Исследование процессов разработки нефтяных коллекторов низкоминерализованным заводнением на основе моделирования (на примере месторождений Республики Татарстан)

Применение воды для нефтевытеснения и поддержания пластового давления (ППД) является одним из наиболее распространенных методов разработки нефтяных месторождений. Заводнение применяют по всему миру уже более 100 лет, однако исследования в этой области продолжают развиваться. 

При закачке в пласт воды с измененными относительно пластовой воды характеристиками, что достаточно распространено, в системе порода-флюиды происходят физико-химические процессы, нарушающие равновесное состояние, в котором пребывала система продолжительное время. Это может оказать значительное влияние на нефтеотдачу и темпы отбора нефти. Одним из частных случаев заводнения является низкоминерализованное заводнение. Под низкоминерализованной (здесь и далее) понимается вода с поверхностных источников (рек, озер и т.д.), подготовленная для целей ППД, а под высокоминерализованной – пластовая или сточная вода. Нередко закачка низкоминерализованной воды приводит к снижению проницаемости коллекторов, что в большинстве случаев объясняют набуханием глин. Однако, исследования Казанского Федерального Университета (КФУ) [23] показывают, что в коллекторах месторождений Республики Татарстан (РТ), залегающих на глубине более 1,5 км, набухающие глины в основном отсутствуют. При этом основной причиной снижения проницаемости является миграция естественных мелкодисперсных глинистых частиц. 

В РТ достаточно много месторождений, где велась и ведётся закачка низкоминерализованной воды, но методик проведения исследований и оценки влияния закачки такой воды на разработку и прирост нефтеотдачи не разработано. 

Для терригенных, достаточно выработанных коллекторов РТ, одной из основных проблем является высокая обводнённость продукции скважин, а для карбонатных коллекторов – низкая эффективность заводнения ввиду трещиноватости, гидрофобности, неоднородности пластов и часто высокой вязкости нефти. Данные проблемы являются важными и актуальными, требуют выработки новых подходов к разработке нефтяных коллекторов заводнением. Правильно спроектированное заводнение, только лишь с точки зрения минерализации закачиваемой воды, как показали многие зарубежные исследования, способно снизить скорость обводнения продукции скважин, повысить темпы отбора нефти и нефтеотдачу пласта. 

Проблемы повышения эффективности разработки нефтяных коллекторов РТ низкоминерализованным заводнением являются актуальной научно-технической задачей. Этому вопросу и посвящена данная работа.

Основные задачи исследований 

Изучение особенностей физико-химических процессов, происходящих в системе порода-нефть-вода при закачке низкоминерализованной воды. 

Разработка аналитической модели вытеснения нефти низкоминерализованной водой из трещинно-поровых карбонатных коллекторов с фиксированным размером блока и с последовательными зонами различной трещиноватости. 

Разработка методики оценки прироста нефтеотдачи от закачки низкоминерализованной воды по сравнению с высокоминерализованной для коллекторов с эффектами миграции частиц и гидрофилизации поверхности пор. Изучение особенностей относительных фазовых проницаемостей при закачке низкоминерализованной воды. 

Исследования процессов разработки нефтяных коллекторов с учетом фактически закачанных объёмов низкоминерализованной воды для терригенных отложений кыновско-пашийского горизонта Первомайского месторождения, тульскобобриковского горизонта Бастрыкского месторождения, карбонатных коллекторов башкирского яруса Ромашкинского и Архангельского месторождений.

Для решения поставленных задач использовались теоретические исследования, математические модели фильтрации коллоидных жидкостей, промысловые данные, данные по исследованиям скважин, цифровые модели залежей.

Научная новизна выполненной работы 

Установлено наличие экстремума зависимости относительной фазовой проницаемости по воде от водонасыщенности, а именно её снижение на завершающей стадии нефтевытеснения для кыновско-пашийских и тульско-бобриковских отложений при миграции глинистых частиц под воздействием низкоминерализованной воды. 

Для терригенных кыновско-пашийских и тульско-бобриковских отложений получены зависимости абсолютной проницаемости от минерализации закачиваемой воды и относительной фазовой проницаемости по воде от концентрации в пласте закачанной низкоминерализованной воды. 

Для карбонатных башкирских коллекторов получены зависимости, в т.ч. при различных температурах, контактного угла смачивания от минерализации закачиваемой воды и остаточной нефтенасыщенности от концентрации в пласте закачанной низкоминерализованной воды. 

Установлено, что при обводнённости добывающих скважин от 20 до 90% повышается степень нефтеизвлечения при закачке низкоминерализованной воды в терригенные кыновско-пашийские отложения, содержащие способные к миграции глинистые частицы, по сравнению с закачкой высокоминерализованной воды. 

Для карбонатных коллекторов башкирского яруса установлено, что с увеличением вязкости нефти, скорость гидрофилизации поверхности пор и пропитка породы снижаются при воздействии низкоминерализованной воды. <...>