Экспериментальное обоснование методов подготовки агентов для вытеснения вязкой нефти тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 25.00.17, кандидат технических наук Рассохин, Андрей Сергеевич

• Рассохин, Андрей Сергеевич
• кандидат технических наук
• 2009

Оглавление диссертации кандидат технических наук Рассохин, Андрей Сергеевич

Введение.

Глава 1. Анализ проблем разработки запасов вязких нефтей.

Постановка задач исследований.

1.1. Факторы негативного влияния на нефтеотдачу пласта.

1.2. Краткий обзор опубликованных результатов экспериментальных исследований агентов для вытеснения вязких нефтей.

1.3. Анализ опыта разработки запасов нефти нефтегазовых и нефтегазоконденсатных месторождений.

Выводы.

Глава 2. Исследование реологических особенностей одно- и двухфазных флюидов в связи с обоснованием выбора эффективных агентов для вытеснения вязких нефтей при разработке подгазовых оторочек.

2.1. Выявление принципиальных особенностей флюидов как эффективных агентов для вытеснения вязких нефтей.

2.2. Исследование реологических свойств одно- и двухфазных флюидов -потенциальных агентов для вытеснения вязких нефтей.

2.2.1. Растворы полиакриламида. Метод стабилизации вязкости раствора.

2.2.2. Водогазовые смеси. Метод выбора состава двухфазной водогазовой смеси для эффективного вытеснения вязкой нефти.

Выводы.

Глава 3. Методика моделирования процесса вытеснения нефти.

3.1. Алгоритм моделирования.

3.2. Методика физического моделирования процессов вытеснения нефти .56 Выводы.

Глава 4. Результаты экспериментальных исследований.

Выводы.

Глава 5. Обоснование рекомендаций по использованию результатов работы при разработке НГКМ (на примерах конкретных объектов).

5.1. Некоторые условия реализации рекомендаций работы.

5.2. Рекомендации по разработке подгазовой оторочки нефти сеноманской залежи Тазовского НГКМ.

5.3. Рекомендации по разработке нефтяной оторочки ботуобинской залежи

Чаяндинского НГКМ.

Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Экспериментальное обоснование методов подготовки агентов для вытеснения вязкой нефти»

Актуальность темы

Основные запасы нефти сосредоточены в недрах нефтяных и нефтегазовых месторождений. В то же время значительными запасами нефти обладают нефтегазоконденсатные месторождения (НГКМ) - объекты разработки предприятиями газодобывающей отрасли промышленности.

При разработке газовых месторождений - в большинстве случаев в режиме истощения - из недр извлекают до 85 - 90 % начальных запасов, реже удается извлечь до 95 %. Только в случае плотных низкопроницаемых пород-коллекторов газоотдача может составить лишь порядка 20 - 25 %. В то же время на извлечение нефти влияют не только характеристика вмещающих пород, но в значительно большей степени свойства нефти как флюида. Если вязкость пластового газа определяется величинами в сотые доли мПа-с, то вязкость нефти, как правило, выше на два-три порядка. При разработке нефтяных месторождений в режиме истощения коэффициенты извлечения нефти (КИН) даже из неплотных коллекторов не превышают 15-20 %.

К наиболее сложным видам запасов следует отнести запасы вязких нефтей (с вязкостью >10 мПа-с). Запасы вязких нефтей в России весьма значительны, по некоторым оценкам порядка 10 млрд. т. В данной работе объектом исследования являются нефти, вязкость которых в пластовых условиях находится в диапазоне 10-60 мПа-с. КИН при разработке залежей подобных нефтей в режиме истощения не превышают 10 - 12 %, причем для подгазовых залежей таких нефтей типичны КИН порядка 1 - 2 %.

В большинстве случаев эксплуатацию месторождений с нефтями маловязкими (вязкость менее 10 мПа-с) осуществляют с нагнетанием в пласт иногда сжатого газа, чаще - воды (вязкость воды порядка 1 мПа-с). Подобные способы дают возможность повысить КИН в среднем до 25 - 30 и до 38-41 % соответственно. В последний период времени для вытеснения нефти исследуется возможность использования двухфазных смесей в качестве вытесняющих нефть агентов. Результаты экспериментов свидетельствуют об эффективности таких смесей.

Вытеснение газом или водой вязких нефтей не дает существенного увеличения КИН по сравнению с режимом истощения, поскольку маловязкие агенты вскоре после начала воздействия на пласт прорываются к забоям нефтяных скважин и извлечение нефти практически прекращается. Как известно, для достаточно эффективного извлечения вязких нефтей необходимо использовать агенты, вязкость которых превышает вязкость нефти не менее чем в 1,5-2 раза. Наибольший эффект при вытеснении обеспечивается в тех случаях, когда величина соотношения вязкостей агента и нефти достигает трех (дальнейшее увеличение соотношения влияет незначительно).

В опытном масштабе для вытеснения нефтей, в том числе вязких, используются водные растворы полимеров, наиболее распространенным из которых является полиакриламид (ПАА). Испытываются технологии, предусматривающие вытеснение нефти водогазовыми смесями (ВГС), однако, во всех случаях процессы осуществляются до настоящего времени при разработке залежей нефти, вязкость которой ниже 10 мПа-с.

Анализ показывает, что к числу причин, ограничивающих масштабы разработки запасов вязких нефтей и использования соответствующих технологий относятся, в частности, отсутствие методов подготовки полимерных растворов (раствора ПАА) со стабильной реологической характеристикой (вязкостью), отсутствие информации о возможностях использования двухфазных смесей в качестве агентов для вытеснения вязких нефтей, и отсутствие метода выбора состава двухфазных агентов. Чрезвычайно ограничены масштабы экспериментальных исследований эффективности вытеснения нефти нетрадиционными агентами, в том числе достаточно доступными.

В связи с изложенным, экспериментальное обоснование методов подготовки одно- и двухфазных агентов для вытеснения вязких нефтей является актуальной темой исследований.

Цель работы

Обосновать по результатам физических экспериментов методы подготовки одно- и двухфазных агентов для повышения эффективности вытеснения вязких нефтей.

Объект исследования

В качестве объектов исследования выбраны полимерные растворы (растворы ПАА) и двухфазные при пластовых условиях смеси (смеси воды с углеводородным газом), а также модели нефтей с вязкостью выше 10 мПа-с.

Основные задачи исследований:

1. По результатам экспериментов обосновать метод приготовления полимерного раствора со стабильной во времени вязкостью как эффективного агента для вытеснения вязкой нефти.

2. Обосновать метод выбора состава двухфазной водогазовой смеси и подготовки ее к использованию как эффективного вытесняющего вязкую нефть агента.

3. С использованием результатов физического моделирования оценить эффективность исследованных флюидов при использовании в качестве агентов для вытеснения вязких нефтей.

Научная новизна

В работе на основе результатов экспериментальных исследований установлено определяющее влияние степени дисперсности полимера (ПАА) в растворителе (воде) на стабильность вязкости разбавленного раствора полимера во времени.

Разработан метод выбора состава двухфазной водогазовой смеси по результатам измерения гидродинамического сопротивления модели продуктивного пласта на примере фильтрующейся смеси воды и метана.

По результатам экспериментов выбран состав водометановой смеси и путем физического моделирования установлена ее эффективность как агента для вытеснения в том числе вязких нефтей.

Защищаемые положения:

1. Метод стабилизации вязкости водного раствора полиакриламида.

2. Метод выбора состава двухфазной водогазовой смеси в качестве агента для вытеснения вязкой нефти.

3. Экспериментальное обоснование эффективности вытеснения вязкой нефти водным раствором полиакриламида и двухфазной водометановой смесью.

Практическая значимость результатов работы

Предложенные метод стабилизации вязкости водного раствора полиакриламида как вытесняющего вязкую нефть агента, метод выбора состава двухфазных агентов, результаты оценки эффективности раствора полиакриламида и двухфазной водометановой смеси при вытеснении вязких нефтей, результаты оценки масштабов влияния пройденного фронтом агента расстояния на коэффициент вытеснения нефти - имеют практическое значение для организации предпроектных исследований и выбора способа разработки месторождений с запасами вязкой нефти, обеспечивающего значительное повышение нефтеотдачи по сравнению с разработкой в режиме истощения.

Результаты работы использованы при выполнении НИР «Рекомендации по освоению и разработке трудноизвлекаемых запасов нефти и конденсата месторождений ОАО «Газпром» (ООО «ВНИИГАЗ», 2008) и «Технологическая схема разработки Чаяндинского нефтегазоконденсатного месторождения» (этап 1, ООО «Газпром ВНИИГАЗ», 2009).

Апробация работы

Основные результаты исследований по теме диссертационной работы докладывались:

- на Седьмой всероссийской конференции молодых ученых, специалистов и студентов по проблемам газовой промышленности России «Новые технологии в газовой промышленности», 25-28 сентября 2007 г., Москва, РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина;

- на Научно-практическом семинаре молодых специалистов и ученых филиала ООО «ВНИИГАЗ» - «Севернипигаз», посвященного 60-летию ВНИИГАЗа, 2023 мая 2008 г., Ухта, филиал ООО «ВНИИГАЗ» - «Севернипигаз»;

- на Международной научно-практической конференции молодых специалистов и ученых «Применение новых технологий в газовой отрасли: опыт и преемственность», 30 сентября - 01 октября 2008 г., п. Развилка, Московская область, ООО «ВНИИГАЗ»;

- на Международной научно-технической конференции «Инновационные технологии освоения ресурсов углеводородного и неуглеводородного сырья в XXI веке», 30-31 октября 2008 г., Оренбург, ООО «Газпром добыча Оренбург».

Публикации

Результаты диссертационной работы опубликованы в отраслевых журналах, трудах ООО «Газпром ВНИИГАЗ», в материалах всероссийских и международных научно-технических конференций, семинаров.

Всего по теме диссертации автором опубликовано восемь работ, одна из которых - в журнале, входящем в «Перечень ведущих рецензируемых научных журналов и изданий, выпускаемых в РФ, в которых должны быть опубликованы основные научные результаты диссертации на соискание ученой степени кандидата наук» ВАК Минобрнауки РФ.

Структура и объем работы

Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, списка литературы из 60 наименований. Содержание диссертации изложено на 105 страницах машинописного текста, включая 41 рисунок и 5 таблиц.

Заключение диссертации по теме «Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений», Рассохин, Андрей Сергеевич

Основные выводы диссертационной работы:

1. Разработан метод стабилизации вязкости водного раствора полиакриламида в качестве вытесняющего вязкую нефть агента, позволяющий на промысле готовить раствор со сроками хранения не менее года.

2. Обоснован метод выбора состава ВГС в качестве вытесняющего вязкую нефть агента, основанный на измерении гидродинамических сопротивлений смеси (перепада давления) при ее фильтрации в условиях, соответствующих условиям исследуемого объекта разработки.

3. Методами физического моделирования установлена высокая эффективность исследованных агентов вытеснения вязкой нефти - водных растворов полиакриламида низкой концентрации и водометановой смеси с соотношением жидкой и газовой фаз, задаваемым по результатам измерения гидродинамических сопротивлений (перепада давления).

4. Впервые с использованием моделей пласта длиной до 20 м получена зависимость допрорывного коэффициента вытеснения вязкой нефти нагнетаемым в пласт высоковязким агентом от пройденного фронтом агента расстояния (применительно к условиям конкретных объектов разработки).

5. Обоснованы рекомендации по использованию исследованных агентов для вытеснения нефти при разработке нефтяных оторочек НГКМ им. В. Филановского (аптская залежь), Тазовского (сеноманская залежь) и Чаяндинского (ботуобинская залежь).

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Рассохин, Андрей Сергеевич, 2009 год

1. Антониади Д.Г. Комплекс технологий термоциклического воздействия при разработке месторождений высоковязких нефтей: Дис . д-ра техн. наук: 05.15.06. Тюмень, 2000. - 70 с.

2. Афанасьева А.В. Опыт разработки нефтегазовых залежей за рубежом. -М.: ВНИИОЭНГ, 1977. С. 26-28, 36-39, 42-48, 49-52.

3. Бабалян Г.А. Вопросы механизма нефтеотдачи. Баку: Азнефтеиздат, 1956.-254 с.

4. Байбаков Н.К., Гарушев А.Р. Тепловые методы разработки нефтяных месторождений. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Недра, 1981. - 286 с.

5. Березин В.М. Нефтеотдача образцов песчаников девона и угленосной свиты нижнего карбона Башкирии при вытеснении нефти водой. В кн. Исследования нефтеотдачи пласта. — М.: Гостоптехиздат, 1959. С. 1121.

6. Брагин В.А., Базлов М.Н., Бурчевский JI.B. Опыт разработки IV горизонта Анастасиевско-Троицкого месторождения // Нефтяное хозяйство. 1974. -№ 8. - С. 29-33.

7. Булейко В.М. Закономерности фазовых превращений углеводородных смесей в нефтегазоносных пластах разрабатываемых месторождений (по экспериментальным данным): Дис. . д-ра техн. наук. М.: ИПНГ РАН, 2007. - С. 52-80, 112-115, 203-219.

8. Буторин О.И., Пияков Г.Н. Обобщение экспериментальных исследований по определению эффективности применения газового и водогазового воздействия на пласты // Нефтепромысловое дело. 1995. -№8-10.-С. 54-59.

9. Гафаров Ш.А. Аномально-вязкие нефти и их влияние на фильтрационную структуру порового пространства // Повышение нефтеотдачи пластов. Освоение трудноизвлекаемых запасов нефти:

10. Труды 12-го Европейского симпозиума «Повышение нефтеотдачи пластов» (Казань, 8-10 сентября 2003). Казань: ООО «Стар», 2003. -С. 70-73.

11. Гиматудинов Ш.К. Физика нефтяного и газового пласта: Учебник. Изд. 2 перераб. и доп. М.: Недра, 1971. - С. 74, 113, 297-302.

12. ГОСТ 10028-81 Вискозиметры капиллярные стеклянные. Технические условия.

13. ГОСТ 33-2000 (ИСО 3104-94) Нефтепродукты. Прозрачные и непрозрачные жидкости. Определение кинематической вязкости и расчет динамической вязкости.

14. Дурмишьян А.Г. Газоконденсатные месторождения. М.: Недра, 1979. -335 с.

15. Желтов Ю.П. Разработка нефтяных месторождений: Учебник для вузов. М.: Недра, 1986. - 332 с.

16. Забродин П.И., Раковский H.JL, Розенберг М.Д. Вытеснение нефти из пласта растворителями. М.: Недра, 1968. - С. 94-102.

17. Закиров С.Н. Разработка газовых, газоконденсатных и нефтегазоконденсатных месторождений. — М.: «Струна», 1998. 628 с.

18. Костюченко Е.Д., Лысенков Е.А., Савченко А.П. Состояние разработки IV горизонта Анастасиевско-Троицкого месторождения // Нефтяное хозяйство. 2002. -№ 12. - С. 51-52.

19. Кудинов В.И. Совершенствование тепловых методов разработки месторождений высоковязких нефтей. Ижевск: Изд-во Удм. ун-та, 1995.-278 с.

20. Мартос В.Н. Анализ разработки нефтегазовых и нефтегазоконденсатных залежей. М.: ВНИИОЭНГ, 1976. - С. 20-29, 34-45, 50-53.

21. Методическое руководство по применению газовых и водогазовых методов воздействия на нефтяные пласты. М: МНТК «Нефтеотдача», 1991.

22. Мирзаджанзаде А.Х., Ковалев А.Г., Зайцев Ю.В. Особенности эксплуатации месторождений аномальных нефтей. М.: Недра, 1972. -200 с.

23. Николаев В.А. О влиянии начальной водонасыщенности неоднородных пористых сред на их нефтеотдачу. Изв. ВУЗов Нефть и газ, 1964, № 10.-С. 51-54.

24. Николаев В.А., Лапшин В.И., Булейко В.М., Минко А.Г. Предпосылки эффективной разработки оторочки вязкой нефти при тепловом воздействии на пласт // Разработка месторождений углеводородов: Сб.науч. тр. М.: ООО «ВНИИГАЗ», 2008. - с. 260-266.

25. ОСТ 39-195-86. «Нефть. Метод определения коэффициента вытеснения нефти водой в лабораторных условиях».

26. Перепеличенко В.Ф. Компонентоотдача нефтегазоконденсатных залежей. М.: Недра, 1990. - 272 е.: ил.

27. Полиакриламид / Л.И. Абрамова, Т.А. Байбурдов, Э.П. Григорян и др.; под ред. В.Ф. Куренкова. М.: Химия, 1992. - 192 с.

28. Практикум по химии и физике полимеров: Учеб. изд./ Н.И. Авакумова, Л.А. Бударина, С.М. Дивгун и др.: Под ред. В.Ф. Куренкова. М.: Химия, 1990. - 304 е.: ил. - С. 207 - 210, С. 218-220.

29. Рабек Я. Экспериментальные методы в химии полимеров: в 2-х частях. Пер. с англ. М.: Мир, 1983. - 384 е., ил. - ч.1. - с. 133 - 136.

30. Рассохин С.Г., Троицкий В.М., МизинА.В., Рассохин А.С. Моделирование водогазового воздействия на низкопроницаемый нефтяной пласт / Газовая промышленность. 2009. - № 5. - С. 40-44.

31. Рекомендации по освоению и разработке трудноизвлекаемых запасов нефти и конденсата месторождений ОАО «Газпром»: Отчет о НИР (Этап 2) / ООО «ВНИИГАЗ». Руководитель В.А. Николаев. Пос. Развилка, Ленинский р-н. Московская обл., 2008. 251 с.

32. Соколов А.Ф. Обоснование гидродинамических условий захоронения жидких отходов при добыче и подземном хранении газа: Дис. . канд. техн. наук: 25.00.17. Москва, 2006. - С. 112.

33. Степанова Г.С. Газовые и водогазовые методы воздействия на нефтяные пласты. М.: Газоил пресс, 2006. — 200 е.: ил.

34. Сургучев М.Л. Методы контроля и регулирования процесса разработки нефтяных месторождений. М.: Недра, 1968. - С. 84-97.

35. Тагер А.А. Физико-химия полимеров. М.: Химия, 1968. - С. 408-411.

36. Тер-Саркисов P.M. Повышение углеводородоотдачи пласта нефтегазоконденсатных месторождений. М.: Недра, 1995. - С. 130136.

37. Тер-Саркисов P.M., Николаев В.А., Курбанов А.К., Рассохин С.Г., Зайцев С.Ю. Влияние водонасыщенности пласта на эффективность вытеснения конденсата обогащенным газом // Газовая промышленность. 1989. - № 10. - С. 50-51.

38. Уляшев В.Е. Экспериментальные исследования фильтрационных свойств и газоотдачи низкопроницаемых карбонатных коллекторов: Дис. . канд. техн. наук: 25.00.17. -Москва, 1999.-205 с.

39. Халиков Г.А. Газовые методы интенсификации нефтедобычи. — М.: ОАО «Издательство «Недра», 1997. С. 166.

40. Эфрос Д.А. Исследование фильтрации неоднородных систем. JL: Гостоптехиздат, 1963. - 351 с.

41. Botset H.G. Flow of gas-liquid mixtures through consolidated sands. Trans. AIME, 1940, vol. 136. P. 91.

42. Leverett M.C. Flow of oil-water mixtures through unconsolidated sands. Trans. AIMS, 1939, vol. 132. P. 149-169.

43. Leverett M.C., Lewis W.B. Steady flow of gas-oil-water mixtures through unconsolidated sands. Trans. AIME, 1941, vol. 142. P. 107-116.

44. Reitzel G.A. and Callow G.O. Pool description and performance analysis leads to understanding golden spikes miscible flood. The journal of Canadian petr. techn., apr. June 1977, vol. 16, № 16. - P. 39-48.

45. Slobod R.L. and Lestz S.J. Use of a graded viscosity zone to reduce fingering in miscible phase displacements. Prod. Monthly, August 1960, vol. XXIV,№ 10.-P. 12-19.

46. Wickoff R.D., Botset H.G. Flow of gas-liquid mixtures through unconsolidated sands. Physics, 1936, vol. 7. P. 325-345.