К оглавлению

Опыт использования радиоактивного изотопа водорода-трития для изучения движения по пласту нагнетаемой воды

Н.А. ВАСИЛЬЕВА, Э.В. СОКОЛОВСКИЙ, В.Н. МАЙДЕБОР

В настоящее время широко применяется в нефтепромысловой практике метод радиоактивных индикаторов.

Существенные успехи достигнуты при использовании этого метода для изучения геологического разреза скважин, контроля различных процессов, связанных с бурением скважин, при гидравлическом разрыве пласта и соляно-кислотной обработке скважин, а также при решении ряда задач, связанных с контролем технического состояния скважин.

Практический интерес представляет применение радиоактивных индикаторов для изучения движения по пласту нагнетаемой воды в процессе разработки нефтяных месторождений.

Для достижения наибольшего эффекта заводнения нефтяного пласта важно в каждом случае иметь отчетливое представление о продвижении нагнетаемой воды, знать скорость ее фильтрации и распределение по площади и мощности пласта. Решение этих вопросов с помощью уравнений гидродинамики вследствие неоднородности нефтяных коллекторов не дает удовлетворительных результатов.

Данные, характеризующие действительную картину происходящих в пласте явлений, можно получить с помощью экспериментальных исследований, добавляя в нагнетаемую воду индикатор и определяя его в жидкости эксплуатационных скважин.

Основная трудность в проведении этих исследований заключается в подборе индикатора, который бы сохранялся на значительных расстояниях при перемещении жидкости по пласту, хорошо растворялся в воде и не растворялся в нефти, легко обнаруживался в малых концентрациях, был безопасен в работе.

Попытки использовать в качестве водных индикаторов органические красители, растворы солей, пахучие вещества и т.д. были безуспешны из-за адсорбции их породой пласта, потребности больших количеств или ненадежности получаемых результатов исследований.

В последние годы для контроля процессов заводнения нефтяных пластов применялись некоторые радиоактивные вещества. Положительные результаты были достигнуты при использовании радиоактивного изотопа йода (J¹³¹). Однако возможность применения данного индикатора ограничена его малым периодом полураспада (8 дней).

ГрозНИИ для мечения нагнетаемой воды использовал радиоактивный изотоп водорода - тритий.

В пласт закачивали окись трития, представляющую собой воду, в молекулу которой вместо обычного водорода введен его радиоактивный изотоп.

Применение тритиевой воды обеспечивает полную аналогию поведения индикатора и нагнетаемой воды в пластовых условиях.

Изучение движения по пласту нагнетаемой воды производилось на Октябрьском нефтяном месторождении Чечено- Ингушетия. Исследовалась зона XV пласта в районе расположения нагнетательной скв. 135-11 и эксплуатационных скв. 89-11, 120-11 и 123-11.

Пласт представлен мелкозернистым кварцевым песчаником.

Эффективная мощность исследуемой зоны изменяется от 3 до 6 м. Средняя пористость 20,8%. Средняя проницаемость 0,2 дарси.

Пласт является самостоятельной гидродинамической системой, разрабатывается методом площадного заводнения с форсированным отбором жидкости.

Основные данные по скважинам исследуемого объекта приведены в табл. 1 и 2.

Тритий вводился в пласт с нагнетаемой водой через нагнетательную скважину в один прием следующим образом.

Окись трития в количестве 25 Сu, в стеклянной ампуле, помещали в стреляющий инжектор изотопов. После прекращения нагнетания воды инжектор спускали в скважину на глубину 150 м. Далее при помощи выстрела ампула разбивалась и ее содержимое выбрасывалось в ствол скважины. Путем многократного подъема и спуска инжектора индикатор растворялся в 1,5 м3 воды.

После извлечения из скважины инжектора нагнетание воды возобновлялось и меченная тритием жидкость задавливалась в пласт.

Стреляющий инжектор изотопов напоминает стреляющую часть комплексного прибора ПК-РК-2 (Разработан Грозненской промыслово-геофизической конторой треста Грознефтегеофизика (описан в технико-экономическом бюллетене Чечено-Ингушского совнархоза, № 1, 1958).).

Из-за мягкости β-излучения определить тритий в добываемой жидкости невозможно непосредственно на скважине, требуется отбор проб и их анализ в лабораторных условиях.

Чтобы не пропустить подход первых порций меченой жидкости и получить более точную картину изменения концентрации трития в добываемой жидкости во времени, мы производили круглосуточный отбор средних проб из наблюдательных эксплуатационных скважин автоматическим пробоотборником конструкции ГрозНИИ.

Активность трития измеряли в специальных счетчиках внутреннего заполнения типа Гейгера-Мюллера.

Перед анализом отбираемые из скважин пробы жидкости подвергались предварительной подготовке, заключавшейся в отделении нефти от воды, дистилляции воды для удаления калиевых солей, являющихся β-излучателями, и разложении дистиллята в вакуумированном реакторе в присутствии цинка (при температуре 350-400° С) для выделения водорода. Водород, полученный для измерения активности, через охлаждаемую ловушку (для улавливания паров йоды) подавался в счетчик. Туда же для гашения разряда вводился многоатомный газ - этилен. Через каждые 50 в производился отсчет импульсов электромеханическим счетчиком стандартной установки Б-2.

Давление анализируемого водорода в счетчике составляло 200 мм рт. ст., этилена - 10-15 мм рт. ст. Рабочее напряжение на счетчике изменялось в пределах 2100-2500 в.

Величина плато характеристик колебалась в пределах 100-200 в с незначительным наклоном. Каждому определению предшествовало снятие естественного фона.

Для снижения естественного фона, вызываемого космическими лучами, радиоактивными загрязнениями рабочего помещения и другими помехами, измерительный счетчик экранировался плотным кольцом счетчиков МС-9, включенных с измерительным по схеме антисовпадения. Весь блок счетчиков помещался в железном домике с толщиной стенок 12-15 см.

Для оценки предполагаемого времени подхода меченной тритием воды к наблюдательным эксплуатационным скважинам были произведены ориентировочные расчеты методами подземной гидравлики при допущении, что пласт в исследуемой зоне однороден. Расчеты показали, что меченая жидкость должна подойти к наблюдательным эксплуатационным скв. 89-11, 120-11 и 123-11 соответственно через 47, 175 и 136 суток со скоростью 1,9-2,2 м/сутки.

При помощи тех же методов подземной гидравлики был построен ряд теоретических кривых, иллюстрирующих изменение концентрации радиоактивного вещества в пробках жидкости во времени. Одна из них, построенная с учетом ширины радиоактивного слоя воды для однородно-проницаемого пласта, приведена на рис. 1.

Фактические результаты экспериментальных исследований движения по пласту нагнетаемой воды отличаются от расчетных.

Анализ отбиравшихся проб показал, что первые порции меченой жидкости подошли к эксплуатационным скважинам за короткие сроки: к скв. 89-11 через 2 суток, к скв. 123-11 через 5 суток и к скв. 120-11 через 6 суток. При этом средняя скорость движения жидкости по пласту, отвечающая столь быстрому подходу к скважинам первых ее порций, составляет 55 м/сутки.

Изменение концентрации трития во времени в пробах жидкости эксплуатационных скважин имело несколько своеобразный характер (рис. 2).

Как видно из теоретической кривой (см. рис. 1), начальный период поступления радиоактивной жидкости в скважину в случае однородности пласта должен характеризоваться возрастанием, а затем резким падением концентрации радиоактивного вещества в пробах жидкости. При этом период времени, соответствующий максимальному значению концентрации радиоактивного вещества, очень мал.

Установленная закономерность была подтверждена лабораторными исследованиями на горизонтальной модели пласта.

Сравнение фактических кривых изменения концентрации трития во времени с теоретической кривой указывает на различие их начальных участков.

Каждую фактическую кривую изменения концентрации трития можно разбить на два участка, границы которых по времени соответствуют: 46 суткам (скв. 89-11), 64 суткам (скв. 120-11) и 139 суткам (скв. 123-11) с момента отбора проб жидкости. Начальные участки трех кривых характеризуются наличием ряда пик повышенной концентрации трития.

Анализ показал, что возникновение пик в данном случае не может быть объяснено наличием в исследуемой зоне пласта трещин или отдельных пропластков различной проницаемости.

Действительно, если бы в пласте были трещины, то меченая жидкость должна была не только быстро подойти, но и в короткий срок пройти через скважину. Концентрация радиоактивного вещества в этом случае была бы больше полученной и почти неизменной в течение времени прохождения меченой жидкости через скважины. Об отсутствии в пласте трещин свидетельствуют также малые коэффициенты продуктивности эксплуатационных скважин и сравнительно небольшая приемистость нагнетательной скважины.

Различное число пик активности на указанных участках кривых, а также данные геологических и геофизических исследований не дают основания считать, что движение меченой жидкости происходило по отдельным пропласткам различной проницаемости.

Возникновение их обусловливается, по-видимому, наличием в пласте между нагнетательной и эксплуатационными скважинами отдельных более проницаемых зон или каналов по сравнению с остальным участком пласта.

Необходимо отметить, что в настоящее время эти зоны пласта, вероятно, хорошо промыты нагнетаемой водой и практически не содержат нефти. Однако, как показали расчеты, по ним прошло более 30% трития, добытого за все время отбора из пласта меченой жидкости.

Вторые участки фактических кривых изменения концентрации трития во времени характеризуются сходством с теоретической кривой. Следовательно, они отражают движение жидкости по остальной относительно однородной по проницаемости части пласта. Имеющиеся на данных участках пики небольшой амплитуды, по-видимому, вызваны наличием в гомогенной среде микроструктурной неоднородности. Следует обратить внимание, что выявленная неоднородность пласта не обнаруживалась ранее производившимися исследованиями.

В заключение можно отметить, что из-за специфичности строения коллектора меченая жидкость не продвигалась единым фронтом, часть ее, заполнив высокопроницаемые зоны, быстро продвигалась в эксплуатационные скважины. Основной же контур меченой жидкости продвигался по относительно гомогенной среде пласта, подчиняясь законам фильтрации жидкости по однородному пласту.

Подсчитанная, исходя из времени подхода к скважинам основного контура меченой жидкости, скорость фильтрации по пласту нагнетаемой воды, по данным скв. 89-11 и 123-11 (2, 3 и 2,0 м/сутки), хорошо согласуется со значением расчетной скорости фильтрации (2,2 и 2,1 м/сутки). Расхождение между расчетной (1,9 м/сутки) и фактической скоростью фильтрации (5,2 м/сутки) по скв. 120-11 объясняется, по-видимому, неточным исходным значением дебита скважины из XV пласта или резким уменьшением эффективной мощности пласта в направлении этой скважины.

Распределение нагнетаемого потока по суммарной активности прошедшего через скважины трития показывает, что через скв. 89-11 проходит 70%, а через скв. 120-11 и 123-11 по 15% всего закачиваемого в нагнетательную скв. 135-11 объема воды.

Выводы

1. Проведенные исследования еще раз показали эффективность использования трития в качестве водного индикатора при контроле заводнения нефтяных пластов.

2. Подтвердилась правильность выбранной методики проведения работ по изучению движения по пласту нагнетаемой воды с помощью трития и эффективность работы используемых приборов и аппаратов.

3. Полученные результаты позволили определить истинную скорость фильтрации нагнетаемой воды по исследуемой зоне пласта, выяснить фактическую картину ее продвижения и распределения между эксплуатационными скважинами. Помимо того, по кривым изменения концентрации трития во времени был выявлен и установлен характер неоднородности исследуемой зоны пласта и определено его влияние на эффективность закачки.

ГрозНИИ

Таблица 1

№ скв.	Назначение	Пласт	Интервал перфорации, м	Давление нагнетания, ат	Объем нагнетаемой воды, м^3/сутки
135-11	Нагнетательная	XV	635-637	15	150

Таблица 2

№ скв.	Расстояние до нагнетательной скважины, м	Эксплуатируемые пласты	Способ эксплуатации	Интервалы перфорации, м	Средне суточный дебит скважин, т	Содержание воды в добываемой жидкости, %
89-11	105	XV-XVI-XVIa	Глубинно насосный	633-639	125	99,2
				646-656
				654-656
123-11	290	XV-XVI	То же	658-661	130	99,1
				744-748
120-11	335	XIV- XV-XVIa	»	632-635	100	99,5
				662-665
				673-677
				683-684

Рис. 1. Расчетная кривая изменения концентрации радиоактивного вещества в пробах жидкости во времени.

Рис. 2. Графики изменения концентрации трития в пробах из подконтрольных скважин.