Увеличение производительности скважин на нефть

С течением времени дебит и производительность нефтяных и газовых скважин естественным образом снижаются. Это происходит из-за постепенного уменьшения пластового давления и энергии пласта, необходимой для подъема жидкости и газа на поверхность.

Производительность скважины определяется объемом нефтепродуктов, добываемых за определенный период — будь то часы, месяцы или годы. Важными факторами являются вязкость продукта, разница давлений в пластах и призабойной зоне (области вокруг фильтра, прилегающей к зоне высокой проницаемости). В случае снижения производительности или изначально низких показателей, используются как традиционные, так и современные методы повышения эффективности.

Производительность скважин уменьшается из-за ухудшения проницаемости пород. Это может происходить вследствие закупорки пор смолистыми и парафинистыми отложениями, а также механическими частицами из пласта.

Для повышения экономической эффективности и минимизации капитальных затрат, срок разработки месторождения делится на три этапа:

1 этап: Максимальное использование естественной энергии пласта (упругая энергия, энергия растворенного газа, законтурных вод, газовой шапки и гравитационные силы).

2 этап: Поддержание пластового давления закачкой воды или газа, что принято называть вторичными методами.

3 этап: Применение методов увеличения нефтеотдачи (МУН) для повышения эффективности разработки месторождений.

Традиционные методы часто не способны обеспечить достаточную продуктивность, несмотря на растущее потребление нефти. Здесь на помощь приходят новые технологии повышения нефтеотдачи, которые могут добыть нефть там, где традиционные методы уже не работают, оставляя значительные запасы нетронутыми. Исследования показывают, что остаточные залежи нефти в месторождениях составляют около 55−70% от первоначальных запасов.

Одним из наиболее эффективных методов является гидравлический разрыв пласта (ГРП). Этот метод создает множество трещин в горных породах, расширяя дренируемую зону и увеличивая производительность скважин. ГРП повышает рентабельность добычи нефти и сокращает затраты на бурение.

Современные технологии способны значительно улучшить извлечение нефти, особенно в тех месторождениях, где традиционные методы уже не работают. Таким образом, постоянное совершенствование методов добычи и использование инновационных технологий являются ключом к повышению эффективности и рентабельности в нефтяной отрасли.

Для стабилизации уровня добычи нефти и газа применяются различные методы воздействия на призабойную зону пласта, которые позволяют повысить нефтеотдачу и сохранить производительность скважин. Эти методы можно разделить на несколько категорий.

Химические методы

Химические методы включают использование водных растворов поверхностно-активных веществ (ПАВ) для улучшения вытеснения нефти. Растворы полимеров применяются для повышения вязкости воды, что способствует лучшему вытеснению нефти из пласта. Щелочные растворы взаимодействуют с органическими кислотами в нефти, которые улучшают вытеснение. Кислотные растворы растворяют породы, увеличивая их проницаемость. Также используются различные химические композиции, включая мицеллярные растворы. Микробиологическое воздействие предполагает применение микроорганизмов для повышения нефтеотдачи.

Механические методы

Механические методы включают гидроразрыв пласта, который создает трещины в породе для увеличения дренируемой зоны. Горизонтальные скважины бурятся для увеличения площади контакта с продуктивным пластом. Электромагнитное воздействие использует электромагнитные поля для увеличения проницаемости породы, а волновое воздействие улучшает условия извлечения нефти.

Тепловые методы

Тепловые методы включают паротепловое воздействие на пласт, при котором вводится пар для нагрева и уменьшения вязкости нефти. Внутрипластовое горение создается внутри пласта для повышения температуры и давления. Вытеснение нефти горячей водой предполагает закачку горячей воды для уменьшения вязкости нефти. Пароциклические обработки скважин предполагают циклическое введение пара для повышения нефтеотдачи.

Газовые методы

Газовые методы включают закачку воздуха в пласт для увеличения давления. Воздействие на пласт углеводородным газом, включая ШФЛУ, также применяется для повышения нефтеотдачи. Закачка CO2 увеличивает давление и уменьшает вязкость нефти. Также используются азот и дымовые газы для повышения давления и эффективности добычи.

Комплексные методы

Комплексные методы сочетают несколько подходов для достижения максимальной эффективности.

Физические методы увеличения дебита скважин

Физические методы не следует путать с методами увеличения нефтеотдачи, так как они чаще всего приводят к временному увеличению добычи за счет использования естественной энергии пласта. Эти методы включают гидроразрыв пласта, бурение горизонтальных скважин, электромагнитное и волновое воздействие на пласт, а также другие аналогичные методы. Физические методы часто применяются для временного увеличения добычи, не влияя на конечную нефтеотдачу пласта.

Тепловые методы применяются для удаления парафина и смол со стенок поровых каналов и для усиления химических методов обработки призабойных зон. Эти методы направлены на увеличение притока нефти и повышение продуктивности скважин посредством искусственного повышения температуры в их стволе и призабойной зоне. Они особенно эффективны при добыче высоковязких парафинистых и смолистых нефтей, так как прогрев способствует разжижению нефти и расплавлению осадков.

Паротепловое воздействие

Паротепловое воздействие на пласт заключается в нагнетании пара в пласт через специальные скважины. Пар нагревает пласт и снижает вязкость нефти. Благодаря большой теплоемкости, пар вносит значительное количество тепловой энергии, необходимой для нагрева и расширения насыщенных агентов — нефти, воды и газа. Это приводит к образованию трех зон: зона пара вокруг нагнетательной скважины, зона горячего конденсата и зона с начальной пластовой температурой.

Внутрипластовое горение

Метод внутрипластового горения основывается на способности углеводородов вступать в окислительную реакцию с кислородом воздуха, выделяя большое количество тепла. Этот процесс начинается вблизи забоя нагнетательной скважины и поддерживается непрерывным нагнетанием воздуха, что позволяет перемещать фронт горения по пласту. Использование теплоты, генерируемой в пласте, значительно повышает эффективность вытеснения нефти, особенно при добавлении воды к нагнетаемому воздуху, что улучшает теплоперенос.

Влажное горение

Влажное внутрипластовое горение заключается в закачке воды вместе с воздухом в пласт. Вода испаряется при соприкосновении с нагретой породой, а пар переносит теплоту в область перед фронтом горения. Это способствует развитию обширных зон прогрева, что увеличивает эффективность процесса извлечения нефти.

Пароциклические обработки скважин

Циклическое нагнетание пара в пласты, или пароциклические обработки добывающих скважин, проводится периодическим нагнетанием пара в нефтяной пласт через добывающие скважины с последующей выдержкой их в закрытом состоянии и последующей эксплуатацией. Это позволяет прогреть пласт, снизить вязкость нефти и повысить давление, что облегчает условия фильтрации и увеличивает приток нефти к скважинам. Процессы в пласте включают противоточную капиллярную фильтрацию и перераспределение нефти и воды в микронеоднородной среде, что является основой эффективного извлечения нефти при пароциклическом воздействии.

Закачка воздуха в пласт

Метод закачки воздуха в пласт основан на использовании низкотемпературных внутрипластовых окислительных процессов, которые преобразуют воздух в эффективные вытесняющие агенты. В результате окисления непосредственно в пласте образуется газовый агент, содержащий азот, углекислый газ и широкие фракции легких углеводородов (ШФЛУ).

К основным преимуществам метода относятся:

• Использование доступного и недорогого агента — воздуха.
• Использование природной энергетики пласта, такой как повышенная пластовая температура (свыше 60−70°С), для инициирования внутрипластовых окислительных процессов и формирования высокоэффективного вытесняющего агента.

Быстрое начало окислительных процессов способствует эффективной организации закачки воздуха на месторождениях с легкой нефтью, так как интенсивность реакций возрастает с повышением температуры.

Воздействие на пласт углекислым газом

Двуокись углерода (СО2) хорошо растворяется в воде и нефти, причем ее растворимость в воде увеличивается с повышением давления и уменьшается с повышением температуры. При растворении СО2 в воде, образуется угольная кислота (H2CO3), которая растворяет цемент и породы пласта, улучшая их проницаемость. Это снижает набухаемость глиняных частиц и способствует отмыву пленочной нефти, покрывающей зерна породы.

Когда СО2 растворяется в нефти, вязкость нефти уменьшается, плотность увеличивается, а объем нефти значительно возрастает. Такое набухание нефти и снижение ее вязкости способствуют улучшению нефтеотдачи. При пластовом давлении выше давления полного смешивания пластовой нефти с СО2, углекислый газ будет действовать как обычный растворитель, вытесняя нефть.
Воздействие на пласт азотом и дымовыми газами

Метод воздействия азотом и дымовыми газами основан на горении твердых порохов в жидкости. Он сочетает тепловое, механическое и химическое воздействия:

• Образующиеся при горении газы под высоким давлением вытесняют жидкость из ствола скважины в пласт, создавая и расширяя трещины.
• Нагретые пороховые газы (до 180−250°С) расплавляют парафин, смолы и асфальтены в пласте.
• Газообразные продукты горения, состоящие в основном из хлористого водорода и углекислого газа, взаимодействуют с водой, образуя слабоконцентрированный солянокислотный раствор. Углекислый газ, растворяясь в нефти, снижает ее вязкость и поверхностное натяжение, что повышает продуктивность скважины.

Физические методы

Физические методы направлены на удаление из призабойной зоны скважины остаточной воды и мелкодисперсных частиц, что способствует увеличению проницаемости пород для нефти.

Кислотные обработки

Кислотные обработки скважин базируются на способности кислот растворять определенные виды горных пород. Это приводит к очистке и расширению поровых каналов, повышению их проницаемости и, соответственно, увеличению производительности скважин. При обработке пласта соляной кислотой она реагирует с породой на стенках скважины и в поровых каналах, не увеличивая диаметр скважины, но расширяя поровые каналы и очищая их от растворимых в кислоте материалов. Эксперименты показывают, что кислота может создавать узкие каверны, значительно увеличивая область дренирования скважин и их дебиты.

Соляные кислоты иногда содержат окислы железа, которые могут выпасть в осадок и закупорить поры пласта. Для предотвращения этого в раствор добавляют стабилизаторы, такие как уксусная кислота. Также для облегчения удаления продуктов реакции из пласта в кислоту добавляют интенсификаторы, снижающие поверхностное натяжение и улучшающие условия смачивания пород нефтью.

Химические методы увеличения нефтеотдачи

Химические методы увеличения нефтеотдачи (МУН) применяются для дополнительного извлечения нефти из истощенных и заводненных пластов. Эти методы эффективны для залежей с низкой вязкостью нефти, низкой соленостью воды и карбонатными коллекторами с низкой проницаемостью.

Вытеснение нефти водными растворами ПАВ

Заводнение водными растворами поверхностно-активных веществ (ПАВ) направлено на снижение поверхностного натяжения на границе «нефть — вода», что увеличивает подвижность нефти и улучшает ее вытеснение водой. Благодаря улучшению смачиваемости породы водой, она равномернее движется по пласту и эффективнее вытесняет нефть.

Вытеснение нефти полимерными растворами

Полимерное заводнение предполагает растворение в воде высокомолекулярного полимера (полиакриламида), который существенно повышает вязкость воды даже при малых концентрациях, снижая ее подвижность. Это приводит к уменьшению разницы вязкостей нефти и воды, предотвращая прорыв воды через пласт. Полимерные растворы лучше вытесняют не только нефть, но и связанную пластовую воду, вступая в взаимодействие со скелетом пористой среды и ухудшая фильтрацию воды.

Вытеснение нефти щелочными растворами

Метод щелочного заводнения основан на взаимодействии щелочей с нефтью и породой. Щелочь реагирует с органическими кислотами в нефти, образуя поверхностно-активные вещества, которые снижают межфазное натяжение и увеличивают смачиваемость породы водой. Это приводит к повышению коэффициента вытеснения нефти водой.

Вытеснение нефти композициями химических реагентов

Мицеллярные растворы представляют собой однородные и устойчивые к фазовому разделению жидкости, способные устранять капиллярные силы и эффективно вытеснять нефть и воду. При вытеснении остаточной нефти перед фронтом мицеллярного раствора разрозненные глобулы нефти сливаются в непрерывную фазу, создавая вал нефти, который эффективно вытесняет нефть и пропускает воду. Мицеллярный раствор, следуя за водяным валом, увлекает оставшуюся нефть и вытесняет воду, что позволяет значительно повысить нефтеотдачу.

Микробиологическое воздействие в нефтедобыче

Микробиологические технологии в нефтедобыче основаны на использовании биологических процессов с участием микроорганизмов. В ходе процесса микроорганизмы, введенные в пласт, метаболизируют углеводороды нефти и выделяют полезные продукты жизнедеятельности:

• Спирты, растворители и слабые кислоты: эти продукты снижают вязкость нефти, уменьшают температуру ее текучести, а также помогают удалить парафины и включения тяжелой нефти из пористых пород, что увеличивает проницаемость пород.
• Биополимеры: они повышают плотность воды, что упрощает извлечение нефти при использовании технологии заводнения.
• Биологические поверхностно-активные вещества: делают поверхность нефти скользкой, что уменьшает трение о породы.
• Газы: увеличивают давление внутри пласта и помогают перемещать нефть к стволу скважины.

Гидродинамические методы увеличения нефтеотдачи

Гидродинамические методы при заводнении помогают усилить текущую добычу нефти, повысить степень извлечения нефти и уменьшить объемы прокачиваемой через пласты воды, что приводит к снижению обводненности добываемой жидкости.

Интегрированные технологии

Интегрированные технологии представляют собой специализированные подходы, направленные на выборочную интенсификацию добычи нефти. Они включают в себя организацию вертикальных перетоков в слоисто-неоднородном пласте через перемычки из низкопроницаемых слоев в высокопроницаемые. Это достигается за счет особого режима нестационарного воздействия.

Барьерное заводнение на газонефтяных залежах

В процессе эксплуатации газонефтяных месторождений возникают сложности из-за возможных прорывов газа к забоям добывающих скважин, что значительно усложняет их работу из-за высокого газового фактора. Барьерное заводнение представляет собой метод, при котором нагнетательные скважины размещаются в зоне газонефтяного контакта. Контроль за закачкой воды и отбором газа и нефти осуществляется таким образом, чтобы избежать перемешивания нефти и газа внутри залежи.

Нестационарное (циклическое) заводнение

Этот метод заключается в изменении направления потоков жидкости в пластах с неоднородностью по проницаемости и нефтенасыщенности. Закачка воды и отбор нефти происходят через дискретные точки — скважины — с изменением объемов нагнетания и отбора в определенном порядке. Это создает нестационарное давление, вызывая перепады давления между нефтенасыщенными и заводненными зонами, что способствует перераспределению жидкостей в пласте.

Форсированный отбор жидкости

Применяется на поздних стадиях разработки, когда обводненность превышает 75%. Увеличивается нефтеотдача за счет увеличения градиента давления и скорости фильтрации. Технология включает в себя разработку участков пласта, не заводненных, и отрыв пленочной нефти с поверхности породы.

Гидравлический разрыв пласта

Этот метод создает трещины в горных породах за счет давления, создаваемого на забое скважины при закачке в породы вязкой жидкости. Применяется в низкопроницаемых пластах, где трещины обеспечивают выработку слабодренируемых зон, увеличивая нефтеотдачу.

Горизонтальные скважины

Строительство горизонтальных скважин увеличивает контакт продуктивного пласта со скважиной, повышая нефтеотдачу за счет большей площади контакта.

Электромагнитное воздействие

Этот метод основан на использовании внутренних источников тепла, возникающих при воздействии на пласт высокочастотного электромагнитного поля. Это способствует деэмульсации нефти, снижению температуры начала кристаллизации парафина и увеличению давления в пласте.

Волновое воздействие на пласт

Технология волнового воздействия создает трещины в нефтяном пласте, увеличивая его проницаемость и улучшая нефтеотдачу. Она применяется в низкопроницаемых зонах для повышения производительности скважин.