Термоциклическое воздействие на пласт (ТВПТВ)

Технологическая сущность теплоциклического воздействия на пласт заключается в нагнетании заданного (найденного расчетным путем, в зависимости от схемы размещения скважин и геологической характеристики участка залежи) количества теплоносителя в данный элемент (участок) залежи через паронагнетательную и три добывающие нефтяные скважины, сгруппированные через одну в 7-точечном элементе скважин. Нагнетание теплоносителя в паронагнетательную скважину (расположенную в центре 7-точечного элемента скважин) ведется постоянно, в режиме ИДТВ(П), а в добывающие – циклически, с переменой их функций по закачке теплоносителя в режиме ИДТВ и отбору нефти (жидкости).

В технологии ТЦВП реализуются следующие технические и технологические приемы:

– определяется расчетное необходимое количество теплоносителя для данного элемента залежи;

– рассчитывается распределение теплоносителя между нагнетательной (центральной) и добывающими скважинами, составляющими элемент теплового воздействия;

– определяется темп нагнетания теплоносителя в данный элемент с последующим распределением между паронагнетательной и добывающими скважинами;

Один цикл ТЦВП состоит из трех технологических этапов:

1-й этап – нагнетание теплоносителя одновременно через центральную нагнетательную (НС) и добывающие (ДС) скважины данного элемента, расположенные через одну в режиме ИДТВ(П), отбор нефти осуществляется через оставшиеся (через одну) добывающие скважины

2-й этап – отличается от первого тем, что добывающие скважины меняются функциями. Добывающие три скважины, в которые закачивался теплоноситель, переводятся под добычу нефти, а нефтедобывающие три скважины переводятся под закачку теплоносителя

3-й этап – нагнетание теплоносителя осуществляется только через центральную нагнетательную скважину (НС),

а из всех добывающих скважин осуществляется отбор нефти (жидкости) Циклы повторяются заданное количество раз. После завершения всех циклов ТЦВП переходят к завершающей стадии разработки элемента. На этой стадии центральная нагнетательная скважина (НС) переводится под нагнетание холодной или нагретой воды для проталкивания остаточной тепловой оторочки, а все добывающие скважины переводятся в режим эксплуатации. Технология ТЦВП позволяет исключить ряд недостатков,

имеющихся в других известных тепловых технологиях.

Основные преимущества новой технологии ТЦВП следующие:

– ускоряется процесс рассредоточения ввода теплоносителя в продуктивный пласт, в результате чего повышается темп теплового воздействия и тепловая эффективность процесса;

– повышается продуктивная характеристика добывающих скважин, что приводит к интенсификации добычи нефти и повышению темпа выработки запасов нефти;

– повышается охват коллектора тепловым воздействием и, как результат, повышается конечная выработка запасов нефти;

– создаются условия для применения более редких сеток скважин, за счет чего значительно снижаются капитальные вложения.

Промышленные испытания технологии ТЦВП проведены в течение длительного времени (1988–2004 годы) на Гремихинском месторождении в Удмуртии. Результаты этих испытаний

показывают, что после теплоциклического воздействия значительно повышаются дебиты скважин по нефти (в 1,3–7,0 раза от исходного) и по жидкости – 2,0–4,5 раза. Эффект прироста дебита нефти по добывающим скважинам обеспечивает сравнительно быструю компенсацию «потерь» добычи нефти, происходящих при переводе скважин с добычи нефти на процесс нагнетания теплоносителя, с последующим получением чистого экономического эффекта.

Создан еще один способ разработки нефтяных месторождений теплоносителями, который сочетает в себе качества технологий «тепловых оторочек», комбинированного воздействия на

пласт через систему нагнетательных и добывающих скважин, циклического воздействия на пласт теплоносителем и нагнетаемой водой. (Патент РФ №2067165 «Способ разработки нефтяного месторождения». (Технология больших треугольников), приоритет от 23.12.92 г. (В.И. Кудинов, В.С. Колбиков, Н.В. Зубов, М.И. Дацик).) Сущность предложенного способа для случая разбуривания залежи по равномерной треугольной сетке заключается в следующем:

1) формируют укрупненные 10-точечные площадные элементы теплового воздействия – «большие треугольники» с девятью равномерно расположенными по периметру скважинами и одной скважиной в центре большого треугольника;

2) нагнетательные скважины располагают по вершинам большого треугольника, остальные семь скважин – добывающие;

3) разработку элемента осуществляют методом теплоциклического воздействия, в котором закачку теплоносителя и отбор продукции ведут по циклам;

4) каждый цикл воздействия на пласт осуществляют в три этапа. На первом этапе теплоноситель закачивают в нагнетательные скважины, и одновременно в три (через одну) из шести добывающих скважин, расположенных на сторонах треугольника, отбор продукции ведется из оставшихся четырех добывающих скважин; второй этап повторяет первый, за исключением того, что добывающие скважины, расположенные по сторонам треугольника, меняются функциями переводом их с режима нагнетания в режим отбора и наоборот; на третьем этапе закачку теплоносителя ведут только через нагнетательные скважины, отбор продукции ведут из центральной добывающей, а остальные скважины останавливают;

5) циклы теплового воздействия повторяют 3–5 раз до полного завершения закачки в пласт расчетного количества теплоносителя;

6) переходят на режим проталкивания тепловой оторочки от периферии к центру треугольника путем нагнетания ненагретой воды в нагнетательные скважины и отбора продукции из всех добывающих скважин.

Порядок осуществления способа и значение каждой операции в технологическом процессе следующие:

1. Определение потребного количества теплоносителя. Как и в любой другой технологии, предварительно расчетным путем определяют общее количество теплоносителя Qp, необходимого для эффективного прогрева элемента воздействия (в нашем случае – «большого треугольника»).

2. Распределение теплоносителя, закачиваемого в пласт через нагнетательные и добывающие скважины.

В схеме «большой треугольник» общее количество теплоносителя Qp вводится в пласт как через нагнетательные, так и через добывающие скважины. Добывающие скважины, расположенные по вершинам правильного шестиугольника, «обслуживают» внутреннюю площадь, составляющую 2/3 площади всего элемента. Каждая нагнетательная скважина, расположенная на вершине треугольника, действует на элемент разработки лишь в секторе с углом 60°. Следовательно, только шестая часть теплоносителя, закачиваемого в нагнетательную скважину, расходуется на прогрев данного элемента разработки. Для выполнения условия ΣQ_нс=1/3Qp необходимо закачать в каждую из нагнетательных скважин теплоносителя в объеме Q_нс =2/3Qp.

Аналогично для добывающих скважин, расположенных на сторонах треугольника, сектор обслуживания элемента составляет угол 180^ο, и только половина объема теплоносителя, закачиваемого в эти скважины, расходуется на прогрев элемента. Следовательно, для выполнения условия ΣQ_дс=2/3Qp необходимо закачать в каждую из добывающих скважин теплоносителя в объеме Q_дс=2/3Qp.

Таким образом, отношение объемов закачки в нагнетательные и добывающие скважины составляет Q_нс =3Q, т.е. в нагнетательные скважины необходимо закачивать теплоно-

сителя в 3 раза больше, чем в добывающие.

4. Выбор количества циклов и объемов закачки теплоносителя в циклах.

Количество циклов n в термоциклическом процессе предусматривается в пределах 3–5 циклов.

Выбрав n, определяют объемы нагнетания по циклам:

ΣQ_нс =2/3n*p и ΣQ _дс =2/9n*Qp.

5. Организация режима термоциклического процесса.

Каждый отдельный цикл воздействия состоит из трех этапов.

Продолжительность цикла по времени определяется заданием темпа нагнетания теплоносителя в отдельную скважину – q:

t_ц =Q_нс/q.

Продолжительность этапа составляет

t _э =1/3*t.

На первом этапе (в течение t _э) теплоноситель закачивают в нагнетательные скважины и три добывающие (через одну) в количестве Q_э =2/9*Q_р на каждую скважину, добычу продукции осуществляют через оставшиеся четыре скважины.

На втором этапе той же продолжительности теплоноситель в тех же объемах закачивают в нагнетательные скважины и три уже другие добывающие скважины с переводом их в режим нагнетания, добычу продукции осуществляют через оставшиеся четыре скважины.

На третьем этапе (в течение t_э) теплоноситель в том же количестве на скважину закачивают только в нагнетательные, отбор продукции ведут из центральной добывающей скважины, остальные добывающие скважины останавливают.

6. Организация завершающей стадии разработки элемента.

После того как завершена закачка потребного количества теплоносителя, переходят к известному режиму проталкивания тепла к добывающим скважинам путем нагнетания в пласт ненагретой воды. Потребное количество ненагретой воды определяется обычно из условия, чтобы суммарный объем нагнетания вытесняющего агента составлял 2–3 объема пор пласта элемента.

Закачку ненагретой воды осуществляют через нагнетательные скважины, добывающие скважины переводят в режим отбора.

Выбор «большого треугольника» в качестве характерного элемента разработки и размещения нагнетательных скважин на вершинах элемента обеспечивают переход к сетке скважин, в которой существенно увеличивается отношение числа добывающих скважин к числу нагнетательных – N _доб/N_наг.В схеме «больших треугольников» такое отношение равняется 8, а это означает, что в целом по залежи число нагнетательных скважин сокращается более чем в два раза по сравнению со схемой 7-точечных элементов.

Таким образом, предлагаемые схемы размещения скважин приводят к существенному сокращению капитальных затрат на строительство специальных нагнетательных скважин (обычно стоимость строительства нагнетательной скважины в 1,5–2 раза выше стоимости добывающей скважины).

Организация теплоциклического воздействия в том порядке, как это описано выше, призвана обеспечить высокий охват элемента разработки как тепловым воздействием, так и гидродинамическим.

Во-первых, если закачку теплоносителя вести только через нагнетательные скважины, то эффекта высокого охвата элемента тепловым воздействием получить не удается. Поэтому и возникла идея распределения потребного количества теплоносителя Qp на нагнетательные и добывающие скважины, расположенные на сторонах треугольника, т.к. в этом случае в режиме отбора остается только центральная скважина. В этом случае противонаправленные потоки от скважин мешали бы развитию процесса прогрева и вытеснения.

Было найдено обоснование, что добывающие скважины можно использовать в режиме нагнетания через одну–три скважины в режиме нагнетания и через три – в режиме отбора.

Однако если вести процесс закачки через нагнетательные и три (через одну) добывающие скважины длительно, то возникает опасность быстрого прорыва теплоносителя в ближайшие добывающие скважины и нарушается равномерность охвата вытеснением по площади.

Поэтому предложен теплоциклический процесс, в котором каждый из циклов нагнетания теплоносителя призван обеспечить как равномерность охвата элемента прогревом, так и симметричность потоков вытеснения.

Достигается это тем, что на первом этапе цикла формируются направления потоков тепла и жидкостей в сторону ближайших добывающих скважин и центра треугольника. На втором этапе – в сторону уже других добывающих скважин и центра.

В результате имеет место выравнивание фронтов прогрева и вытеснения относительно линии добывающих скважин. На третьем этапе цикла путем остановки добывающих скважин достигается проталкивание тепла и фронта вытеснения к центральной скважине.

Циклы повторяются до полного завершения ввода теплоносителя в элемент разработки.

Обычно значение Qp большое, и если его рассчитать только на один цикл, то этапы циклов будут длительными, в каждом этапе произойдут прорывы вытесняющего агента в добывающие скважины. Здесь весьма важное значение имеет другая причина.

Многоцикловой процесс связан с многократными сменами в пласте направлений тепловых и гидродинамических потоков, что благоприятно влияет на увеличение нефтеизвлечения.

К моменту завершения циклов значительная площадь элемента уже будет находиться под тепловым воздействием – это зоны между нагнетательными скважинами и ближайшими добывающими, обширная зона теплового пояса вдоль периметра шестиугольника, зона проникновения тепла к центру элемента Завершение охвата элемента тепловым воздействием достигается путем проталкивания тепловой оторочки к центральной скважине нагнетанием ненагретой воды через нагнетательные скважины.

Предложенный способ позволяет увеличить коэффициент охвата элемента разработки тепловым воздействием почти до единицы или с учетом неоднородности коллекторов объекта – до 0,85–0,95. Следует отметить, что коэффициент гидродинамического и теплового охвата для обращенных площадных элементов разработки (5-, 7-, 9-точечных) обычно не превосходит 0,7–0,75.

Высокий охват тепловым воздействием непосредственно приводит к увеличению коэффициента нефтеизвлечения, поскольку с увеличением теплового охвата гидродинамический охват может только увеличиться.

Предлагаемый способ разработки обеспечивает также интенсификацию добычи нефти.

В процессе термоциклического воздействия добывающие скважины попеременно работают то в режиме нагнетания теплоносителя, то в режиме отбора нефти (жидкости). Следовательно, в каждом цикле имеет место глубокая тепловая обработка призабойных зон скважин, которая, как известно, применяется для интенсификации добычи нефти.

Предлагаемый способ разработки может быть организован таким образом, что в каждом из циклов нагнетание теплоносителя в скважины (как нагнетательные, так и добывающие) осуществляют не непрерывно, а в режиме чередования с порциями ненагретой воды по методу ИДТВ. Технология ИДТВ запатентована практически внедрена на Гремихинском месторождении нефти (Удмуртская Республика).