2.5.6 Методи підвищення нафтовіддачі і газовіддачі пластів

Застосування штучних методів дії на пласти (законтурне і внутрішньоконтурне заводнення, нагнітання в пласт газу або повітря) дозволяє відновити пластову енергію, яка витрачається в процесі розробки нафтових покладів. При цьому значно зменшуються терміни розробки покладів внаслідок інтенсивнішого темпу відбору нафти і в якійсь мірі підвищується ступінь використання геологічних запасів нафти, що містяться в надрах. Але треба враховувати, що кінцева нафтовіддача пластів за будь-яких відомих методів дії на них, навіть у лабораторних умовах, зрідка перевищує 70...80 %. У надрах завжди залишається значна кількість нафти, яка утримується в порах пласта капілярними силами, або ж перебуває в зонах пласта, не зазнаючи дії рушійних сил. Чим більша в’язкість пластової нафти і чим менші канали пор, тим сильніше проявляються утримуючі нафту капілярні сили і тим більше в надрах залишається нафти. У сучасних умовах, при проектуванні процесу розробки нафтових покладів, коефіцієнт кінцевої нафтовіддачі пластів навіть в умовах застосування методів підтримування пластового тиску, у більшості випадків беруть у межах 50...60 %.

Тому останнім часом значно посилені роботи пошуку шляхів підвищення кінцевої нафтовіддачі пластів. Відомо декілька методів витіснення нафти з пластів, які забезпечують підвищення їх сумарної нафтовіддачі.

Нагнітання в пласт води, обробленої ПАР. Поверхнево активні речовини (ПАР) застосовують у багатьох галузях промисловості, як миючі і утворюючі піну засоби, які знижують поверхневий натяг на рідкій або твердій поверхні розділення фаз, внаслідок позитивної адсорбції цих речовин на поверхні розділення.

Концентрація ПАР у поверхневому шарі в десятки тисяч разів перевищує концентрацію його в об’ємі розчину. Завдяки цьому, процесами, що відбуваються в поверхневих шарах, можна керувати за досить малих концентрацій ПАР у розчині. Так, концентрація деяких ПАР у воді при заводненні пластів не перевищує 0,05 %. При нагнітанні в пласт води з додаванням ПАР в нафтовому колекторі змінюються поверхнево-молекулярні властивості полімінерального середовища – різко знижується поверхневий натяг на границі нафти з водою, або ж на границі нафти з породою. Значне зниження поверхневого натягу на границі розділення фаз – одна з причин повнішого витіснення нафти з пористого середовища розчинами ПАР, які сприяють дробленню глобул нафти, охоплених водою, знижують необхідний перепад тиску для фільтрації рідин у пористому середовищі і поліпшують миючі властивості води.

Витіснення нафти загущеною водою. Витіснення нафти з неоднорідного колектора може бути ефективним, якщо застосовувати воду підвищеної в’язкості. При цьому створюються умови для рівномірного просування водо-нафтового контакту і підвищення кінцевої нафтовіддачі пласта. Для загущення води застосовують різні водорозчинні полімери, з яких найкращі результати отримали після використання гідролізованого поліакриламіду (ПАА). Цей полімер відносно добре розчиняється у воді і за невеликих концентрацій його у воді утворюються в’язкі розчини. При практичному здійсненні процесу витіснення нафти раціонально закачувати на першій стадії невелику кількість загущеної води для створення в пласті облямівки. Далі треба закачувати звичайну воду, яка проштовхує облямівку вглиб пласта. Робочим агентом підвищеної в’язкості можуть служити піни, приготовані на аерованій воді з додаванням 0,2...1,0 % утворюючих піну речовин. В’язкість піни в 5...10 разів більша в’язкості води. Облямівка з піни проштовхується в глиб пласта водою.

Нагнітання в пласт вуглекислоти. Для підвищення нафтовіддачі вуглекислий газ нагнітається в пласт у зрідженому вигляді, і проштовхується далі карбонізуючою водою. Отримано ефект також при витісненні нафти водними розчинами вуглекислоти, що супроводжується зменшенням в’язкості нафти, зростанням її об’єму, зниженням поверхневого натягу на границі з водою.

Нагнітання в пласт теплоносія. Теплоносієм для нагнітання в пласт, зазвичай, служить гаряча вода і водяна пара. Інтенсифікація видобутку нафти і підвищення нафтовіддачі пластів при нагнітанні теплоносіїв досягається через зниження в’язкості нафти і теплового розширення пластової нафти.

Для раціонального використання тепла ученими, на основі теоретичних і лабораторних досліджень, запропонована така схема процесу нагнітання в пласт теплоносія. Спочатку в пласт протягом певного часу нагнітають гарячий агент. Після утворення в пласті нагрітої зони значних розмірів, припиняють нагнітати гарячий агент і починають нагнітати холодний. При проникненні до нагрітої зони холодний агент нагрівається (тобто перетворюється на теплоносій) і під час дальшого руху прогріває віддалені ділянки пласта.

Пористе середовище (порода-колектор) діє як теплообмінник з великою поверхнею теплообміну. У міру охолодження нагрітої ділянки пласта деяка частина тепла поступово повертається назад у пласт.

Таким чином, тепло, акумульоване в пласті (а також частково в породах, які оточують його), реалізується для нагрівання робочого агента в умовах пластів.

Імпульсно-хвильова дія на пласт. Однією із ефективних, дешевих і екологічно чистих технологій з інтенсифікації видобування нафти є технологія очищення привибійної зони пласта (ПЗП) від кольматуючих речовин шляхом дії на пласт пружними коливаннями. При проходженні пружної хвилі через порове середовище пласта відбуваються такі фізичні явища:

– зростає температура пластового середовища (термоакустичний ефект);

– у пласті створюються високі знакозмінні градієнти тиску.

Вказані фізичні явища приводять до послаблення та розриву зв’язків між частинками кольматуючих речовин, що дозволяє ефективно очищати пласт від кольматанту при створенні депресії. Для декольматації пластів застосовуються генератори як неперервної, так і імпульсної дії. Застосування генераторів імпульсної дії (генераторів гідравлічних імпульсів тиску) є ефективнішим, у зв’язку із можливістю накопичувати більшу енергію в імпульсі, і регулювати в широких межах характеристики пружної хвилі, створюваної гідравлічним імпульсом тиску.

Після імпульсно-хвильової дії створюється оптимальна, для конкретних геолого-технічних умов, депресія на пласт.

За допомогою струминного насоса проводиться пошук оптимального значення депресії, за якого кількість кольматуючих речовин у пробах рідини, що беруться на викиді циркуляційної системи через рівні проміжки часу, буде мінімальною, а приплив рідини із пласта буде стабільним.

В ІФНТУНГ розроблені і випробувані в промислових умовах глибинні генератори пружних коливань як неперервної, так і імпульсної дії з діапазоном частот від 0,1 Гц до 40 кГц і акустичною інтенсивністю до 10 Вт/см², які успішно застосовують на нафтових родовищах України.

Внутрішньопластове горіння. При цьому методі після запалення тим або іншим способом нафти у вибою запальної (нагнітальної) свердловини, в пласті створюється рухоме вогнище горіння за рахунок постійного нагнітання з поверхні повітря, або суміші повітря з природним газом. Пари нафти, які утворюються попереду фронту горіння, а також нагріта нафта, із зниженою в’язкістю, рухаються до експлуатаційних свердловин і піднімаються на поверхню.

Витіснення нафти з пласта розчинниками. Часткове, або повне, усунення негативного впливу на нафтовіддачу молекулярно-поверхневих сил може бути досягнуте шляхом створення в пласті умов, при яких нафта, яка витісняється, повністю змішувалася б з розчинником, (газом) без утворення границі розділення між ними. Це можливо тільки за умови, якщо вони взаємно розчинні і утворюють однофазну систему.

Підвищення газовіддачі газових пластів досягається завдякирежимним заходам режимних заходів, і перш за все своєчасній ізоляції води, яка прорвалася в окремих прошарках. Крім того, підвищення газовіддачі може бути досягнуте шляхом доведення тиску пласта до мінімально можливого (відбір газу зі свердловин під вакуумом).

Підвищення віддачі конденсату в газоконденсатних покладах може бути досягнуте шляхом підтримування пластового тиску нагнітанням сухого газу в пласт.

Аналіз і критична оцінка форсованої розробки нафтогазових родовищ. За даними Інституту нафти Української Академії наук інтенсивне нафтовилучення призвело до катастрофічного зниження об’ємів видобутої нафти і поступовому скороченню свердловинного фонду України. Форсований видобуток нафти з однієї свердловини, шляхом руйнування низьким тиском породи привибійних зон, і нагнітання в інші свердловини холодної прісної води призводило до того, що пласт з нафтою залишався невиробленим, а привибійні зони виявлялися заводненими і охолодженими. Тому нафта в таку свердловину крізь заводнену зону не могла протікати. Очевидно, що тепер необхідно ремонтувати стовбури таких свердловин і реанімувати вибої та привибійні зони. Проте, не кожна з раніше пробурених свердловин може виявитися продуктивною.

Понад те, все глобальнішою стає проблема браку прісної води. Фахівці Міжнародного інституту управління водними ресурсами вважають, що прісна вода може закінчитися на Землі вже через 25 років. Вода стає не просто життєвою необхідністю, але однією з основних проблем людства, тому необхідно навчитися економити воду. Інакше, вже у найближчі роки, вода може перетворитися на найважливіший стратегічний ресурс, який будуть продавати за ціною, вищою вартості нафти.

Щодо інших технологій видобутку нафти, також необхідно бути обережними, добре вивчити і випробувати, а вже потім впроваджувати їх у промисловість. Так, впроваджені теплові методи нафтовилучення шляхом нагнітання у свердловину високотемпературної пари, призводили до різкого лінійного видовження НКТ, труби вилізали із свердловин, руйнуючи арматуру, свердловину, загрожуючи безпеці персоналу.

Метод внутрішньопластового горіння призводив до того, що нафта в пласті вслід за фронтом горіння рухалася не до видобувної свердловини, а до фронту горіння. Результати застосування такого методу були негативними, повністю припинявся нафтовидобуток з раніше продуктивних свердловин, що завдало непоправної шкоди галузі.

Спроби використання енергії підземного ядерного вибуху для підвищення нафтовіддачі родовищ також дали невтішні результати.

Негативний досвід був отриманий від використання методу зараження сировини в надрах різними видами бактерій. І таких прикладів можна було б навести багато.

З огляду на наведені приклади і на оцінювання потенційних своїх ресурсів, незважаючи на їх важко-видобувну природу, Україна має змогу принаймні вдвічі збільшити видобуток, але за умови використання сучасної, рентабельної, новітньої техніки і технології.