Введение к работе
Актуальность проблемы Свыше 80% отечественных нефтяных месторождений разрабатываются с использованием искусственного заводнения. Нагнетание воды производится как в законтурную область залежи, так внутри контура. Фильтрация нефти по пласту к добывающим скважинам сопровождается соответствующим продвижением водонефтя-ного контакта (ВНК). В зависимости от соотношения вязкости воды и вытесняемой нефти и степени неоднородности пласта движение ВНК характеризуется более или менее значительным языкообразованием. Это приводит к увеличению поверхности контакта нефти и воды. При внутриконтурном заводнении с самого начала поступление в пласт воды в зоне ВНК инициируется диффузионным массообменом между нефтью и контактирующей с ней водой - происходит обмен компонентами, входящими в состав, с одной стороны, пластовой нефти, а с другой - закачиваемой воды. Наиболее активно идут процессы диффузии тех компонентов, которые при пластовых условиях растворимы в обоих флюидах. В первую очередь, это азот, диоксид углерода, метан, некоторые другие газы, а также нафтеновые кислоты и другие вещества, которые перераспределяются между нефтью и водой, диффундируя из первого флюида во второй, причем тем активнее, чем больше градиенты концентрации.
При законтурном заводнении первоначально нефть вытесняется равновесной с ней пластовой водой, однако постепенно вследствие процессов смешивания и языкообразования в расширяющейся по размерам водонефтяной зоне также оказывается вода, в той или иной степени неравновесная с нефтью по содержанию вышеуказанных компонентов.
Следовательно, вне зависимости от расположения зоны нагнетания воды в пласт в нефтяной залежи либо с самого начала воздействия, либо через определенный период времени возникают градиенты концентрации и межфлюидная диффузия многих компонентов, в первую очередь, азота, диоксида углерода, метана в направлении нефть - вода.
Анализ геологопромысловых данных свидетельствует о том, что пластовая нефть данеє в пределах одной залежи характеризуется различным начальным содержанием легких компонентов: азота, диоксида углерода и др. и по площади, и по толщине коллектора. Существовавшее до недавнего вре-
мени стандартное лабораторное и промысловое оборудование для оценки газосодержания, давления насыщения, сжимаемости, плотности, вязкости и других параметров пластовой нефти не позволяло с достаточной точностью оценить вариации этих параметров и состава пластовой нефти и следить за их изменением в процессе разработки месторождений.
В то же время недостаточная точность определения параметров на стадии проектирования разработки, а также в ходе контроля за разработкой обусловливают соответствующие отклонения важных фактических показателей разработки от проектных. Так как текущий и суммарный объем добычи нефти и газа, водонефтяной фактор (ВНФ) продукции скважин, коэффициенте нефтеотдачи и др.
В связи с этим представляется весьма актуальной задача, совершенствования промыслового и лабораторного оборудования, в первую очередь, безртутных (на ртутные в нашей стране существуют жесткие ограничения санитарно-эпидемиологической службы) установок исследования PVT-соотношений для существенного повышения точности получаемых результатов и разработка соответствующих расчетно-экспериментальных методов диагностирования начального распределения по площади залежи и отслеживания в процессе разработки месторождений газосодержания (Гн), давления насыщения (РНас), вязкостных и других физико-химических свойств пластовой нефти.
Диссертационная работа посвящена решению этой важнейшей для нефтегазопромысловой практики задачи.
Цепь работы Разработка и совершенствование безртутного лабораторного оборудования для определения основных параметров пластовой нефти с целью существенного повышения точности получаемых результатов, разработка методов прогнозирования этих параметров и создание на этой базе научно-методических основ исследования пластовых нефтей и прогнозирования их свойств на весь период разработки.
Основные задачи исследования
1. Совершенствование комплекса лабораторного оборудования для исследования пластовых нефтей с целью повышения точности получаемых результатов до уровня не более ±1% отн.
2. Создание лабораторных и расчетных методов прогно
зирования свойств пластовых нефтей в процессе разработки
нефтяных месторождений.
3. Использование усовершенствованных лабораторного
оборудования и расчетных методов для оценки вариаций
основных параметров пластовой нефти природного и техно
генного характера на конкретных нефтяных месторождениях
Башкортостана и других регионов.
-
Расширение возможностей разработанных методов исследования пластовых нефтей путем создания метода идентификации начальных свойств пластовых нефтей по пробам, отобранным на поздней и завершающей стадиях разработки и пробам, отобранным при давлениях ниже давления насыщения нефти газом.
-
Исследование процессов диффузии низкомолекулярных компонентов нефти в вытесняющую воду при заводнении залежи с целью оценки изменения свойств пластовых флюидов, оказывающих влияние на показатели разработки.
-
Создание научно - методических основ исследования пластовых нефтей и прогнозирования их основных параметров на весь период разработки нефтяных месторождений при заводнении залежей.
Методы решения поставленных задач
-
Анализ и обобщение информации по свойствам пластовых нефтей типичных месторождений Башкортостана и соседних регионов в сопоставлении с геологопромысловой информацией по отдельным участкам залежей.
-
Разработка более современной аппаратуры и проведение с ее помощью лабораторных и промысловых исследований по определению свойств пластовых нефтей.
-
Математическое моделирование процессов изменения компонентного состава пластовых нефтей и их параметров при разработке месторождений.
Основные защищаемые положешш
-
Концепция изменяемости свойств пластовых нефтей, методология их исследования и прогнозирования изменений свойств пластовых нефтей на стадиях разработки в процессе разработки нефтяных месторождений.
-
Метод идентификации начальных свойств пластовой нефти по поздним пробам на основе изучения закономерно-
сти распределения компонентов и фракций нефтей по температурам их кипения.
3. Возможность использования глубинных проб нефти, отобранных при давлениях ниже давления насыщения, для определения свойств пластовых нефтей на текущей стадии разработки нефтяных месторождений.
Научная новизна Усовершенствование лабораторного оборудования для исследования пластовых нефтей и создание методов прогнозирования динамики изменения их основных свойств, позволившие впервые установить и сформулировать следующие научные положения диссертационной работы:
-
Существенно повышена точность результатов определения на лабораторном оборудовании давления насыщения, сжимаемости, газосодержания, вязкости и других характеристик пластовых нефтей.
-
Впервые предложен алгоритм прогнозирования изменения состава и основных свойств пластовых нефтей за весь период разработки нефтяной залежи путем заводнения.
-
Показана возможность использования усовершенствованного лабораторного оборудования и метод их исследования состава и основных параметров пластовых нефтей для оценки естественных вариаций этих параметров и их изменений в результате техногенных воздействий.
-
Расширены возможности разработанных методов исследования пластовых нефтей путем создания метода идентификации начальных свойств нефти по поздним пробам и использования проб, отобранных при давлениях ниже давления насыщения нефти газом.
-
Исследована динамика диффузионного перехода низкомолекулярных компонентов нефти в вытесняющую воду в процессе заводнения залежи, что дает возможность оценивать изменение свойств пластовых флюидов, определяющих в значительной степени показатели разработки.
6. Созданы научно-методические основы исследования
пластовых нефтей и прогнозирования их основных парамет
ров на весь период разработки нефтяных месторождений
путем заводнения.
Практическая ценность выполненных диссертантом исследований состоит в развитии научно-методических основ исследования пластовых нефтей и прогнозирования их ос-
новных параметров на весь период разработки нефтяных месторождений, осуществляемой путем заводнения залежи; в совершенствовании комплекса лабораторного оборудования для исследования пластовых нефтей, что позволяет получать результаты с точностью, существенно более высокой, чем на обычно используемом оборудовании; в разработке алгоритма прогнозирования свойств пластовых нефтей добываемых при разработке месторождений путем заводнения залежи; в демонстрации возможностей использования усовершенствованного комплекса расчетно-экспериментальных методов исследования свойств пластовых нефтей для оценки вариаций этих свойств, связанных с причинами природного и техногенного характера; в расширении диапазона исследований путем создания метода идентификации начальных свойств пластовых нефтей по поздним пробам и путем привлечения проб, отобранных при давлениях ниже давления насыщения нефти газом; в получении результатов исследования динамики диффузионного перехода низкомолекулярных компонентов нефти в вытесняющую ее воду при заводнении залежи.
Реализация работы в промышленности Результаты научных исследований и обобщений диссертанта использованы при
составлении проектов и анализе разработки по 29 месторождениям АНК "Башнефть" и ряду зарубежных месторождений;
составлении справочника "Пластовые нефти Республики Башкортостан";
составлении рекомендаций по применению газовых факторов по месторождениям АНК "Башнефть" на 1996-2000 гг.
Научные разработки диссертанта использованы в нормативных документах АНК "Башнефть":
Методические руководства (инструкция) по определению комплекса физико-химических параметров пластовой нефти на установке "УПН-Башнипинефть" и других приборах, внедренных как в Башнипинефти, так и в подразделениях АНК "Башнефть" (ЩШПРах) и в других лабораториях ряда нефтедобывающих регионов отрасли;
Стандарт АНК "Башнефть", СТО 03-148-92. Нефти пластовые. Расчет состава и давления насыщения пластовой нефти при ее взаимодействии с водой.
Апробация работы Основные положения диссертационной работы докладывались и получили одобрение на ряде Всесоюзных и Всероссийских совещаний:
- Всесоюзное совещание в области исследования физико-
химических свойств пластовых нефтей(г.Самара, июнь1979г);
- Постоянно действующий семинар Башнипинефти по
проблемам в области нефтедобычи (г. Уфа, апрель 1984 г.);
Всесоюзная конференция "Химический состав нефтей и нефтепродуктов" (г. Тбилиси, октябрь 1984 г.);
Всесоюзное совещание по проблеме "Ресурсы, сбор и подготовка нефтяного газа" (г. Краснодар, июнь 1986 г.);
- Всесоюзное совещание "Применение неньютоновских
систем в нефтедобыче" (г. Уфа, сентябрь 1987 г.);
Всесоюзная конференция по химии нефти" (г. Томск, октябрь 1988 г.);
Всесоюзная конференция по проблеме "Ресурсы углеводородного сырья" (г. Казань, август 1990 г.);
Всероссийское совещание "Разработка нефтяных и нефтегазовых месторождений. Состояние, проблемы и пути их решения (г.Альметьевск, сентябрь 1995 г.).
Семинар по теме "Совершенствование разработки и эксплуатации нефтегазовых месторождений" в рамках международной выставки "Газ. Нефть. Башкортостан-97" (г.Уфа, апрель 1997 г.);
Республиканская научно-практическая конференция "Проблемы разработки залежей нефти с карбонатными коллекторами" (г. Уфа, июнь 1997 г.);
- Семинар - дискуссия "Концептуальные вопросы разви
тия комплекса "нефтедобыча - нефтепереработка - нефтехи
мия" в регионе в связи с увеличением доли тяжелых, высоко
сернистых нефтей" (г. Казань, июнь 1997 г.).
По результатам исследований опубликовано 52 работы, в том числе 3 монографии, 1 обзор, 39 статей, 2 тезиса доклада, 4 методические разработки и 3 авторских свидетельства на изобретения. Часть материалов изложена в 32 научных отчетах.
Диссертационная работа выполнена в Башкирском научно-исследовательском и проектном институте нефти (Башнипинефть) - филиале АНК «Башнефть».
Автор искренне благодарен коллективу сотрудников, с которым ему пришлось выполнять исследования, состав-
ляющие предмет диссертации, а также работникам НГДУ АНК "Башнефть".
Соискатель выражает особую признательность специалистам соавторам совместно опубликованных работ, соисполнителям конструкторских разработок, необходимых для выполнения диссертационной работы Г.А.Бабаляну, Х.А. Газизовой, Р.К.Галеевой, А.Н.Ивановой, Ю.Б.Леванову, Г.П. Мейнцеру, Р.К. Нурисламову, А.С. Эйгенсону.
Автор признателен директору института, председателю Ученого совета, почетному академику РАЕН М.Н. Галлямову за стимулирование, обсуждение и создания условий для завершения настоящей работы.
При обсуждении отдельных аспектов проблемы были по
лучены ценные советы со стороны д.т.н. И.И. Абызбаева,
д.г.-м.н. К.С.Баймухаметова, д.т.н., профессора
Н.Ф.Кагарманова, д.г.-м.н. Е.В. Лозина и к.т.н. А.С. Эйгенсо-на, за что автор выражает им искреннюю благодарность.
Объем работы Диссертационная работа общим объемом 215 страниц машинописного текста состоит из введения, 8 глав с выводами и рекомендациями, 49 таблиц, 43 иллюстраций. Список литературы включает 176 наименований.
