К оглавлению журнала

 

УДК 622 276 42

В.Н. МАРТОС, Т.М. УМАРИЕВ (ВНИГНИ)

Исследование деформации подгазового нефтенасыщенного слоя при реализации рециркуляции газов

Структура разведанных запасов жидких УВ претерпевает в последние годы заметные качественные изменения. В частности, повышается весомость конденсата и летучих нефтей в общем балансе запасов. Есть основания полагать, что эта тенденция сохранится и добыча такого вида УВ будет нарастать.

Большие перспективы в этом отношении связывают с Прикаспийским регионом, где уже открыты месторождения с высоким потенциальным содержанием конденсата в газе и летучих нефтей. Для этих месторождений характерны весьма жесткие термобарические условия, при изменении которых в процессе разработки пластовые газожидкостные системы будут претерпевать существенные изменения не всегда позитивного характера.

В связи с этим возродился интерес к технологиям разработки месторождений, основанным на закачке в пласт газообразных агентов, в частности к технологии рециркуляции газа в газоконденсатных залежах (сайклинг-процесс). При наличии нефтяной оторочки привлекательной представляется комбинация сайклинг-процесса с закачкой газа высокого давления в нефтенасыщенный интервал. Поддержание пластового давления в газоконденсатной зоне и реализация эффективного механизма вытеснения нефти (в режиме конденсации или испарения) позволяет рассчитывать на кратное увеличение коэффициентов извлечения жидких УВ по сравнению с разработкой на истощение. Однако из-за недостатка знаний о поведении многофазных систем при внешнем воздействии на пласт закачкой газообразных или жидких агентов, переход к технологии газа высокого давления задерживается.

Рассмотрим частную, но, тем не менее, достаточно важную в практическом отношении задачу деформации контактов фаз (нефть-вода и нефть-газ) при рециркуляции равновесного газа, т. е. в отсутствии фазовых переходов. Подобные задачи становятся предметом интенсивного изучения методами математического и физического моделирования, поскольку их решение создает основы новых технологических приемов.

Как показали исследования, проведенные ранее [1] на модельном пласте, рециркуляция газа через газонасыщенный слой модели с отбором газа через сток в центральной части газонасыщенного слоя и закачкой извлеченного газа по его контуру приводит к образованию локального утолщения нефтенасыщенного слоя в окрестности стока.

При реализации на модельном пласте этой схемы и периодическим отбором нефти из локального утолщения, интегральные характеристики механизма нефтеотдачи на каждом цикле определяются преимущественно тремя безразмерными параметрами:

где DРгд, DРнд – соответственно, величины депрессий на стоках из газо- и нефтенасыщенных слоев, Па, gн – плотность нефти, Н/м3, Zгд, Zнд – соответственно, расстояние стока в газо- и нефтенасыщенном слоях от первоначального положения газо- и водонефтяного контактов, м, d – толщина нефтяного слоя, м.

Параметр DРгд/gн d определяет динамику изменения положения ГНК, ВНК и соответственно утолщения нефтенасыщенного слоя.

При DРгд/gнd<1 деформируется только ГНК, а возмущающее действие на ВНК экранизируется гидростатическим давлением нефтенасыщенного слоя; при DРгд/gнd>= 1 деформируется и ВНК, причем изменение границ раздела происходит с разными скоростями (ГНК искривляется с большей скоростью) и в целом отмечается утолщение нефтенасыщенного слоя; для DРгд/gнd>>1 характерна неблагоприятная динамика деформации границ раздела фаз с возможным прорывом конуса подошвенной воды через нефтенасыщенный слой.

В зависимости от величины DРгд/gнd изменяется темп отбора нефти и обводненность продукции извлекаемой через нефтяной сток [2]: в первом случае периодическая добыча нефти на протяжении всего времени выработки нефтенасыщенного слоя не сопровождается выносом воды, во втором – имеется период безводной добычи нефти, а в третьем наблюдается поступление воды вместе с нефтью практически с самого начала процесса выработки нефтенасыщенного слоя.

Вместе с тем установлено, что обводненность продукции зависит от параметра DРнд/gнZнд слабее, чем от DРгд/gнd. Объясняется это тем, что высота подъема конуса подошвенной воды при отборе жидкостей через нефтяной сток hв ограничена величиной Zн.д при любых DРнд/gнZнд. Понятно, что при DРгд/gнZнд >> 1 и hв<=Zнд обводненность продукции должна определяться временем добычи и скоростью релаксации нефтяного конуса. В то же время рециркуляция газа через газонасыщенный слой при DРгд/gндd>= 1 сопровождается подъемом ВНК до Zгд, т. е. вода поднимается выше исходного ГНК.

В связи с вышеизложенным были поставлены дополнительные опыты для изучения динамики образования локального утолщения нефтенасыщенного слоя и выявления возможностей увеличения безводной нефтеотдачи при варьировании соотношения Zгд/d и условии DРгд/gнd<1

В экспериментах использовалась плоская насыпная модель пласта с размерами 1700x350x40 мм (рис. 1), набитая стеклянным бисером с пористостью набивки m=0,415 и проницаемостью Кпр=680 мкм2. Для моделирования нефтенасыщенного слоя использовался керосин с вязкостью mн=1,33 мПа·с и плотностью порядка 7810 Н/м3. В верхней части модели моделировался газонасыщенный слой с давлением р=рат. Эти условия в рамках приведенных выше критериев подобия соответствует натурному прототипу с параметрами DРгд = 2·106 Па, DРнд=106 Па, gн = 7810 Н/м3, m = 0,415, mн=1,33 мПА·с, Zнд = 50 м, Zгд=100 м, Кпр = 0,2 мкм2 рпл = 20 МПа.

Выработка нефтенасыщенного слоя производилась циклически: 1) рециркуляция газа через газонасыщенный слой до образования стационарного нефтяного конуса с замером объема прокачанного газа и 2) отбор с замером в сепараторе нефти через нефтяной сток до полной релаксации ГНК.

Результаты опытов представлены на рис. 2, рис.3, рис.4. Скорость образования нефтяного конуса (рис. 2) от цикла к циклу увеличивается, что является следствием смачивания нефтью ранее газонасыщенной пористой среды, а высота подъема конуса, напротив, уменьшается, поскольку уменьшается средняя толщина нефтенасыщенного слоя. Уменьшение высоты подъема конуса предопределяет снижение количества нефти, отбираемой из локального утолщения на последующих циклах (рис. 3, Zгд/d=1,3; 1,7; 2,3). Указанный характер зависимости QH/QHO от Vг/Vг.о, где Vг.о – начальные запасы газа, Vг – объем газа, прокачанный через газонасыщенный слой, QH – количество отобранной из нефтенасыщенного слоя нефти (по циклам), QH.O – начальные запасы нефти, имеет место лишь при Zгд/d=l,3, когда нефтяной конус не достигает газового стока. С уменьшением Zгд/d ниже чем 1,3 количество отобранной в первых циклах нефти уменьшается, а сама зависимость Qн/Qн.о = f(Vг/Vг.о) становится более пологой (рис. 3, Zгд/d=1,1), поскольку высота подъема конуса hн ограничена величиной Zгд. Таким образом, нефтеотдача за первый цикл изменяется следующим образом: по мере роста Zгд/d вначале увеличивается и количество добытой нефти, поскольку при малых Zгд/d снижается ограничение на высоту подъема нефтяного конуса. Однако эта зависимость немонотонна и при (Zгд/d) = (Zгд/d)опт достигается максимальная безводная нефтеотдача. Дальнейшее увеличение Zгд/d ослабляет возмущающее действие на ГНК газового стока. Соответственно этому высота подъема нефтяного конуса сокращается и количество отбираемой за цикл нефти падает. Характер зависимости Qн/Qн.о = f(Zгд/d) сохраняется для второго, третьего и т. д циклов.

Результаты исследований показали, что существует принципиальная возможность улучшения нефтеотдачи тонких оторочек газоконденсатных залежей, разрабатываемых методом рециркуляции газа, за счет использования нестационарных процессов деформации ГНК и ВНК. Регулирование периодической добычи нефти может осуществляться путем специального вскрытия газонасыщенной и нефтенасыщенной зон, т. е. подбора Zгд и Zнд, поддержания депрессий DРгд на уровне, обеспечивающем существенное утолщение нефтяного слоя, а также величины DPнд, достаточной для получения промышленного притока нефти без быстрого обводнения. Понятно, что для каждого конкретного объекта потребуется выполнить специальное обоснование регулирования нефтеотдачи. В первом приближении, ориентируясь на указанные параметры натурного прототипа физической модели, можно использовать для этой цели представленные здесь эмпирические зависимости.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

  1. Умариев Т.М., Леонов В.П. Физическое моделирование деформации подгазового слоя методом рециркуляции / В кн.: Прогнозирование нефтеотдачи разведанных месторождений. М.– ВНИГНИ.– 1986.– С. 110–117.
  2. Умариев Т.М. Применение метода физического моделирования к исследованию процессов фильтрации жидкостей в пористых средах / В кн.: Автоматизация подсчета коэффициента извлечения нефти, М.– ВНИГНИ.– 1986.–С. 51–59.

Рис. 1. Гидравлическая схема установки

1 – вывод для нагнетания газа; 2 – газовый счетчик; стоки в слоях; 3 – газо-; 4 – нефтенасыщенном; 5 – трехходовый кран; 6 – вакуумметр, 7 – сепаратор, 8 – выход к вакуумному насосу.

Рис. 2. Зависимость hн/d = f(Vг/Vг.о).

 

Циклы 1 — первый, 2 — второй, 3 — третий

Рис. 3. Зависимость Qн/Qн.о=f(Vг/Vг.о) для различных значений Zгд/d

Циклы 1– Zгд/d=2,3, 2 – Zгд/d=1.7, 3 – Zгд/d=1.4, 4 – Zгд/d=l,3