К оглавлению

УДК 553.98.001.33

Классификация пластовых нефтей по вязкости с учетом особенностей механизма вытеснения нефти водой

Б.Е. КИСИЛЕНКО (ИГиРГИ), Н.В. АНОХИНА, В.Е. СТУПОЧЕНКО (ВНИИ)

За последние 20 лет в общей добыче жидких УВ в СССР заметно возросла доля высоковязких нефтей (ВВН).

Высокая вязкость нефти (более 50 мПа-с в пластовых условиях) создает трудности при разработке, которые усугубляются влиянием различных осложняющих физико-геологических факторов (неоднородность продуктивных пластов, наличие у нефти неньютоновских свойств, присутствие подошвенной воды). Естественно, не каждое месторождение ВВН характеризуется одновременно всеми указанными факторами. Однако наличие даже одного из них в сочетании с высокой вязкостью нефти в пластовых условиях приводит к серьезным осложнениям при разработке месторождений методом заводнения необработанной водой: низкие годовые темпы отбора запасов (по сравнению с залежами нефти малой вязкости), быстрое обводнение эксплуатационных скважин (при «жесткой» системе водного воздействия в виде разрезающих рядов), большие объемы попутно добываемой воды и низкие текущие коэффициенты нефтеотдачи. Результаты теоретических, экспериментальных и промысловых исследований, проведенных ранее в ИГиРГИ (Желтов Ю.В., Мартос В.Н.. Кисиленко Б.Е. Создание научных основ разработки нефтегазоконденсатных месторождений и залежей высоковязких нефтей.- В кн.: Теоретические основы поисков, разведки и разработки месторождений нефти и газа. М„ 1984, с. 266-272.), позволили прийти к выводу о существовании разных механизмов вытеснения нефти водой при различных значениях вязкости пластовой нефти. Благодаря этому появилась возможность классифицировать пластовые нефти (рис. 1) по степени разработки залежей и прежде всего достигаемым коэффициентам нефтеотдачи, когда поддержание пластового давления осуществляется путем нагнетания воды (известно, что большинство залежей нефти в стране разрабатывается методом традиционного заводнения).

В отличие от ранее разработанных классификаций пластовых нефтей (А.А. Карцев, Н.Б. Вассоевич, А.А. Петров и др.) рассматриваемая в настоящей статье основана на двух критериях: устойчивости продвижения ВНК и величине конечного коэффициента нефтеотдачи при применении заводнения.

Теоретические и экспериментальные исследования показали, что в идеальных условиях (макрооднородный пласт, неполярные жидкости) при отношении вязкостей нефти и воды менее 12-13 фактически при всех реализуемых на практике скоростях вытеснения отмечается устойчивое равномерное продвижение фронта вытеснения. При значениях отношения вязкостей более 12-13 развивается вязкостная неустойчивость, когда вода в виде языков проникает в нефтяную часть пласта, оставляя целики нефти разнообразной формы и размеров. В действительности развитие вязкостной неустойчивости происходит при более низких величинах отношения вязкостей нефти и воды(около 10) из-за неньютоновских свойств нефтей. Вязкостная неустойчивость приводит к резкому снижению как текущих, так и конечных коэффициентов нефтеотдачи, быстрому росту обводненности. Таким образом, нефти, имеющие в пластовых условиях вязкость менее 10 мПа-с, могут быть отнесены к маловязким. Разработку их залежей при достаточно хороших коллекторских свойствах следует проводить методом традиционного заводнения. Достигаемые коэффициенты нефтеотдачи (за счет равномерного продвижения ВНК) высокие - 0,7 от геологических запасов.

При заводнении нефтяных пластов с повышенной вязкостью нефти (от 10 до 50 мПа-с) вязкостная неустойчивость развивается с самого начала разработки. Однако регулированием системы разработки (изменение темпов отбора и закачки, направления потока жидкостей в пласте, плотности сетки скважин и т. д.) можно заметно снизить неблагоприятное влияние вязкостной неустойчивости на характер вытеснения нефти водой, т. е. увеличить текущие и конечные коэффициенты нефтеотдачи. Конечная нефтеотдача макрооднородного пласта при заводнении может быть доведена до 0,5.

Экспериментальные исследования на физически однородных моделях пласта показали невозможность получения при заводнении залежей с ВВН более или менее равномерного продвижения фронта вытеснения. Вязкостная неустойчивость всегда определяет характер продвижения ВНК.

ВВН подразделяют на три категории (I - III). К первой относятся нефти, имеющие в пластовых условиях вязкость 50-200 мПа-с. Достигаемая конечная нефтеотдача (в указанных выше условиях) при заводнении составляет 0,3. Разработка их залежей при достаточно хороших коллекторских свойствах пласта возможна без применения сравнительно дорогостоящих тепловых методов (снижение вязкости нефти является желательным, но не обязательным условием достижения запроектированных коэффициентов нефтеотдачи). Заметим, что в общем балансе промышленных запасов ВВН по нашей стране нефти этой категории составляют 38,3 %.

Вторая категория включает нефти, имеющие пластовую вязкость 200-1000 мПа-с. Конечные коэффициенты нефтеотдачи в случае заводнения при наиболее благоприятных условиях не превышают 0,2. Разработка их залежей без использования тепловых методов (в сочетании с другими методами воздействия на пласт) для достижения высоких коэффициентов нефтеотдачи практически невозможна. Нефти с такой вязкостью составляют значительную долю промышленных запасов ВВН (55,9 %).

К третьей категории относятся нефти, имеющие вязкость в пластовых условиях 1-20 Па*с. Эксперименты показали, что при заводнении макрооднородных пластов высокой проницаемости с такой нефтью конечная нефтеотдача не превышает нескольких процентов. Достижение высоких конечных коэффициентов нефтеотдачи при разработке залежей ВВН с использованием известных современных методов воздействия на пласт в настоящее время проблематично. Промышленные запасы нефтей подобного типа в общем балансе запасов ВВН составляют сравнительно небольшую долю (5,8 %).

Отметим, что за счет неньютоновских свойств нефтей в зависимости от конкретных условий разработки эффективная вязкость их может существенно меняться. Так, если нефть обладает вязкопластичными свойствами, то снижение скорости фильтрации ее в пласте приводит к увеличению эффективной вязкости. Примером подобного типа нефтей может служить ВВН черепетского горизонта (турне) Мишкинского месторождения УдмАССР. По результатам анализа глубинных проб (Гипровостокнефть) пластовая нефть имеет плотность 0,92 г/см³ и вязкость 78,4 мПа*с, газовый фактор составляет всего 7 м³/т, общее содержание смол 20-22, асфальтенов 5, парафина 6 %.

Нами был выполнен комплекс исследований по изучению фильтрационных свойств нефти черепетского горизонта. Эксперименты проводили на кернах эксплуатационной скв. 1608. На рис. 2 показана закономерность фильтрации пластовой нефти через один из кернов. Точки сняты при установившемся режиме. Установлено, что нефть обладала неньютоновской (в данном случае псевдопластичной) реологической характеристикой.

Анализ разработки месторождений нефти повышенной и особенно высокой вязкости показывает, что, как правило, реализуются высокие скорости движения жидкостей в зоне воздействия - 300-600 м/год.

Из рис. 2 можно заключить, что вязкость нефти в пласте при указанных скоростях будет находиться в пределах 150-250 мПа-с. С другой стороны, вязкость нефти черепетского горизонта, «заложенная» в технологическую схему разработки Мишкинского месторождения, составляет 78,4 мПа-с. Такие значения были получены на приборах, предназначенных для измерения вязкости ньютоновских жидкостей.

В этом заключается недостаток использования таких приборов для исследования неньютоновских жидкостей: измеренная вязкость нефти будет всегда ниже эффективной, существующей в пласте при реализуемых скоростях вытеснения.

Из диаграммы видно, что нафтиды, помимо жидкой нефти, могут быть представлены битумами, которые принято делить по плотности на мальты, асфальты и асфальтиты. Однако с точки зрения разработки битумов правильнее их делить на текучие битумы (мальты) и прочие. Предполагаемая вязкость мальты в пластовых условиях 20-100 Па-с. Извлечение ее из пластов с хорошими геолого-физическими свойствами возможно скважинным методом с применением тепловых способов воздействия. Говорить о коэффициентах извлечения мальты из пласта без проведения специальных исследований преждевременно.

Разработка прочих битумов (асфальты, асфальтиты) проводится карьерным методом, который здесь не рассматривается.

Рис. 1. Классификация пластовой нефти:

Н - нафтиды; ПН - пластовая нефть; MB - маловязкая нефть; ПВ - нефть повышенной вязкости; Б - битумы; М - Мальты; П - прочие битумы; - вязкость флюида в пластовых условиях; - коэффициент конечной нефтеотдачи при заводнении макрооднородного пласта

Рис. 2. График зависимости эффективной вязкости нефти от скорости ее фильтрации