Введение
Пласты-коллекторы зачастую залегают на достаточно больших глубинах, в связи с этим флюиды в них находятся под высоким давлением. В процессе разработки месторождений барические условия пластов, как правило, меняются, эти изменения не проходят бесследно и, как итог, приводят к изменениям свойств пласта, в том числе, фильтрационно-емкостных.
Характер и величина изменений напрямую связываются с сжимаемостью породы и условиями залегания конкретного пласта, поэтому их описание требует дополнительных экспериментальных исследований.
Оценка влияния эффективного давления
Напряженно-деформированное состояние (НДС) пластов-коллекторов вызвано весом вышезалегающих горных пород. До начала разработки система «вышележащие породы-пласт» находится в равновесии за счет компенсирующих ответных напряжений жидкости в пласте. Но в ходе эксплуатации пласта количество содержащегося в нем флюида уменьшается, что неминуемо приводит к снижению пластового давления [1, 2, 3].
Эффективное давление есть разность между горным и пластовым давлениями,
Pэф = Ргор ‒ Рпл (1)
где Pэф – эффективное давление;
Рпл – пластовое (ответное) давление;
Ргор – горное (внешнее) давление.
Исходя из данной формулы, снижение пластового давления влечет за собой увеличение эффективного давления, что, в свою очередь, приводит к росту нагрузки на скелет коллектора. Данная нагрузка не проходит бесследно и оказывает влияние на структуру порового пространства и, как следствие, на фильтрационно-емкостные свойства коллектора. Увеличивающееся эффективное давление способствует схлопыванию пор и изменению потоков движения флюида в пласте.
Расчет начальных данных
Для оценки изменения фильтрационно-емкостных свойств при увеличении эффективного давления был выбран керновый материал Приобского нефтяного месторождения. Среднее пластовое давление данного месторождения – 25 МПа. Для определения эффективного давления необходимо вычислить горное давление.
Геологический разрез данного месторождения сложен мощной толщей терригенных отложений со средней плотностью 2500 кг/м3. Средняя глубина залегания продуктивных пластов – 2500 м, тогда горное давление Приобского месторождения:
Ргор = g×H×ρ (2)
где Ргор – горное давление, Па;
g – ускорение свободного падения, м/с2;
H – высота толщи пород, м;
ρ – плотность пород, кг/м3.
Ргор = 9,81×2500×2500 = 61 МПа
Определим эффективное давление на пласт по формуле 1 в условиях пластового давления 25 Мпа и горного давления 61 МПа:
Pэф = 61 ‒ 25 = 36 МПа
Ход эксперимента
Измерения фильтрационно-емкостных свойств кернового материала проводились на приборе ПИК-ПП, позволяющем изменять давление обжима (горного давления) образцов до 70 МПа. Для измерений был выбран диапазон эффективного давления от 9 до 56 МПа с шагом 1 МПа. Полученные данные представлены на рис. 1, 2.
Исходя из полученных данных, мы можем сделать вывод, что рост эффективного давления на образец кернового материала приводит к уменьшению пористости на 4–5 % при снижении проницаемости на 7–10 %.
Б.В. Григорьев и А.А. Шубин достаточно подробно описывают ход подобного эксперимента и демонстрируют полученные результаты в работе «Влияние изменения эффективного давления на фильтрационно-емкостные свойства пород-коллекторов» [4].
В ходе эксперимента с 38 образцами пористость уменьшилась на 3–10 %, а проницаемость до 95 % при диапазоне изменения эффективного давления от 0 МПа до 37,1 МПа.
М.Т. Абасов, Р.Д. Джеваншир, А.А. Иманов,
Г.И. Джалалов в своей работе «О влиянии пластового давления на изменение фильтрационно-емкостных свойств терригенных пород-коллекторов в процессе разработки месторождений нефти и газа» [5] также приводят результаты подобного эксперимента, его итогом стало уменьшение коэффициента проницаемости при повышении эффективного давления примерно на 90 %.
Исходя из полученной информации, можно достаточно уверенно предположить, что на длительных этапах эксплуатации нефтяных месторождений с изменением пластовых давлений изменяется и эффективное давление на пласт, что, в свою очередь, приводит к изменению фильтрационно-емкостных свойств продуктивного пласта. Как правило, максимальные барические изменения происходят в призабойной зоне продуктивного пласта и связаны напрямую с работой добывающих скважин. Форсированные отборы, остановки скважин, а также ремонтные работы с глубинно-насосным оборудованием дополнительно усиливают перепады давлений в околоскважинной зоне продуктивных пластов.
Применение технологии гидроимпульсного воздействия на ПЗП
Обводненность добываемой продукции является сопутствующим фактором при эксплуатации нефтяных месторождений. Зная также, что если пористая среда насыщена двумя несмешивающимися жидкостями, то при достижении некоторой предельной остаточной насыщенности среды по одной из них, фазовая проницаемость для нее стремится к нулю. В условиях высокообводненных скважин это означает, что остаточная жидкость разделяется на изолированные и неподвижные капли и скопления, окруженные противофазной жидкостью, что приводит к остановке фильтрации углеводородов по конкретным порам и, как следствие, к снижению его фазовой проницаемости.
В.Н. Николаевский в своих работах «Механизм вибровоздействия на нефтеотдачу месторождений и доминантные частоты» [6] и «Нелинейные волны в грунтах и трещиноватых породах» [7] высказывает предположение, что вибрационное встряхивание может на короткое время восстанавливать фильтрацию в порах такого типа.
Опираясь на все вышеизложенное, можно предположить, что при целенаправленном создании в призабойной зоне пласта (ПЗП) гидравлических импульсов удастся не только произвести «вибрационное встряхивание», но и дополнительно положительно повлиять на проницаемость как самого пласта-коллектора, так и остаточного флюида.
Технология гидроимпульсного воздействия предусматривает создание серии коротких гидравлических ударных импульсов, в результате которых ПЗП скважины подвергается репрессионно-депрессионному воздействию [8].
Иными словами, гидравлические импульсы (рис. 3, 4) способствуют кратковременному то повышению, то понижению пластового давления в районе ПЗП, что, в свою очередь, оказывает влияние на эффективное давление.
Рассмотрим данный эффект на построенной ранее экспериментальной зависимости. При пластовом давлении 25 МПа эффективное давление составит 36 МПа. При данном давлении средняя проницаемость составляет 34,6 мД. При создании импульсного воздействия с величиной импульса в призабойной зоне в 15 МПа фильтрационные показатели примут значения 35,9 мД при создании репрессии и 34 мД – при депрессии. Таким образом, при гидроимпульсном воздействии на ПЗП проницаемость породы изменится в среднем на 3,7 %.
Выводы
Экспериментально подтверждены данные о том, что при изменении эффективного давления на продуктивный пласт происходит изменение абсолютной проницаемости пласта-коллектора, и чем больше величина эффективного давления, а следовательно, чем меньше пластовое давление, тем ниже становится проницаемость продуктивного пласта.
Дополнительно выявлено, что при достижении некоторой предельной остаточной насыщенности среды по одной из них, фазовая проницаемость для нее стремится к нулю. И если говорить про высокообводненные скважины, то при определенных условиях фильтрация углеводородов в определенных зонах может быть значительно затруднена.
В то же время, можно предположить, что при целенаправленном воздействии на эффективное давление удастся положительно повлиять на проницаемость как самого пласта-коллектора, так и остаточного флюида. Иными словами, разнонаправленные гидравлические импульсы окажут непосредственное влияние на подвижность остаточного флюида, особенно в призабойной зоне продуктивного пласта.
