Введение к работе
Актуальность работы.
Нефтенасыщение продуктивного пласта после окончания ею р:г. работки — остаточное нефтенасыщение (ОНН) — один из важнейших параметров при проектировании и анализе эффективности систем pa.j работки залежей нефти. Надежная информация об остаточной нефтенасыщенности необходима как на стадии обоснования методов воздействия на пласт и призабойную зону, так и при контроле за степенью выработки пласта.
На современном этапе многие крупные месторождения вступают в завершающую стадию разработки, в эксплуатацию вводится много мелких и средних, а также сложиопостроенных месторождений, неуклонно снижается суммарная нефтеотдача пластов. Поэтому остро стоит вопрос об увеличении коэффициента нефтеотдачи.
Знание остаточной нефтенасыщенности позволяет правильно оценить и спрогнозировать запасы остаточной нефти и характер их распределения по пласту, что особенно важно при внедрении новых технологий увеличения нефтеотдачи.
В настоящее время накоплен значительный объем фактического материала по изучению остаточной нефти методами гидродинамического и физического моделирования, собран и обобщен большой объем керновых определений остаточной нефтенасыщенности, результатов изучения остаточной нефтенасыщенности геофизическими и физико-химическими методами в околоскважинной зоне пласта. Имеется много публикаций по промысловым оценкам остаточной нефтенасыщенности в масштабах всей залежи. В то же время результаты изучения остаточной нефтенасыщенности различными методами во многих случаях не согласуются друг с другом и фиксируют различие в значениях остаточной нефтенасыщенности, ее свойствах и взаимосвязи с па-
раметрами пласта и условиями вытеснения, дают разные закономерности распределения остаточной нефти.
В нефтепромысловой науке длительное время преобладала точка зрения на остаточную нефтенасыщеиность промытых гидрофильных пластов как на одно из свойств, присущих коллектору. В то же время эксперименты, проводившиеся различными исследователями (М.К.Ле-веретт, РЛ.Слобод, А.Абрамс, Д.А.Эфрос, И.Чатзнс и др.) на протяжении многих лет, неизменно показывали зависимость остаточной нефтенасыщенности от условий вытеснения (скорости фильтрации, .межфазного натяжения, вязкости вытесняющей жидкости). Противоречие разрешалось тем, что считалось, что при обычном заводнении влияние изменения условий вытеснения пренебрежимо мало и значение остаточной нефтенасыщенности можно считать величиной постоянной. Однако промысловый анализ особенностей выработки пластов указывает на кратные изменения условий вытеснения нефти водой как в отдельных пластах, так и б отдельных участках залежи. Особенно существенно различия в условиях вытеснения проявляются при реализации методов повышения нефтеотдачи, где одновременно меняются как гидродинамические, так и физико-химические условия вытеснения. Так как существующие гидродинамические модели не учитывают этой зависимости, то возникает проблема разработки новых гидродинамических моделей для учет;-, изменяющихся условий вытеснения и обобщения информации об остаточной нефтенасыщенности.
Работа выполнялась в соответствии с тематическими планами научно-исследовательских работ Института проблем нефти и газа РАН и связана со следующими общегосударственными научно-техническими программами: программами РАК по приоритетным направлениям развития науки; 12.9. "Разработка месторождений нефти и газа (пункт 12.9.3.4. "Создание научных основ эффективных процессов до-извлечения остаточной после заводнения нефти"); 12.3. "Природные
углеводороды, угли и горючие сланцы" (пункт 12.3.4.3. "Разработка методов оценки и прогноза степени ухудшения фильтрационных свойств пласта при различных способах его вскрытия бурением по комплексу геолого-геофизических данных"); в соответствии с правительственными постановлениями "О мерах по наиболее полному извлечению нефти из недр", "Методы оценки распределения остаточной нефти в заводненных пластах с целью выбора метода вторичного воздействия", а также научно-техническими программами "Качество", "Нефтеотдача", "Нефтегазовые ресурсы".
Цель работы: разработка новых гидродинамических моделей для описания распределения и подвижности капиллярно-защемленной остаточной нефти и изучение на их основе закономерностей распределения и доизвлечення остаточной нефти в различных геолого-технологических условиях.
Основные задачи исследований: 1) исследование структуры и свойств остаточной нефти в промытых пластах и анализ возможностей существующих гидродинамических методов для их описания; 2) исследование гидродинамического взаимодействия защемленной остаточной нефти с вытесняющей фазой и разработка на этой основе гидродинамических моделей, связывающих остаточное нефтенасыщенне с условиями вытеснения нефти водой; 3) создание гидродинамических моделей распределения остаточной нефтенасыщенности в образце, око-лоскважинной зоне и межскважиииом пространстве; 4) исследование при помощи полученных моделей ряда практических вопросов нефтедобычи, связанных с остаточной нефтенасыщенностью: влияние око-лоскважинной зоны на дебиты обводненных скважин, влияние плотности сетки скважин на доизвлечение остаточной нефти, довытеснение остаточной нефти из слоистого неоднородного пласта.
Защищаемые положения
-
Уточнение механюма гидродинамического взаимодействия непрерывной (вытесняющей) и дисперсной (остаточной нефти) фаз, обоснование единого вида зависимости остаточной нефтенасыщенности от безразмерных параметров, характеризующих условия вытеснения, классификация режимов образования и вытеснения остаточной нефти.
-
Разработка комплекса гидродинамических моделей для описания распределения и донзвлечения остаточной нефти.
-
Обоснование неравномерности распределения и донзвлечения остаточной нефти в промытых участках залежи.
Методы исследований
Для обработки экспериментальных данных использовались методы математической статистики: оценивание параметров и регрессионный анализ. При создании моделей остаточной нефтенасыщенности использовались математические методы, применяемые при решении нелинейных задач двухфазной фильтрации; для численного моделирования двухмерных нелинейных уравнений в частных производных были адаптированы стандартные численные методы.
Научная новизна
Количественно исследовано взаимодействие непрерывной и дисперсной фаз (вытесняющей жидкости и капиллярно-защемленной остаточной нефти) и получены аналитические соотношения, связывающие остаточное нефтенасыщение с условиями вытеснения.
Обоснован единый вид зависимости остаточной нефтенасыщенности от безразмерных комплексных параметров, характеризующих условия вытеснения и выделено три режима вытеснения остаточной нефти — капиллярный, капиллярно-напорный и автомодельный, разделяемые критическими значениями безразмерных параметров.
Разработаны гидродинамические модели распределения остаточной нефтенасыщенности для линейного и радиально-симметричного тече-
ния и для межскважинного пространства однородных и неоднородных пластов, учитывающие условия вытеснения.
ч На основе підродннамического анализа установлена неоднородность распределения остаточной нефтенасыщенности в околоскважинных зонах и межскважинном пространстве однородных пластов и существенное влияние фильтрационной неоднородности на распределение и доиз-влечение остаточной нефти.
Показаны технологические возможности доизвлечения остаточной нефти путем регулирования условий вытеснения (за счет изменения плотности сетки скважин, воздействия на призабойную зону, форсированного отбора и др.).
Практическая ценность результатов диссертационной работы заключается в создании методов гидродинамического прогноза и анализа распределения остаточной нефти в различных геотехнологических условиях разработки залежи. Это позволяет проводить на ранних стадиях разработки прогноз извлекаемых запасов с учетом геологической неоднородности залежи и запроектированной системы разработки; при выборе и обосновании систем разработки появляется возможность проводить учет неравномерности распределения остаточной нефти и коэффициента вытеснения в межскважинном пространстве.
Проведенные исследования позволяют существенно повысить достоверность и точность оценок остаточной нефтенасыщенности, проведенных при изменяющихся условиях вытеснения. Появляется принципиальная возможность гидродинамического обобщения результатов изучения остаточной нефтенасыщенности по данным лабораторных исследований, изучения околоскважинных зон, геолого-промысловому анализу разработки залежи в целом. Это позволит существенно повысить эффективность контроля за выработкой запасов нефти.
' Полученные результаты дают новые представлення о характере вытеснения остаточной нефти, распределении остаточной нефтенасы-
(ценности и фильтрационных потоков в пласте. Они могут служить осноной для обоснования вторичных методов нефтедобычи.
С использованием результатов и при участии автора разработано и утверждено методологическое руководство "Комплекс методик оценки характера распределения и свойств остаточной нефти в заводнен-ных пластах" - М., ВНИИ, 1991,107 с
Работы автора послужили основой для создания нового способа определения остаточной нефтенасыщенности (авторское свидетельство Л*1263826 "Способ определения остаточной нефтенасыщенности").
Апробация и публикация работы
Работа, соавтором которой является соискатель, "Изучение остаточной нефтенасыщенности для обоснования технологий доизвлечения остаточных запасов" отмечена П-й премией на Московском конкурсе ВНТО им.И.М.Губкина "Разработка и совершенствование технологий увеличения нефтеотдачи пластов", Москва, 1991.
По данной теме автором опубликовано 15 работ, в том числе:
монография "Физико-геологические проблемы остаточной нефтенасыщенности" - М.: Наука, 1993. - 173с. (в соавторстве).
обзор "Изучение остаточного нефтенасыщения разрабатываемых пластов"/ Н.Н.Михайлов, А.В.Джемесюк, Т.Н.Кольчицкая, Н.А.Се-менова. М.: ВНИИОЭНГ, 1990.-(Обзор. ннформ. Сер. "Геология, геофизика и разработка нефтяных месторождений")(в соавторстве).
Результаты исследований докладывались:
IV-я Всесоюзная конференция по механике аномальных систем, декабрь 1986 г., Баку;
1-я Всесоюзная конференция "Комплексное освоение нефтегазовых ресурсов континентального шельфа СССР", 24-26 июня 1986 г., Москва;
П-я Всесоюзная конференция "Системный подход в геологии", 9-11 сентября 1986 г., Москва;
П-я Всесоюзная научно-техническая конф. "Вскрытие нефтегазовых пластов и освоение скважин", 20-22 сентября 1988 г., Ивано-Франковск;
ПТ-й Всесоюзный семинар "Современные проблемы теории фильтрации", 16-18 мая 1989 г., Москва;
Всесоюзное совещание "Газогвдродннамическне исследования и энергосберегающий дебит скважин", 6-8 мая 1991 г., Москва;
Всесоюзная школа-семинар "Разработка месторождений нефти и газа: современное состояние, проблемы, перспективы", 11-16 марта 1991 г., Звенигород;
Всероссийская научная конференция "Фундаментальные проблемы нефти и газа", 22-25 января 1996 г., Москва.
Работа докладывалась также на секции фундаментальных исследований МНТК "Нефтеотдача", 1989 г., Москва.
В полном объеме диссертация докладывалась на семинарах ИПНГ РАН и кафедры нефтегазовой и подземной гидромеханики ГАНГ нм.И.М.Губкина.
Объем работы
Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и списка литературы. Она содержит 159 стр., в т.ч. 6 таблиц, 38 рисунков. Библиография включает названий: 93, нз них 62 на русском языке.
Работа выполнена в лаборатории физико-геологических проблем нефтеотдачи ИПНГ РАН.
Автор благодарит сотрудников лаборатории Т.Н.Кольчицкую, Н.А.Семенову и Н.П.Карпушину за оказанное внимание и помощь при подготовке работы. Автор признателен зам.директора ИПНГ РАН проф. В.М.Максимову за ценные советы и помощь при подготовке ру-копией диссертации. Особую благодарность автор выражает своему
научному руководителю д.т.н. Н.Н.Михайлову за постоянное внимание и помощь в работе над диссертацией.