и в присутствии ионно-модифицированной воды

Открытое акционерное общество
«Зарубежнефть», Россия
Интеграция методов
увеличения нефтеотдачи
для повышения их
эффективности
Советник Генерального директора
доктор технических наук А.А. Боксерман,
П.А. Гришин*, А.В. Исаева, А.А. Цуканов
В последние 20 лет в Мире все более приоритетным
направлением воспроизводства сырьевой базы нефтедобычи
становится прирост запасов за счет развития и промышленного
применения современных методов увеличения нефтеотдачи (МУН) –
тепловых, газовых, химических, микробиологических.
Развитие этого направления к настоящему моменту обеспечило
увеличение мировых доказанных извлекаемых запасов в 1,4 раза.
По мере ухудшения структуры запасов и роста доли
трудноизвлекаемых и истощенных запасов все более перспективным
направлением модернизации нефтедобычи становится интеграция
МУН, которая обеспечивает синергетический эффект от комплексного
воздействия на продуктивный пласт и, как следствие, более высокий
коэффициент извлечения нефти.
Принципиальная особенность интегрированных методов
увеличения нефтеотдачи заключается в том, что организация
взаимодействия технологических и природных факторов подчинено
главной цели – обеспечению максимально коротких и быстрых путей
вытеснения нефти.
ОАО «Зарубежнефть»: интегрированные методы увеличения нефтеотдачи пластов
2
Указанное направление развивается и в нашей стране. В
качестве примера в данном докладе будет сообщено об
интегрированных технологиях на основе:

сочетания заводнения с химическим воздействием;
•
Вытеснение нефти водными растворами ПАВ
•
Вытеснение нефти растворами полимеров
•
Вытеснение нефти щелочными растворами
•
Вытеснение нефти композициями химических реагентов
•
Микробиологическое воздействие

сочетания теплового и газового воздействия.
Успешное развитие интегрированных МУН может обеспечить
значительный прирост не только трудноизвлекаемых запасов, но и
значительных ресурсов в нефтематеринских керогеносодержащих
породах Баженовской свиты.
ОАО «Зарубежнефть»: интегрированные методы увеличения нефтеотдачи пластов
3
ПРИНЦИПИАЛЬНЫЕ ОСОБЕННОСТИ ИНТЕГРАЦИИ
ЗАВОДНЕНИЯ И ХИМИЧЕСКОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ
 Сочетание горизонтального и вертикального извлечения нефти, его оптимизация
на основе геологического строения эксплуатационного объекта, характеристики
его фильтрационной неоднородности.
 Система разработки месторождения должна предусматривать возможность
вытеснения нефти на одних участках в основном в горизонтальном направлении,
а на других - в вертикальном.
 Интеграция с третичными МУН для обеспечения синергетического эффекта.
 Формирование системы размещения горизонтальных и вертикальных скважин,
которая с учетом геолого-фильтрационных особенностей месторождения должна
обеспечить оптимизацию сочетания горизонтального и вертикального
вытеснения нефти.
 Использование горизонтальных скважин и боковых горизонтальных стволов в
стратегических целях усиления вертикальной составляющей вытеснения нефти.
 Использование «суперколлекторов» в качестве естественных горизонтальных
скважин.
 Использование колебания пластового давления для интенсификации сочетания
вертикального и горизонтального вытеснения нефти.
ОАО «Зарубежнефть»: интегрированные методы увеличения нефтеотдачи пластов
4
 Обеспечение адресности закачки химических агентов путем органической
интеграции режимов целенаправленного изменения пластового давления с
режимом и типом закачиваемого агента в скважины
 Создание специального режима закачки и отбора для организации вертикальных
потоков через малопроницаемые перемычки в неоднородных пластах.
 Создание специального режима закачки и отбора для максимально быстрого и
короткого извлечения нефти из малопроницаемых слоев в высокопроницаемые на
основе сочетания вертикального и горизонтального извлечения нефти.
 Создание специальных режимов образования адресной искусственной межслойной
трещиноватости для усиления вертикальной составляющей вытеснения нефти.
 Использование потенциала упругой энергии пласта для усиления вертикальной
составляющей вытеснения нефти.
 Организация взаимодействия природных и привнесенных факторов для
формирования системы разработки, обеспечивающей максимально короткие и
быстрые пути извлечения нефти.
 Организация вертикальных перетоков в слоисто-неоднородном пласте через
малопроницаемые перемычки на основе специального режима нестационарного
воздействия.
ОАО «Зарубежнефть»: интегрированные методы увеличения нефтеотдачи пластов
5
Адресное воздействие на основе сочетания
циклического воздействия и закачки
химических реагентов
(a)
+
a)
b)
(b)
фаза снижения пластового давления – закачка агентов, повышающих
сопротивление (полимеры, гели, осадкообразующие агенты и пр.);
фаза повышения пластового давления – закачка агентов, снижающих
сопротивление (ПАВ, различные кислоты, гидрофобизаторы и пр.).
Обеспечение адресности закачки химических агентов путем органической
интеграции режимов целенаправленного изменения пластового давления с
режимом и типом закачиваемого агента в скважины (повышающего и снижающего
сопротивление).
ОАО «Зарубежнефть»: интегрированные методы увеличения нефтеотдачи пластов
6
Организация специального режима
нестационарного воздействия с целью
усиления вертикального вытеснения нефти
в слоисто-неоднородных коллекторах.
Перетоки могут происходить
при толщинах глинистых
перемычек – до 4-5 м с
проницаемостью
около
0,01*10-3 кмк2
(а) – фаза повышения
пластового давления.
(б) – фаза снижения
пластового давления.
(а)
(б)
В результате периодически изменяющихся перепадов давления между пластами с
различной проницаемостью реализуется интенсивный обмен жидкостями между ними,
в конечном итоге приводящий к повышению эффективности выработки пластов.
ОАО «Зарубежнефть»: интегрированные методы увеличения нефтеотдачи пластов
7
Использование «суперколлекторов» в качестве
естественных горизонтальных скважин
Гидродинамическая сообщаемость
суперколлектора с окружающими
низкопроницаемыми
слоями
позволяет осуществить замену
неэффективного
«горизонтального»
процесса
вытеснения
нефти
на
вертикальный или его сочетание с
горизонтальным.
Суперколлектора, находящиеся в нижних частях эксплуатационного
объекта, при заводнении могут использоваться в качестве естественных
горизонтальных нагнетательных скважин, а суперколлектора верхней части
объекта – в качестве добывающих скважин.
ОАО «Зарубежнефть»: интегрированные методы увеличения нефтеотдачи пластов
8
Промысловые испытания
интегрированных методов в России
За последние 10 лет были проведены промысловые испытания
интегрированных
МУН
на
Ермаковском,
Самотлорском,
Красноленинском (Западная Сибирь) и других месторождениях.
Применение новых интегрированных методов сопровождается
высокой технологической эффективностью: увеличение добычи
нефти и нефтеотдачи от 10-15% до кратного.
ОАО «Зарубежнефть»: интегрированные методы увеличения нефтеотдачи пластов
9
Ермаковское месторождение (Западная Сибирь)
Специфика объекта:
• Послойная
и
зональная
литологическая
неоднородность,
определяющая изменчивость свойств
коллекторов
(преобладание
прерывистых и сильно прерывистых
коллекторов);
• Фильтрационная
неоднородность
(коэффициент вариации проницаемости
150%, тогда как на Самотлорском
месторождении 90-100%);
• Изначально
высокая
водонасыщенность, обуславливающая
на ранней стадии двухфазный поток
жидкости;
• Низкая нефтеотдача при высокой
обводненности продукции (КИН до
применения
ИМУН
– 13%),
как
следствие этого – низкий охват
вытеснением.
Опытный участок: 142 скважины.
ОАО «Зарубежнефть»: интегрированные методы увеличения нефтеотдачи пластов
10
Ермаковское месторождение.
Пласты АВ13+АВ21. 142 скв. для УЦВ, T = 30 сут.
80000
75000
1999
2000
2001
УЦВ
УЦВ
70000
Добыча нефти, тонн
65000
60000
1998
55000
50000
45000
DQ н
= 257,3 т.т.
40000
35000
30000
25000
УЦВ
20000
Базовая добыча нефти
Фактическая добыча нефти
ИТНАВ – интегрированная технология направленного адресного воздействия
УЦВ – упруго-циклическое воздействие
ОАО «Зарубежнефть»: интегрированные методы увеличения нефтеотдачи пластов
11
Самотлорское месторождение
Опытный участок: 24 добывающих и 8 нагнетательных скважин.
Относительная особенность опытных работ заключалась в том, что в
нагнетательные скважины закачивалась полимерная суспензия,
сохраняющая свои изоляционные свойства в течение 20-25 дней, т.е. в
течение половины продолжительности цикла.
Технологические результаты испытаний:
•
•
•
Обводненность: снижение на 8 - 10%.
Дебит нефти: увеличение в 1,5 - 2 раза.
Дополнительная добыча нефти: более 8 тыс. тонн
(~20% прогнозной добычи).
ОАО «Зарубежнефть»: интегрированные методы увеличения нефтеотдачи пластов
12
Ем-Еговская площадь Красноленинского свода,
карбонатная залежь абалакской свиты ЮК-1.
Использование
традиционной
технологии
неэффективным. Закачиваемая вода быстро
прорвалась в ближайшие добывающие скважины.
заводнения
оказалось
(через несколько дней)
Технологические результаты испытаний:
• Пластовое давление: увеличение более чем на 50 атм.
• Дебит нефти: увеличение в 1,3-1,5 раза.
• Дополнительная добыча нефти: около 19 тыс. тонн
нефти.
• При этом не наблюдалось повышение обводненности
продукции.
ОАО «Зарубежнефть»: интегрированные методы увеличения нефтеотдачи пластов
13
Результаты промысловых испытаний
интегрированных МУН на месторождениях
Западной Сибири за период 1999-2011 гг.
Дополнительная
добыча нефти, тыс. т
Доп.добыча нефти
на 1 скв./опер., т
Месторождение
Пласт
Период
Покамасовское
(ОАО «С-МНГ»)
ЮВ1
1 900
Самотлорское
АВ1,2,3
19992006
20072011
1 470
6 121,6
Тюменское
ЮВ1,
БВ10,11
20072011
760
11 873,4
20052006
2006
21
Муравленковское
БС
6,8,10,11,12
БС11
93
926
Мегионское
А1-2
2005-06
10
161,4
Аганское
Б8
2005-06
18
1 183,0
Ватинское
Северо-Покурское
А1-2
А1-2
AB1-3 +
AB2-1
2005-06
2005
19992001
33
7
2 190,9
250,0
257
1 548,1
(ОАО «ТНК-ННГ»)
(ОАО «ТНК-ННГ»)
Месторождения
ОАО «ЮНГ»
Ермаковское
ИТОГО:
≈ 4 600
ОАО «Зарубежнефть»: интегрированные методы увеличения нефтеотдачи пластов
14
ОАО «Зарубежнефть»: интегрированные методы увеличения нефтеотдачи пластов
15
Технология закачки ионно-модифицированной
воды




Использование ионно-модифицированной воды
Основная решаемая задача – увеличение коэффициента
извлечения нефти за счет изменения поверхностных свойств
пород коллектора, в том числе – смачиваемости.
Технология позволяет существенно увеличить коэффициент
вытеснения нефти, а также увеличить охват.
Эффект достигается за счет изменения ионного состава на
поверхности породы коллектора, что приводит к
повышению смачиваемости, изменению капиллярных
кривых и относительных фазовых проницаемостей.
Высокая пластовая температура является положительным
фактором.
ОАО «Зарубежнефть»: интегрированные методы увеличения нефтеотдачи пластов
16
(А)
(Б)
Взаимодействие породы и нефти в присутствии пластовой воды
(А) и в присутствии ионно-модифицированной воды (Б):
В первом случае (А) положительно заряженые ионы Ca2+,
адсорбированные на поверхности породы, способствуют
притяжению отрицательно заряженной нефти к породе
(гидрофобный характер смачиваемости).
Во втором (Б) – поверхность породы заряжается отрицательно за
счет преимущественного присутствия на поверхностном слое
ионов SO42-, что приводит к отталкиванию одноименно
заряженных породы и комплексов нефти (гидрофильный
характер смачиваемости).
Механизм изменения зарядов на поверхности карбонатной породы:
При добавлении активных ионов происходит отрыв
молекул нефти от поверхности породы.
Наибольшую роль в процессе изменения зарядового
состава на поверхности карбонатного коллектора
играют концентрации свободных ионов: Ca2+, Mg2+,
SO42- (ангидрит), CO32-.
ОАО «Зарубежнефть»: интегрированные методы увеличения нефтеотдачи пластов
17
Механизм изменения зарядов на поверхности
карбонатной породы:
(a)
(b)
(c)
(a) – Механизм изменения смачиваемости (в присутствии слоя неактивных NaCl).
(b) – В присутствии обычной морской воды с естественной минерализацией.
(c) – Морская вода с уменьшенной концентрацией соли NaCl – в этом случае ионы SO42- получают
эффективный доступ к поверхности породы коллектора.
ОАО «Зарубежнефть»: интегрированные методы увеличения нефтеотдачи пластов
18
Результат лабораторного определения КИН на керне в процессе капиллярной
пропитки нефтенасыщенного на 90 % экстремально низкопроницаемого (0.1-1
мД) образца (гидрофобный)
КРАСНАЯ кривая – пластовая вода,
СИНЯЯ кривая – ионно-модифицированная (морская) вода:
Применение ионномодифицированной воды
позволяет увеличить КИН
более чем в 4.5 раза – с
0.08 до 0.37!
ОАО «Зарубежнефть»: интегрированные методы увеличения нефтеотдачи пластов
19
Результат лабораторного определения КИН на керне (известняк) в процессе
вытеснения нефти водой:
КРАСНЫМ – показан этап закачки пластовой воды,
СИНИМ – этап закачки морской воды,
ЗЕЛЕНЫМ – этап закачки ионно-модифицированной воды (морской воды с
уменьшенной до 0 концентрацией NaCl).
Как видно из графика применение ионно-модифицированной воды позволяет
существенно увеличить КИН (с 0.22 до 0.33).
ОАО «Зарубежнефть»: интегрированные методы увеличения нефтеотдачи пластов
20
Пример промыслового использования данной технологии –
месторождение Экофиск (Северное море).
Карбонаты, сильно трещиноватый
коллектор, температура 130 C°,
проницаемость матрицы до 2 мД.
Верхний горизонт имеет
смачиваемость от смешанной до
гидрофобной.
Прогнозные дебиты нефти
Красным цветом конечный КИН = 0.18 с помощью первичных методов.
Синим цветом КИН = 0.46 с помощью применения технологии закачки ионномодифицированной воды (смеси морской и пластовой воды с добавлением
незначительного количества дополнительных солей).
ОАО «Зарубежнефть»: интегрированные методы увеличения нефтеотдачи пластов
21
Термогазовый метод повышения нефтеотдачи
(ТГВ). Принципиальные особенности
 Закачка воздуха и его трансформация в эффективные
вытесняющие агенты (углекислый газ, легкие углеводороды) за счет
внутрипластовых окислительных и термодинамических процессов;
 Использование природной энергетики пласта – повышенной
пластовой температуры для самопроизвольного инициирования
внутрипластовых окислительных процессов и формирования
высокоэффективного вытесняющего агента. Наличие катализаторов в
пласте (CuO, MnO2, Cr2O3, NiO, CoO и др.) приводит к снижению
температуры
инициации
самопроизвольных
окислительных
процессов;
 Широкая доступность и низкая стоимость базовых закачиваемых
агентов – воздуха и воды;

Полная внутрипластовая утилизация кислорода.
ОАО «Зарубежнефть»: интегрированные методы увеличения нефтеотдачи пластов
22
Применение ТГВ для разработки
месторождений с высоковязкой нефтью
При разработке глубокозалегающих залежей высоковязкой нефти
закачка пара с поверхности через нагнетательные скважины может быть
низкоэффективной вследствие превращения пара в воду при
прохождении по колонне труб от устья нагнетательной скважины до
забоя, а при отдалении фронта вытеснения от нагнетательной скважины
использование пара в качестве вытесняющего агента становится
невозможным.
Поэтому для месторождений, содержащих высоковязкие нефти,
предлагается реализация метода ТГВ, основанного на внутрипластовой
генерации пара посредством закачки водовоздушной смеси и реализации
процесса внутрипластового горения. В результате обеспечивается
генерация пара в пластовых условиях на фронте горения. Данный метод
запатентован ОАО «Зарубежнефть».
ОАО «Зарубежнефть»: интегрированные методы увеличения нефтеотдачи пластов
23
Внутрипластовая генерация пара
на основе термогазового воздействия
Принципиальные особенности предлагаемого способа разработки

в нагнетательные скважины предварительно закачивают теплоноситель для
прогрева пласта до температуры не ниже 65°С в окрестности скважины радиусом 5 20 м;

закачка водовоздушной смеси;

водовоздушное отношение закачиваемой смеси определяют из соотношения:
В – водовоздушное отношения закачиваемых
компонентов в продуктивный пласт;
B
rк
3850Св Т н  Т зак   rп x 
Cв – удельная теплоемкость воды, при
температуре Тзак≤Т<Тн;
rn – теплота парообразования;
rK – выделение тепла при сгорании одного
килограмма кислорода;
x – сухость пара;
Tн – температура насыщенного пара;
Тзак – температура закачиваемой воды
ОАО «Зарубежнефть»: интегрированные методы увеличения нефтеотдачи пластов
24
Нейтрализация влияния глин на основе
термогазового воздействия
Для коллекторов с высоким содержанием глинистого материала
термогазовое воздействие может быть использовано для нейтрализации
вредного влияния глин.
o
Лабораторные данные, полученные
в ОАО «Зарубежнефть», указывают
на
увеличение
проницаемости
глиносодержащих коллекторов с
увеличением температуры.
k(T)/k(T=100 C)
10
8
6
4
2
0
0
100
200
300
400
500
600
На
графике:
отношение
коэффициентов
проницаемости
глиносодержащего коллектора в
зависимости от температуры
Температура обжига, о С
ОАО «Зарубежнефть»: интегрированные методы увеличения нефтеотдачи пластов
25
Одна горизонтальная скважина работающая в циклическом режиме
ОАО «Зарубежнефть»: интегрированные методы увеличения нефтеотдачи пластов
26
ОАО «Зарубежнефть»: интегрированные методы увеличения нефтеотдачи пластов
27
ОАО «Зарубежнефть»: интегрированные методы увеличения нефтеотдачи пластов
28
Пара горизонтальных скважин, работающих в постоянном режиме. «Большая»
депрессия.
ОАО «Зарубежнефть»: интегрированные методы увеличения нефтеотдачи пластов
29
Вертикальная нагнетательная скважина, горизонтальная добывающая. (THAI)
ОАО «Зарубежнефть»: интегрированные методы увеличения нефтеотдачи пластов
30
Пара горизонтальных скважин, работающих в постоянном режиме. «Малая»
депрессия.
ОАО «Зарубежнефть»: интегрированные методы увеличения нефтеотдачи пластов
31
БЛАГОДАРЮ ЗА ВНИМАНИЕ!
Схема механизма термогазового
воздействия на породы Баженовской свиты
ОАО «Зарубежнефть»: интегрированные методы увеличения нефтеотдачи пластов
33
Термогазовое воздействие (ТГВ)
уровень пластовой температуры
Характерные зоны при термогазовом воздействии
34
Схема механизма термогазового
воздействия на породы Баженовской свиты
ОАО «Зарубежнефть»: интегрированные методы увеличения нефтеотдачи пластов
35
Результаты внедрения
471
537
1048
1057
580
625
9
659
1091
1469
2501
1502
8П
1099
1504
2416
2506
746
710
2421
745
786
1137
1138
1139
1489
1488
828
865
1484
первая группа попеременно
работающих скважин
вторая группа попеременно
работающих скважин
скважины для ВВП
ОАО «Зарубежнефть»: интегрированные методы увеличения нефтеотдачи пластов
36