпуск продукции за определенный период времени. По отношению к работе нефтедобывающей скважины под интенсивностью следует понимать количество добываемой из нее нефти за некоторый промежуток времени. Этот показатель называют дебитом скважины (единица измерения – т/сут) или производительностью.
Интенсификация – увеличение производительности. Интенсификация производства – процесс его развития, основанный на рациональном использовании технических и других ресурсов и достижений научно-технического прогресса. Интенсификация отборов нефти из добывающей скважины – это увеличение ее производительности за счет проведения геолого-технических мероприятий, совершенствования технических средств эксплуатации, оптимизации технологических режимов работы скважинного оборудования и др.
Добыча нефти в России осуществляется в условиях постоянного увеличения доли трудноизвлекаемых запасов, усложнения геоло- го-физических условий эксплуатации добывающих скважин. Себестоимость добываемой нефти при том или ином способе эксплуатации скважины напрямую зависит от их производительности. Повышение эффективности добычи нефти на месторождениях с трудноизвлекаемыми запасами является одной из важнейших задач нефтедобывающей отрасли. Решение этой задачи требует проведения и обобщения результатов теоретических и экспериментальных исследований в области технологии разработки и эксплуатации нефтяных месторождений в заданных геолого-физических условиях.
Учебное пособие издано при поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации, соглашение 14.B37.21.0600.
4
elib.pstu.ru
1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ТРУДНОИЗВЛЕКАЕМЫХ ЗАПАСАХ
Состояние нефтедобывающей отрасли в основных нефтегазодобывающих регионах России характеризуется истощением высокопродуктивных залежей и ухудшением структуры запасов. С ростом доли трудноизвлекаемых запасов снижаются дебиты добывающих скважин по нефти. В связи с этим постоянно возрастает роль геолого-технических мероприятий, направленных на восстановление и увеличение продуктивности скважин.
К трудноизвлекаемым относятся запасы месторождений, отдельных залежей или их частей, отличающихся неблагоприятными для извлечения геологическими условиями залегания и (или) физическими свойствами нефти. Для добычи трудноизвлекаемых запасов требуется увеличение финансовых, материальных и трудовых затрат, более сложные технологии и оборудование. По экономическим критериям эффективности разработки запасы трудноизвлекаемой нефти занимают промежуточное положение между балансовыми и забалансовыми запасами.
Приведем структуру извлекаемых запасов нефти России с учетом возможности их промышленного освоения:
Характеристка запасов |
Относительное содержание, % |
Активные запасы |
31 |
Залежи в пластах с проницаемостью |
41 |
< 0,05 мкм2 |
|
Подгазовые залежи |
18,7 |
Залежи с вязкостью ≥ 30 мПа·с |
9 |
|
|
Остальное |
0,3 |
Считается, что на большинстве месторождений активными являются около 20 % запасов, которые обеспечивают 50–60 % общего объема добычи нефти. Интенсивность выработки активных запасов более чем в 4 раза превышает этот же показатель для трудноизвле-
5
elib.pstu.ru
каемых запасов. В связи с этим ежегодно возрастает количество скважин, эксплуатация которых становится нерентабельной из-за низких дебитов или из-за высокой обводненности продукции.
В настоящее время не существует единой классификации трудноизвлекаемых запасов нефти (ТИЗ). В табл. 1.1 приведена классификация, основанная на учете особенностей нефтяных залежей.
Таблица 1.1
Классификация трудноизвлекаемых запасов
№ |
Определяющие |
Определяющие факторы и виды ТИЗ |
|||
п/п |
признаки объектов ТИЗ |
||||
|
|
|
|||
1 |
Аномальные нефти |
Вязкость нефти ≥ 30 сПз |
|
||
|
|
Газовый фактор ≥ 200 м3/т |
|
||
|
|
Повышенное содержание Н2S и CO2 |
|||
2 |
Неблагоприятные |
Проницаемость < 0,05 мкм2 |
|
||
|
коллекторы |
|
|
|
|
|
Начальная |
нефтенасыщенность |
< 55 %, |
||
|
|
глинистость > 2 % |
|
||
|
|
Два и более типов коллекторов с порис- |
|||
|
|
тостью и проницаемостью, различаю- |
|||
|
|
щихся на два порядка |
|
||
|
|
Прерывистые (коэффициент расчленен- |
|||
|
|
ности < 0,6) и расчлененные (коэффици- |
|||
|
|
ент расчлененности > 3) |
|
||
|
|
Терригенные пласты с нефтенасыщенной |
|||
|
|
толщиной < 2 м, карбонатные < 4 м |
|||
3 |
Наличие контактных зон |
Нефть – вода, нефтенасыщенная толщина |
|||
|
|
< 3 м |
|
|
|
|
|
Нефть – газ (отношение толщин газона- |
|||
|
|
сыщенной |
и нефтенасыщенной |
части |
|
|
|
пласта ≥ 3) |
|
|
6
elib.pstu.ru
|
|
Окончание табл. 1.1 |
|
|
|
|
|
№ |
Определяющие |
Определяющие факторы и виды ТИЗ |
|
п/п |
признаки объектов ТИЗ |
||
|
|||
4 |
Наличие условий, |
Глубина ≥ 4000 м |
|
|
осложняющих бурение |
Пластовая температура > 100 °C и < 30 °C |
|
|
скважин и добычу нефти |
|
|
|
Аномально высокое (Кан = 1,7) и ано- |
||
|
|
мально низкое (Кан = 0,7) пластовое дав- |
|
|
|
ление |
|
5 |
Техногенные |
Остаточные запасы нефти при достиже- |
|
|
|
нии выработки начальных извлекаемых |
|
|
|
запасов нефти 65–75 % и обводненность |
|
|
|
продукции 75–80 % |
Высоковязкие нефти занимают 9 % в общей структуре запасов России и 14 % среди трудноизвлекаемых запасов. Различные способы теплового воздействия на пласт с целью уменьшения вязкости нефти отличаются высокой капиталоемкостью. Газовый фактор ≥ 200 м3/т осложняет добычу и требует повышенных затрат на обустройство промыслов. Повышенное содержание Н2S и CO2 также осложняет добычу, требует специальных мер безопасности и дорогостоящего антикоррозионного оборудования.
Залежи в пластах с проницаемостью < 0,05 мкм2 составляют 65 % среди трудноизвлекаемых запасов. Разработка этих залежей требует значительно (более чем в два раза) более плотных сеток скважин, чем для залежей с активными запасами.
Залежи в пластах с начальной нефтенасыщенностью < 55 %, глинистостью > 2 % также требуют более плотной сетки скважин
иприменения методов вытеснения, отличающихся повышенной сложностью технологий.
Залежи в двух или более типах коллекторов с пористостью
ипроницаемостью, различающихся на два порядка, требуют тщательной изоляции в скважинах проницаемых пластов от слабопроницаемых. То же относится к пластам прерывистым и расчлененным, а также к малотолщинным пластам, запасы которых достига-
7
elib.pstu.ru
ют 5 %. В этот же раздел можно отнести и залежи в трещинных карбонатных коллекторах, отличающихся повышенной неоднородностью коллекторских свойств.
Залежи контактных зон, в том числе подгазовые залежи, занимают значительное место в некоторых регионах (например, в Западной Сибири их запасы достигают 16 %), но не имеют эффективной технологии разработки.
При больших глубинах залегания продуктивных пластов увеличиваются затраты на бурение и эксплуатацию скважин. В пластах
снизкими температурами нефти ухудшаются условия притока ее
кскважинам, эксплуатация которых может осложняться образованием органических или неорганических осадков на скважинном оборудовании. Эксплуатация месторождений с аномально высокими давлениями требует усиленного устьевого оборудования. В условиях низких пластовых давлений увеличиваются энергетические затраты при эксплуатации скважин.
Техногенные остаточные запасы, доля которых в недрах неуклонно возрастает, часто требуют для извлечения применения сложных в технологическом отношении физико-химических методов добычи.
8
elib.pstu.ru
2. РЕЗУЛЬТАТЫ ПРОМЫСЛОВЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ПО ИЗМЕНЕНИЮ ПРОДУКТИВНОСТИ СКВАЖИН
2.1. Факторы, влияющие на продуктивность добывающих скважин
Теоретические и экспериментальные исследования в области восстановления и сохранения фильтрационных характеристик нефтяного пласта показывают, что факторы, вызывающие ухудшение этих характеристик, можно условно разделить на две группы: естественные (природные) и искуственные.
К естественным относятся факторы, проявление которых обусловлено самим процессом извлечения нефти из пласта при изменении термодинамических и других условий. Например, уменьшение нефтепроницаемости призабойных зон пластов (ПЗП) происходит за счет увеличения газонасыщенности, водонасыщенности и гидрофилизации породы, а также роста капиллярных сил в процессе естественного обводнения пласта; в результате образования органических и неорганических отложений и др. Искусственные факторы имеют техногенный характер и обусловлены загрязнением пустотного пространства при первичном вскрытии продуктивного пласта, цементировании, перфорации, освоении и ремонте скважин, а также при их нерациональной эксплуатации.
Одной из причин ухудшения продуктивной характеристики скважин является образование в призабойной зоне пласта так называемой «водяной блокады». На поздних стадиях разработки в призабойную зону вместе с нефтью поступает пластовая и закачиваемая с поверхности вода. Вблизи скважин в пласте формируются зоны с высокой водонасыщенностью и образованием на поверхности горных пород пленки рыхлосвязанной воды, существенно снижающей объем эффективного порового пространства. Фильтрационные каналы частично или полностью блокируются, что ограничивает поступление нефти в скважину. В первую очередь это характерно для низкопроницаемых гидрофильных пород, в которых с ростом
9
elib.pstu.ru
водонасыщенности проницаемость призабойной зоны для воды растет, а для нефти снижается в силу капиллярных явлений и определенного характера смачиваемости стенок фильтрационных каналов.
Решением проблемы интенсификации притока нефти к добывающим скважинам и увеличения их продуктивности является удаление воды из призабойных зон продуктивного пласта. Рассматриваемая задача большей частью решается путем гидрофобизации пород ПЗП, которая заключается в обеспечении особых физико-хими- ческих условий на границах раздела фаз, при которых вода в горной породе ПЗП вытесняется нефтью из мелких пор в более крупные, из которых естественным образом удаляется.
Появление воды в продукции нефтедобывающих скважин может привести к образованию водонефтяных эмульсий. Глобулы воды в нефти быстро стабилизируются содержащимися в ней поверх- ностно-активными соединениями и механическими примесями (частицы глины, песка, продуктов коррозии стали, сульфида железа), а затем дополнительно диспергируются. Образующиеся водонефтяные эмульсии характеризуются высокой вязкостью. Установлено, что наиболее стойкие эмульсии образуются при обводненности продукции 35–75 %. Кроме того, обводненение нефти может вызвать более интенсивное образование асфальтеносмолопарафиновых отложений (АСПО). Эти высокомолекулярные органические соединения, образуясь в зоне продуктивного пласта, приводят к закупорке поровых каналов.
Установлено, что основным фактором, способствующим образованию высокомолекулярных органических отложений в призабойных зонах пласта и в скважинах, является изменение термо-
игидродинамических условий при движении флюида из пласта
кзабоям скважин и при подъеме жидкости и газожидкостных сме-
сей в скважинах, в частности снижение температуры, давления и разгазирование потока.
При фильтрации полярных и парафинистых нефтей в пористых средах может происходить интенсивное затухание фильтрации. Снижение температуры горых пород в ПЗП ниже температуры на-
10
elib.pstu.ru