image

Территория Нефтегаз № 11 2016

Разработка и эксплуатация месторождений

01.11.2016 10:00 Моделирование поражения пласта взвешенными частицами при заводнении
В настоящее время большинство месторождений углеводородов в мире разрабатываются с применением заводнения как метода поддержания пластового давления и вытеснения нефти. В процессе разработки при нагнетании воды может происходить значительное изменение фильтрационно-емкостных свойств пласта. В статье рассматриваются возможные причины поражения пласта при закачке неподготовленной воды, а также оценивается их влияние на прогноз технологических показателей разработки. Основным механизмом поражения пласта при нагнетании воды является воздействие взвешенных частиц, которое заключается в блокировании устьев пор и осаждении частиц в порах. Существует несколько подходов к моделированию изменения проницаемости из-за загрязнения пласта механическими частицами, но ни один из них не позволяет полностью учитывать геологическое строение залежи и неравномерное распределение давления в пласте. Отсутствие возможности учета изменения проницаемости пласта приводит к завышению технологических показателей разработки. Поэтому предлагается алгоритм моделирования поражения пласта взвешенными частицами при заводнении с применением трехмерной гидродинамической модели. В алгоритме используется функция изменения проницаемости в зависимости от количества прокачанных поровых объемов жидкости, получаемая в результате проведения лабораторных исследований на образцах керна. Алгоритм был апробирован при моделировании разработки месторождения, характеризующегося высокой неоднородностью фильтрационно-емкостных свойств. Возможность учета механизмов поражения пласта при оценке технологических показателей разработки залежи позволит запланировать и реализовать мероприятия, направленные на снижение негативных эффектов от нагнетания неподготовленной воды.
Ключевые слова: ухудшение фильтрационных свойств пласта при заводнении, снижение приемистости, моделирование разработки месторождений, подготовка воды для нагнетания в пласт, загрязнение пласта механическими частицами.
Ссылка для цитирования: Демидов А.В., Пятибратов П.В. Моделирование поражения пласта взвешенными частицами при заводнении // Территория «НЕФТЕГАЗ». 2016. № 11. С. 97–102.
Открыть PDF


В нефтяной промышленности существует большой выбор методов, направленных на повышение коэффициента извлечения нефти. Одним из наиболее популярных методов, позволяющих обеспечить вытеснение нефти и поддержание пластового давления, является заводнение. Его популярность объясняется несколькими причинами:

• доступностью агентов нагнетания;

• относительной простотой реализации;

• относительно высокой нефтеотдачей.

При этом нагнетаемая вода требует предварительной подготовки перед закачкой в пласт, так как неподготовленная вода может привести к необратимому снижению фильтрационно-емкостных свойств (ФЕС) пласта и приемистости скважин. Основные причины ухудшения фильтрационно-емкостных свойств при закачке воды могут быть разделены на несколько групп по типу воздействия [4, 11] (табл.).

Ухудшение фильтрационных свойств пласта при нагнетании неподготовленной воды существенным образом влияет на технологические показатели разработки. При этом на сегодняшний день основным инструментом прогнозирования технологических показателей разработки является трехмерное гидродинамическое моделирование. Отсутствие возможности учета большинства представленных причин снижения ФЕС при моделировании приводит к получению завышенных прогнозных технологических показателей разработки.

Известно несколько работ отечественных [3] и зарубежных авторов [5], направленных на учет снижения продуктивности за счет различных процессов, возникающих при нагнетании воды. Например, в работе [2] определение степени ухудшения фильтрационных свойств, а также форма зоны поражения пласта определяются по параметрам, замеряемым на устье скважины. В работе [5] модифицированные значения ФЕС используются при расчете уравнений материального баланса. Однако существующие подходы не позволяют в полной мере учесть сложные процессы фильтрации флюидов, происходящие в пласте при наличии высокой неоднородности ФЕС, а также при неравномерном распределении давления в залежи. Поэтому в статье предлагается подход, который позволяет использовать гидродинамические симуляторы для учета механизмов поражения пласта при прогнозировании технологических показателей разработки.

В работе [2] проводится комплексный анализ причин ухудшения проницаемости при нагнетании воды и делается вывод, что основным механизмом поражения пласта является воздействие взвешенных частиц, которое заключается в осаждении частиц в порах и, следовательно, снижении площади поперечного сечения фильтрационных каналов [1]. При превышении определенного размера частиц возможна полная блокировка каналов (рис. 1) [5].

Динамика снижения проницаемости может быть разной в зависимости от концентрации и размеров взвешенных частиц, содержащихся в нагнетаемой воде. При закупоривании поровых каналов крупными частицами происходит достаточно резкое снижение проницаемости (рис. 2), в то время как осаждение частиц в порах пласта характеризуется более плавным изменением фильтрационных свойств (рис. 3). Разные процессы снижения проницаемости при нагнетании воды c содержанием взвешенных частиц подтверждаются в работах различных специалистов, занимавшихся данной проблемой [10].

Требования к качеству подготовки нагнетаемой воды определяются в лабораторных условиях на образцах керна, однако, к сожалению, не всегда нефтегазовые компании проводят подобные исследования, даже когда это необходимо. По этой причине в работе [4] был проведен анализ с целью выявления диапазонов размеров частиц в зависимости от проницаемости пород, которые обусловливали бы тот или иной процесс снижения фильтрационных свойств. По результатам анализа в работе [8] сделан вывод, что резкое снижение проницаемости возможно, когда средний размер частиц превышает , где k – проницаемость образца керна. Снижение проницаемости за счет осаждения частиц внутри образца происходит при размере частиц, находящихся в диапазоне  – . Предлагаемые зависимости могут быть использованы как экспресс-метод оценки возможного поражения пласта, но для получения более точных данных по конкретному месторождению рекомендуется проводить лабораторные исследования на образцах керна.

Результаты лабораторных исследований керна показывают, что проницаемость может снижаться в значительной мере при нагнетании воды низкого качества, что, соответственно, приведет к снижению приемистости нагнетательных скважин, а также к закупориванию фильтрационных каналов в межскважинном пространстве. Результатом загрязнения пласта при закачке неподготовленной воды может являться снижение эффективности системы поддержания пластового давления, падение темпов отбора нефти и изменение охвата пласта воздействием.

Для повышения точности прогнозирования технологических показателей разработки при заводнении был разработан подход, позволяющий учесть снижение фильтрационных свойств на основе использования опции закачки трассеров и расчета объемов жидкости, фильтрующейся через грани ячеек в гидродинамическом симуляторе. Подключение опции закачки трассеров позволяет определить долю воды в ячейке с содержанием взвешенных частиц, в то время как расчет объемов перетоков жидкости через грани ячеек позволяет сделать вывод о количестве прокачанных поровых объемов. Для оценки степени снижения фильтрационных свойств используется зависимость проницаемости от количества прокачанных объемов жидкости через образец керна, получаемая в ходе лабораторных исследований.

Предлагаемый алгоритм учета механизмов снижения проницаемости пласта при нагнетании воды приведен на рис. 4.

Разработанный алгоритм позволяет учесть снижение ФЕС при закачке воды с содержанием взвешенных частиц. Реализация алгоритма требует значительного количества итераций, число которых для различных месторождений будет отличаться и определяется размером шага. Для автоматизации данного процесса был разработан макрос на языке программирования VBA на базе MSExcel, который позволяет обрабатывать данные расчета гидродинамического моделирования, проводить оценку снижения ФЕС в зависимости от прокачанных поровых объемов, модифицировать распределение проницаемости и запускать новый расчет.

Предлагаемый подход был апробирован для условий месторождения с высокой степенью неоднородности фильтрационно-емкостных свойств, где применяется заводнение. Проницаемость пород в модели варьирует от 0,1.10-3 мкм2 до 2,5 мкм2, что приводит к неравномерной выработке запасов углеводородов и нагнетанию значительных объемов воды в наиболее проницаемые части пласта. В исследовании рассматривались два сценария:

• базовый вариант – без учета влияния качества нагнетаемой воды на технологические показатели разработки;

• вариант 1 – с использованием предлагаемого алгоритма для учета низкого качества нагнетаемой воды.

Для нагнетания воды в пласт на месторождении сформированы несколько рядов нагнетательных скважин, при этом проект разработки не предполагает 100%-й компенсации отборов закачкой.

При моделировании использовалась зависимость проницаемости от количества прокачанных поровых объемов воды, представленная на рис. 5 [7].

Сравнение технологических показателей проводилось за 15-летний период разработки.

В рассмотренном примере моделирование заводнения с учетом поражения пласта взвешенными частицами приводит к снижению прогнозируемой накопленной добычи нефти более чем на 4 %. Основная причина снижения темпа отбора запасов связана со снижением приемистости нагнетательных скважин и снижением проницаемости в межскважинном пространстве. Наиболее сильная степень поражения пласта наблюдается в районе нагнетательных скважин (рис. 7), так как через эту часть пласта фильтруется наибольший объем нагнетаемой жидкости.

 

Выводы

Закачка воды с содержанием взвешенных частиц может приводить к снижению проницаемости пласта и оказывать существенное влияние на технологические показатели разработки. Наибольшему загрязнению подвержены зоны пласта в районе нагнетательных скважин, это обусловливает снижение их приемистости и темпов отбора запасов нефти. Разработанный алгоритм позволяет оценить влияние нагнетания воды с взвешенными частицами на динамику технологических показателей разработки. Возможность учета механизмов повреждения пласта при прогнозировании технологических показателей разработки залежи позволит запланировать и реализовать мероприятия, направленные на снижение негативных последствий закачки воды низкого качества.


Основные причины ухудшения ФЕС при закачке воды

The main reasons for the deterioration of reservoir properties (FES) for water injection

Тип воздействия/взаимодействия

Impact/interaction type

Причины ухудшения ФЕС при закачке воды

Formation damage processes due to water injection

Механическое воздействие

Mechanical effects

Загрязнение пласта механическими частицами, содержащимися
в нагнетаемой воде

Clogging of the pore space with fine particles containing in injected
water

Перенос/перераспределение частиц, находящихся в пласте, в том числе в результате разрушения скелета породы, при высоких скоростях фильтрации

Transfer / redistribution of the particles in the formation, including the destruction of the rock skeleton at high filtration velocities

Взаимодействие нагнетаемых флюидов с породой

Interaction of injected fluids with the reservoir rock

Набухание глин

Clays swelling

Растворение минералов, составляющих горные породы

Minerals dissolving in the rocks

Химическая адсорбция/изменение смачиваемости

Chemical adsorption/wettability variation

Биологическое воздействие

Biological effects

Деятельность колоний бактерий

Activity of bacteria colonies

Взаимодействие нагнетаемого и пластового флюидов

Interaction of injected and formation fluids

Выпадение нерастворимого осадка

Settlement of the insoluble residue

Образование внутрипластовых эмульсий

Intrastratal emulsions formation

Термическое воздействие

Thermal effects

Формирование отложений асфальтенов/парафинов

Formation of asphaltene/paraffin deposits

 



← Назад к списку


im - научные статьи.