На правах рукописи

БАКРАЕВ МУБАРИК МОВЛАЕВИЧ

РАЗРАБОТКА СОВМЕЩЕННОЙ ТЕХНОЛОГИИ ПОВЫШЕНИЯ НЕФТЕОТДАЧИ ПЛАСТА И СОЗДАНИЯ ПОДЗЕМНОГО ХРАНИЛИЩА ГАЗА

Специальность 25.00.17 - Разработка и эксплуатация

нефтяных и газовых месторождений

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Уфа - 2009

Работа выполнена в Грозненском государственном нефтяном

институте им. академика М.Д.Миллионщикова.

Научный руководитель кандидат технических наук, доцент

Дегтярев Николай Михайлович.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Токарев Михаил Андреевич;

кандидат технических наук

Васильев Владимир Ильич.

Ведущее предприятие: Центр химической механики нефти АН РБ.

Защита состоится л29 мая 2009 года в 15-30 на заседании совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 212.289.04 при Уфимском государственном нефтяном техническом университете по адресу: 450062, Уфа, ул. Космонавтов, 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Уфимского государственного нефтяного технического университета.

Автореферат разослан ___ ______________2009 года.

Ученый секретарь совета Ямалиев В.У.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы

Нефтеотдача пластов большинства месторождений редко достигает 50 % начальных запасов углеводородов, и рост объемов добычи в нашей стране и за рубежом ведет неизбежно к возрастанию остаточных балансовых запасов нефти.

В глубокозалегающих слабопроницаемых пластах, где эффективность заводнения часто оказывается недостаточной, требуется применение новых методов увеличения нефтеотдачи с использованием агентов, способных эффективно вытеснять нефть за счет более полного отмывания нефти из пустотных сред, способности проникать в плотные породы залежи и не вступать во взаимодействие с ними.

Наиболее известным в мировой и отечественной практике нефтедобычи методом в настоящее время является процесс вытеснения нефти из пластов углеводородными газами под высоким давлением.

Возрастающая роль в увеличении нефтеотдачи определяет необходимость углубления исследований механизма процесса вытеснения нефти газом под высоким давлением.

Предложенная и разработанная технология повышения нефтеотдачи пласта и создания подземного хранилища газа на выбранном промысловом объекте дает возможность оценить технологическую эффективность метода применительно к условиям месторождений Чеченской республики.

Цель работы. Разработка основных элементов совмещенной технологии повышения нефтеотдачи пластов газовыми методами и создания подземных хранилищ газа, выработка требований к объектам для применения предлагаемой технологии, выбор залежи в Чеченской республике для промышленного использования совмещенной технологии и технологическая оценка эффективности процесса.

Основные задачи исследований

1. Провести анализ результатов предшествующих теоретических и

экспериментальных исследований механизма перемешивания взаиморастворимых флюидов при их движении в пористой среде применительно к вытеснению нефти из терригенных коллекторов углеводородным газом под высоким давлением.

2. Разработать модель перемешивания и расчетную схему для определения размеров переходной вытесняющей зоны при радиальном характере потоков вытесняемого и нагнетаемого агентов.
3. Построить постоянно действующую модель изменения размеров переходной вытесняющей зоны при радиальном характере потока в зависимости от свойств фильтрующихся агентов.
4. Выработать основные требования к нефтяным месторождениям, которые могут быть объектами применения совмещенной технологии. На их основе выполнить промысловый анализ, выбрать залежь для первоочередного практического применения в Чеченской республике совмещенной технологии, определить главные технологические параметры разработки конкретного пласта предлагаемым способом.

Научная новизна результатов исследований заключается в следующих основных защищаемых положениях:

1. Установлена новая эмпирическая зависимость изменения зоны нефтегазовых смесей от радиуса распространения газа и соотношения вязкостей вытесняемого и нагнетаемого агентов.
2. Предложена и обоснована модель перемешивания взаиморастворимых флюидов при радиальном характере потока в однородной пористой среде и разработана новая расчетная схема определения размеров переходной вытесняющей зоны применительно к закачке в залежи углеводородных газов под высоким давлением.
3. Впервые в практике нефтедобычи нашей страны обоснован и выбран объект для использования предлагаемой технологии, включающей новую методику расчета укрупненных показателей добычи нефти и объема подземного хранилища газа.

Практическая ценность

Предложенная и разработанная совмещенная технология повышения нефтеотдачи пласта и создания подземного хранилища газа использована в ОАО Грознефтегаз при составлении проекта доразработки XXIII пласта месторождения Гойт-Корт Чеченской республики.

Разработанная методика определения размеров переходной вытесняющей зоны применительно к закачке в залежи газа под высоким давлением используется в учебном процессе Грозненского государственного нефтяного института при подготовке студентов по специальности 130503.

Апробация проблемы

Основные положения и результаты исследований по теме диссертационной работы докладывались на Всероссийской научно-практической конференции Наука, образование и производство, посвященной 85-летию Грозненского государственного нефтяного института им. акад. М.Д. Миллионщикова, Грозный, 2005 г., Всероссийской научно-технической конференции Современные проблемы экологии, Тула, 2007 г., обсуждались на научно-технических советах ОАО Грознефтегаз 2005- 2008 гг., Ученом совете геолого-промыслового факультета ГГНИ, г. Грозный, 2005-2008 гг.

Публикации

По теме диссертации опубликовано 10 печатных работ.

Автор выражает благодарность научному руководителю кандидату технических наук, доценту Н.М. Дегтяреву, сотрудникам кафедры Бурение, разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений за помощь и содействие в выполнении настоящей работы.

Структура и объем работы

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав и заключения, изложена на 139 страницах машинописного текста, включает 21 рисунок, 8 таблиц, библиографический список из 102 наименований.

Во введении обоснованы актуальность рассматриваемой в диссертации проблемы, научная новизна и практическая ценность работы.

В первой главе проведен анализ исследований взаимодействия смешивающихся агентов при их линейном движении в пористой среде.

Для добычи нефти из глубокозалегающих, слабопроницаемых пластов с малым запасом естественной энергии разработаны и применяются методы вытеснения нефти смешивающимися с ней агентами, в первую очередь газом под высоким давлением и жидкими углеводородными растворителями.

Существенный вклад в развитие теоретических и экспериментальных исследований внесли Артюхович В.К., Басниев К.С., Багов Р.А., Великовский А.С., Дегтярев Н.М., Кундин С.А., Кох Х., Забродин П.И., Закс С.Л., Пономарев А.И., Пияков Г.Н., Раковский Н.Л., Розенберг М.Д., Степанова Г.С., Слобод Р., Соколовский Э.В., Шейдеггер А.Э., Халиков Г.А., Ямалетдинова К.Ш. и др.

Главная особенность процессов вытеснения нефти из пласта газами под высоким давлением состоит в постепенном плавном изменении состава смесей в переходной зоне, границей газонефтяных смесей является сечение породы, насыщенное однофазным газоконденсатным раствором в критическом состоянии.

Можно различить два общих случая взаимодействия нефти и газа при образовании смешивающейся с ними переходной вытесняющей зоны: за счет преимущественного перехода в газ промежуточных компонентов нефти и за счет насыщения нефти промежуточными компонентами из газа.

Пластовая температура и состав нефти выбранного объекта в данном случае являются неизменными исходными параметрами.

По современным представлениям при образовании переходной вытесняющей зоны между нефтью и сжатым газом в пласте нет участка, на котором происходили бы подготовительные процессы обмена компонентами между вытесняемым и нагнетаемым агентами.

Образование переходной зоны начинается в области контакта нефти и газа и осуществляется постоянно в дальнейшем при линейном движении флюидов в пласте. За основу оценки явлений перемешивания смешивающихся агентов в пористой среде при линейном характере потока принят закон диффузии. Каждая газонефтяная смесь обладает индивидуальными особенностями, сложным составом, не позволяющими широко обобщать получаемые решения задач перемешивания.

Американскими исследователями для систем с отношением вязкостей, равным единице, предложены две основные теоретические концепции. Фон Розенберг применил для пористых сред теорию Тейлора, созданную для капилляров. Согласно этой теории, конфигурация фронта вытеснения зависит главным образом от молекулярной диффузии, действующей перпендикулярно направлению фильтрации потока.

Вторая теория, предложенная Шейдеггером, рассматривает вытеснение нефти растворителями как статистическую проблему. Им показано, что не существует общей удовлетворительной теории вытеснения с растворением.

Согласно обеим теориям, профили концентрации смешивающихся веществ в переходной зоне должны иметь S - образную конфигурацию, длина переходной зоны при линейном потоке пропорциональна корню квадратному из пройденного расстояния, по статистической теории второй случай - длина зоны смесей пропорциональна пройденному расстоянию, не зависит от скорости вытеснения.

Близко к инженерной практике и в плане, согласующемся с нашими исследованиями вытеснения нефти сжатыми газами, вопрос перемешивания взаиморастворимых жидкостей с различной вязкостью решался Желтовым Ю.П., принявшим в качестве основной гипотезы зависимость коэффициента перемешивания от градиента вязкости в зоне раствора.

При фильтрации взаиморастворимых жидкостей одной из причин нарушения нормального хода диффузионных процессов является неоднородность вязкости, поскольку смеси разных жидкостей с одинаковой вязкостью по этому показателю могут отличаться от исходных веществ.

абораторные опыты с использованием линейных моделей пласта различной длины позволили нам получить эмпирическую зависимость для определения размеров переходной зоны при вытеснении нефти газом под высоким давлением:

, (1)

где - длина переходной зоны, м;

L - длина линейной модели пласта, м;

о - отношение вязкости нефти к вязкости газа в пластовых условиях.

Полученная зависимость может также характеризовать механизм процесса в радиальном потоке, т.е. перемешивания флюидов, при их перемещении по линейным координатам осесимметричного движения.

Во второй главе приведены результаты исследований перемешивания взаиморастворимых флюидов при их движении в пористой среде и радиальном характере потока.

В реальных пластовых условиях всегда присутствуют элементы перемешивания фильтрующихся агентов, характерные для линейного потока при общем радиальном перемещении флюидов. Влияние на процесс различных дестабилизирующих факторов крайне трудно учесть при теоретическом исследовании образования и изменения переходной вытесняющей зоны в радиальном потоке.

Рядом исследователей показано, что при оценке перемешивания жидкости в осесимметричном, напорном фильтрационном потоке молекулярной диффузией можно пренебречь, например, для пласта мощностью 10 м, пористостью 20 %, при небольшом суммарном дебите, 300 т/сут, внутри круга радиусом 250 м скорость потока будет на порядок превышать скорость диффузионного проникновения.

Вблизи эксплуатационных и нагнетательных скважин, в области пласта, не превышающей половины объема залежи, часто гораздо меньшей, скорости движения пластовых флюидов будут такими, что конвективное перемешивание определит характер процесса обмена компонентами между вытесняемым и нагнетаемым агентами.

Для предварительной приближенной оценки массопереноса от нефти (раствор с заданной концентрацией веществ) к растворителю могут быть применены частные случаи решения уравнения диффузии, выполненные Стефаном. Отклонение формы потока от линейной также должно приводить к искажению диффузионных явлений, переход к радиальному потоку возможен с использованием укрупненных показателей процесса диффузии.

В этом случае на современном этапе состояния изученности явлений полезнее использовать для расчета хода вытеснения данные о размерах зоны перемешивания, оцененных на основе экспериментов с учетом суммарного влияния различных факторов, не определяя величины и характера зависимости коэффициента перемешивания от условий вытеснения.

Добыча нефти из залежи путем нагнетания газа под высоким давлением с преобладанием радиального потока флюидов в пласте приводит к относительно более активному перемешиванию фильтрующихся агентов, образованию переходной зоны больших размеров, более раннему появлению вытесняющего агента в эксплуатационных скважинах.

Высокая подвижность газа создает возможность регулирования добычи нефти различными способами.

Вытеснение нефти смешивающимися с ней агентами в вертикальном потоке имеет ряд особенностей, выгодно отличающих его от процессов вытеснения нефти несмешивающимися с ней веществами.

Влияние технологической особенности фильтрации смешивающихся агентов по вертикали пласта, заключающейся в образовании переходной зоны меньших размеров, чем при горизонтальном радиальном потоке, и снижении устойчивости процесса, компенсируется обычно крупным различием проницаемости коллектора по простиранию и мощности.

Совместное влияние неправильной формы каналов пористой среды и гравитационных сил на величину коэффициента перемешивания можно оценить постановкой экспериментов или расчетом с использованием эмпирических зависимостей.

Такая задача рассматривалась многими исследователями, и одним из наиболее удачных в настоящее время можно считать решение, выполненное Алишаевым М.Г., Гехтманом М.М., Орадовской А.С., Бочевер Ф.М.

Эмпирические зависимости для описания изменения размеров переходной зоны и оценки эффективности вытеснения нефти газом под высоким давлением получены в исследованиях (бывшей СевКавНИПИнефти) ЦНИПР ОАО Грознефтегаз.