Способы повышения нефтеотдачи пластов

Какими методами увеличивают нефтеотдачу пласта

Повышение эффективности извлечения нефти из нефтеносных пластов механическим, физическим или химическим способом требует новые методы повышения нефтеотдачи.

При первичной стадии добычи нефти используется естественная энергия пласта, главным образом пластовое давление. Естественное движение происходит из-за давления массы горной породы на сырье. В этом процессе сырье добывается за счет природной пластовой энергии. Важно отметить, что нефтеотдача за счет энергии природного пласта зависит от многих сложившихся природных факторов.

Следующая стадия извлечения нефти — вторичная, которая происходит, когда пластовое давление упало и становится недостаточным для вытеснения нефти на поверхность. На этой стадии внешние жидкости впрыскиваются в пласт для вытеснения нефти и поддержания пластового давления. Обычная впрыскиваемая жидкость — это вода. Однако существуют методы повышения нефтеотдачи где могут быть впрыснуты несмешивающиеся газы и другие вещества.

В то время как на первичном этапе добычи обычно получается 5-10% от общих запасов нефти, эффективность извлечения на вторичном этапе колеблется от 30-40%. К остальному количеству сырья оставшемуся в горной породе (50-65%) требуются другие методы повышения нефтеотдачи.

Согласно последним статистическим данным о мировых запасах, почти 2 трлн баррелей обычной нефти и 5 трлн баррелей тяжелой нефти останутся в пластах по всему миру после исчерпания традиционных методов добычи.

Впрыск воды является наиболее распространенным процессом вторичного восстановления.

Сейчас внимание сосредотачивается на методах повышения нефтеотдачи пластов для извлечения большего количества нефти из существующих и заброшенных нефтяных месторождений так как добыча и переработка нефти должна увеличиваться.

Повышение извлекаемых запасов нефти

Новые методы повышения нефтеотдачи пластов можно разделить на тепловые, химические, газовые, гидродинамические.

Тепловые методы предназначены в первую очередь для тяжелых сероводородов и битуминозных песков, главным образом для подачи тепла в пласт. Эти методы включают впрыск пара или горячей воды и метод сжигания на месте.

Химический метод включает в себя закачку определенных химических веществ, которые могут изменить характеристики сероводородов или улучшить механизмы извлечения. К ним относятся полимеры, поверхностно-активные вещества и щелочи.

Возможен впрыск смешивающегося углекислого газа CO₂, впрыск смешивающегося азота N₂ и других.

В настоящее время в нефтяной промышленности внедряются более передовые технологии для извлечения разведанной нефти. К ним относятся гидродинамические, сейсмические / звуковые стимуляции и электромагнитные методы.

Экономика — это главный сдерживающий фактор в коммерциализации результатов вышеупомянутых методов повышения нефтеотдачи пластов. Энергетическая рентабельность должна быть положительной.

Процессы повышения извлекаемых запасов нефти включают методы, использующие чаще всего внешние источники энергии и/или материалы которые не могут быть применены экономически обычными средствами. Это любой тип процесса повышения нефтеотдачи пластов.

Расширенная рекуперация включает в себя закачку горячей воды, пара, газа и все те процессы, которые включают закачку энергии в пласт.

Тепловые методы

Суть тепловых процессов в улучшении подвижности сырья путем нагрева через пар или горячую воду, либо генерируя тепло внутри, сжигая часть нефти в пласте. Наиболее важным эффектом тепла является резкое снижение вязкости и, как следствие, подвижности.

Нагнетание пара

Паровое заводнение состоит из непрерывной закачки пара в пласт с нагнетательно-добывающей скважины.

По мере того как пар выходит в пласт от нагнетательной скважины, его температура падает из-за потерь тепла, и он начинает конденсироваться в виде горячей воды. В паровой зоне сырье фактически испаряется. В зоне горячей воды оно расширяется, его вязкость падает, остаточная насыщенность снижается, а относительная проницаемость увеличивается. Все эти эффекты улучшают нефтеотдачу.

Воспламенение

Другой способ получения полезного эффекта тепла заключается в том, чтобы генерировать тепло на месте или внутри пласта.

Это может быть сделано путем впрыска кислорода (воздуха) в пласт с помощью компрессоров, а затем воспламенения смеси сырой нефти и кислорода. Продолжительное нагнетание воздуха приведет к тому, что фронт горения или зона горения распространятся, нагревая нефть и производя пар и горячие газы, которые вытесняют нефть из пласта.

Химические методы

Несколько подходов, которые улучшают коэффициент подвижности в потоке воды и уменьшают межфазное натяжение на границе раздела нефть-вода включало добавление химического вещества.

Полимерное затопление

Очевидным подходом к улучшению коэффициента подвижности было бы увеличение эффективной вязкости закачиваемой воды перед закачкой в пласт.

Это можно сделать путем добавления длинноцепочечных молекул, называемых полимерами (желеобразный компонент как в тюбике шампуня). Хотя существует много полимеров, доступных для этого подхода, наиболее экономически привлекательными примерами являются полисахариды ксантеновая камедь и полиакриламид. Полисахариды образуются под действием микроорганизмов, в то время как полиакриламиды — это синтетические химические вещества с широким диапазоном молекулярных масс и длин цепей. Полиакриламиды относительно экономичны и стабильны, но чувствительны к сдвигу и солености. В дополнение к увеличению вязкости воды и тем самым снижению коэффициента подвижности, полимерное затопление также улучшает эффективность площадной и вертикальной развертки за счет снижения относительной проницаемости для полимерного раствора. Это достигается за счет захвата молекул полимера в горловинах пор и неспособности насыщенного полимером раствора проникать в небольшие поровые каналы.

Микроэмульсия

Поверхностно-активные вещества, или поверхностно-активные вещества, представляют собой соединения, которые могут действовать для уменьшения межфазного натяжения на границе раздела нефти и воды в пласте. Моющие средства являются примерами ежедневного использования поверхностно-активных веществ, позволяющих воде вытеснять сырье и сопутствующую грязь из одежды, посуды и т. д. Снижение натяжения между двумя жидкостями повышает эффективность вытеснения потока и снижает остаточную нефтенасыщенность. Поверхностно-активные вещества обычно вводятся в водную среду в качестве компонентов в водонефтяном растворе. Этот раствор также называют микроэмульсией, или мицеллярным раствором, из-за существования мицелл, агрегатов молекул поверхностно-активных веществ, окружающих микроскопические капли масла в воде, или микроскопические капли воды в нефти.

Этот раствор вводят в пласт, как правило, в большом объеме (от 15% до 60% объема пор пласта) с низкой концентрацией или в малом объеме (от 3% до 20% объема пор пласта) с высокой концентрацией. В случае низкой концентрации снижение межфазного натяжения увеличивает масловосстановление постепенно с прохождением увеличивающихся объемов раствора поверхностно-активного вещества. В случае высокой концентрации раствор поверхностно-активного вещества быстро вытесняет воду и почти всё сырье становится разбавленным пластовыми жидкостями.

Добавление щелочи

Тот факт, что добавление гидроксида натрия (каустической соды) в нагнетательную воду улучшает нефтеотдачу многих пластов, признается уже много лет. Хотя этот процесс кажется простым и относительно недорогим, механизмы, участвующие в вытеснении нефти, сложны. В настоящее время считается, что в этом процессе действуют по меньшей мере несколько методов:

• cнижение межфазного натяжения за счет реакции каустической соды с кислотой. Кислоты встречаются в компонентах сырой нефти в более тяжелых, вязких сырых породах;
• cмачиваемость горных пород;
• эмульгирование остаточного масла и улавливание его в горловинах мелких пор для уменьшение подвижности воды;
• отделение остаточного масла в поток;
• создание едкой водная фаза, выносящей нефть из породы.

Наиболее часто используемым едким химическим веществом является гидроксид натрия, хотя были предложены ортосиликат, гидроксид аммония и другие. Реакция из породы пласта с химическим веществом является важным фактором, который должен учитывается при проектировании едкого потока.

Газовые методы

Все усовершенствованные методы добычи включают закачку вещества в пласт через одну или несколько скважин, а также добычу нефти и, возможно, в конечном счете закачиваемого газа из одной или нескольких других скважин. Эти методы различаются по характеру используемых веществ и физическим изменениям, которые они вызывают в пласте, но газ обычно играет определенную роль в вытеснении нефти.

Использование азота, или «дымовых газов», в качестве более дешевого заменителя углекислого газа или легких углеводородных смесей было испытано в лабораторных и полевых условиях. Газы сгорания из дымоходов котлов или выхлопных газов газовых двигателей состоят в основном из азота и углекислого газа и имеют больший объем, чем газ, сжигаемый для их получения. Азот не достигает смешиваемости так же легко, как углекислый газ, но он может эффективно вытеснять пластовой газ для продажи, оставляя инертный газ в породе.

В то время как смешиваемое вытеснение обещает повысить эффективность вытеснения, в большинстве случаев стоимость смешиваемой жидкости высока, и большая ее часть не подлежит восстановлению. Неоднородность сырья является важным фактором во всех методах повышения нефтеотдачи , но особенно в смешивающихся процессах вытеснения, где разрывы могут привести к необходимости применения дорогостоящих закачивающих веществ.

Количество извлеченной нефти и, очевидно, успех проекта зависит от процента сырья на месте, который контактирует и перемещается с вытесняющей жидкостью или газом.

Чтобы проверить эффективность использованного метода необходимо выполнить целый ряд геологических, геофизических, стратиграфических, седиментологических и пластовых инженерных изысканий.

Источник

Методы повышения нефтеотдачи пластов

В настоящее время выделяют несколько групп методов повышения нефтеотдачи пласта: — гидродинамические методы; — физико-химические методы; — тепловые, микробиологические и другие методы.

Гидродинамические методы

К первой группе относятся методы, которые осуществляются через изменение режимов эксплуатации скважин и, как следствие, через изменение режимов работы пласта.

Эти ме­тоды объединяются общим понятием «нестационарное заводнение» и включают в себя:
— циклическое заводнение;
— изменение направления фильтрационных потоков.
Они сравнительно просты в реализации, не требуют больших экономических затрат и получили широкое развитие.
Методы основаны на периодическом изменении режима работы залежи путем прекра­щения и возобновления закачки воды и отбора, за счет чего более полно используются ка­пиллярные и гидродинамические силы.

Это способствует внедрению воды в зоны пласта, ранее не охваченные воздействием.

Форсированный отбор жидкости применяется на поздней стадии разработки, когда об­водненность достигает более 75%.

При этом нефтеотдача возрастает вследствие увеличе­ния градиента давления и скорости фильтрации.

При этом методе вовлекаются в разработку участки пласта, не охваченные заводнением, а также отрыв пленочной нефти с поверхности породы.

Форсированный отбор — наиболее освоенный метод повышения нефтеотдачи.

При­ступать к нему следует постепенно, увеличивая дебит отдельных скважин на 30-50%, а за­тем — в 2-4 раза.

Предельное значение увеличения отбора регламентируется возможностя­ми используемого способа эксплуатации скважин.

Для осуществления форсированного от­бора необходимы насосы высокой подачи или использование газлифта.
Эксплуатация газонефтяных месторождений осложняется возможными прорывами газа к забо­ям добывающих скважин, что значительно усложняет, вследствие высокого газового фактора, их эксплуатацию.

Суть барьерного заводнения состоит в том, что нагнетательные скважины распола­гают в зоне газонефтяного контакта.

Закачку воды и отборы газа и нефти регулируют таким обра­зом, чтобы исключить взаимные перетоки нефти в газовую часть залежи, а газа — в нефтяную часть.

Очаговое заводнение — это дополнение к уже осуществленной системе законтурного заводнения или внутриконтурного.

При этом группы нагнетательных скважин размещаются на участках пласта, отстающих по интенсивности использования запасов нефти.

Физико-химические методы
Использование физико-химических методов повышения нефтеотдачи пластов — одно из наиболее перспективных направлений в процессах разработки нефтяных месторождений.

Научными организациями отрасли разработано, испытано и сдано более 60 технологий с использованием физико-химического воздействия.

Одним из методов воздействия на продуктивные пласты, особенно низкопроницаемые, является гидравлический разрыв пласта (ГРП).

Ведущее место в физико-химических методах воздействия на пласт занимает полимер­ное заводнение.

Получение композиций полимеров в сочетании с различными реагентами существенно расширяет диапазон применения полимеров.

Основное назначение полиме­ров в процессах увеличения нефтеотдачи пластов — выравнивание неоднородности продук­тивных пластов и повышение охвата при заводнении.
Существуют следующие технологии с использованием полимеров:

• полимерное заводнение (закачка оторочки) на неоднородных по проницаемости объек­тах с высоковязкой нефтью, находящихся в начальной стадии разработки;
• комплексное воздействие на продуктивные пласты полимерными гелеобразующими системами в сочетании с интенсифицирующими реагентами (ПАВы, щелочи, кислота) применяется на поздней стадии разработки;
• воздействие на пласт вязкоупругими составами (ВУС) для выравнивания профиля при­ емистости и интенсификации добычи нефти;
• циклическое полимерное заводнение с использованием раствора сшитого полиакриламида, содержащего неионогенное ПАВ;
• циклическое воздействие на продуктивный пласт лолимерсодержащими поверхностно-активными системами;
• щелочно-полимерное заводнение;
• полимерное воздействие при закачке в пласт углекислоты.

Особенно эффективен метод ВУС для пластов, характеризующихся резкой неоднород­ностью и слабой гидродинамической связью.

Данный метод выравнивает проницаемость и тем самым позволяет повысить охват пласта полимерным воздействием и снизить темпы обводнения добываемой нефти.
К модифицированным технологиям относится воздействие на обводненные продуктивные пласты полимер-дисперсной системой (ПДС) на основе ПАА суспензий глин.

Их применение заключается во внутрипластовом регулируемом образовании дисперсных вязкоупругих систем между химическими реагентами и водонефтенасыщенной породой. Это позволяет увеличить нефтеотдачу на поздней стадии разработки, когда традиционные методы малоэффективны.

Одним из эффективных методов физико-химического воздействия на пласт является ще­лочное заводнение.

Метод основан на снижении поверхностного натяжения на границе нефти с раствором щелочи.

При этом образуются стойкие водонефтяные эмульсии с высокой вязко­стью, способные выравнивать подвижность вытесняемого и вытесняющего агентов. Щелоч­ное заводнение эффективно для нефти высокой вязкости и неоднородных пластов.
Для доотмыва остаточной нефти применяется метод закачки большеобъемных оторочек поверхностно-активными веществами (ПАВ).
На завершающих стадиях разработки большое значение имеет ограничение притоков пластовой и закачиваемой воды.

Для этой цели применяются различные методы ремонтно-изоляционных работ, в результате которых не только уменьшается обводненность продукции, но и повышается охват пласта процессом выработки запасов.

Наиболее часто применяется изоляция цементом обводненных пропластков или ликвидация заколонной циркуляции.

В том случае, когда происходит прорыв воды по отдельным высокопроницаемым пропласткам, прак­тически не отделенными глинистыми перемычками от необводненных интервалов, использу­ется метод селективной (избирательной) изоляции.

Вариантами этого метода являются: при­менение кремнийорганических соединений (продукт 119-204, Акор), закачка силиката натрия (жидкое стекло), волокнисто- и полимернаполненных дисперсных систем (ВДС и ПНДС).

На современном этапе задачу повышения нефтеотдачи пластов экологически чистыми технологиями может решить метод микробиологического воздействия на пласт.

В отличие от химических реагентов, теряющих активность в результате разбавления их пластовыми водами, микроорганизмы способны к саморазвитию, т.е. размножению и усилению биохи­мической активности в зависимости от физико-химических условий среды.

Одними из приоритетных методов повышения нефтеотдачи пластов, наиболее подготов­ленными технологически и технически, являются тепловые, когда в продуктивный пласт вво­дится тепло.

При этом вязкость нефти снижается, а нефтеотдача увеличивается.

Среди теп­ловых методов воздействия на нефтяные пласты выделяют два направления:
— закачка в пласты пара и нагретой воды;
-внутрипластовое горение.
Тепловые методы целесообразно применять в пластах с вязкостью нефти более 50 мПа-с.

Источник