К оглавлению журнала

 

УДК 550.832.5

Г.И. КУЗЬМИНА, А.В. МУРАДЯН, М.С. ХОЗЯИНОВ (ВНИИгеоинформсистем)

Применение меченной тритием нефти при индикаторных исследованиях нефтяных месторождений

Индикаторный метод позволяет изучать движение пластовых и нагнетаемых флюидов, определять их природу, оценивать фильтрационные характеристики пласта-коллектора. При этом для решения задач, связанных с изучением фильтрации нефти непосредственно в пластовых условиях, необходимо использовать меченые жидкости на нефтяной основе. Применение водных индикаторов не позволяет решать эти задачи, так как меченая жидкость должна полностью идентифицироваться с изучаемым флюидом, в данном случае пластовой нефтью.

Разработанные во ВНИИгеоинформсистем меченые жидкости на нефтяной основе позволяют реализовать возможности индикаторного метода на качественно новом уровне и решать ряд задач нефтепромысловой геологии до начала заводнения и, что особенно важно, на стадии разведки в процессе опытной эксплуатации. Для приготовления меченой нефти отбирают пробу пластовой нефти и разгоняют ее на температурные фракции. Часть атомов водорода в молекуле одной из выделенных фракций нефти замещается радиоактивным изотопом – тритием. Меченая фракция смешивается с пластовой нефтью и закачивается в пласт. Возможно использование для мечения вместо выделенной фракции нефти химически чистых УВ, например гептана, октана, которые после мечения добавляют в пластовую нефть. Поэтому фильтрацию такой меченой нефти можно однозначно сопоставить с движением пластовой нефти, так как по своим физико-химическим свойствам они практически не отличаются друг от друга.

Промысловое опробование меченной тритием нефти проводилось на месторождениях Татарии и Западной Сибири [1]. Объем меченой фракции нефти в проведенных исследованиях составлял около 10–200 мл. Общий объем закачиваемой меченой нефти – несколько кубических метров. Она продавливалась в пласт “чистой” нефтью объемом 10–20 м3 (в зависимости от параметров исследуемого пласта). Была показана возможность оценки распределения между окружающими добывающими скважинами нефти, оттесняемой от нагнетательной скважины. Определены скорости фильтрации вытесняемой при заводнении нефти по наиболее проницаемым прослоям. Для более глубокого изучения методических возможностей использования меченых жидкостей на нефтяной основе были проведены исследования их фильтрации с помощью разработанных программ для ЭВМ типа ЕС “TRACER” и “DREIFN” и лабораторных экспериментов.

Эти программы разработаны на базе модели пласта, аналогичной используемой в программе ВНИИ-2 [3]. Рассматривается слоисто-неоднородный пласт, состоящий из набора гидродинамически изолированных слоев, имеющих различные значения проницаемости и толщины. В рамках такой модели пласта рассчитывается фильтрация двухфазной многокомпонентной жидкости (вода, нефть, меченая нефть) и определяются характеристики фильтрации индикатора (меченой нефти).

Моделирование фильтрации оторочки меченой нефти, закачиваемой в пласт через нагнетательную скважину и вытесняемой водой к добывающей скважине, проводилось с помощью программы “TRACER”. Считалось, что меченая нефть закачивается до начала заводнения, т. е. в пласте содержится только нефть и связанная вода, насыщающая 0,2 объема порового пространства. Расчеты проводились до момента, когда водонасыщенность по всему пласту достигала предельного значения, равного 0,8. Рассматривались различные варианты, отличающиеся друг от друга объемом оторочки меченой нефти, закачиваемой в пласт, который менялся от 0,05 до 2 поровых объемов. Для каждого варианта определялись максимальная выходная концентрация индикатора и количество вышедшего из пласта индикатора.

Зависимость относительного количества вышедшего из пласта индикатора от величины объема закачиваемой оторочки меченой нефти в момент, когда водонасыщенность пласта достигает предельного значения, показана на рис. 1 (кривая 1). При закачке малых объемов меченой нефти из пласта выходит небольшая часть индикатора. С увеличением объема оторочки относительное количество вытесненного из пласта индикатора увеличивается, однако даже при больших объемах из пласта добывается не весь закачанный индикатор. Например, при объеме оторочки, равном двум поровым объемам, из пласта выходит только 90 % закачанного индикатора. Таким образом, данные исследования показывают, что при вытеснении меченой нефти водой происходит задержка части индикатора в межскважинном пространстве пласта.

Такая задержка индикатора может быть объяснена тем, что при вытеснении нефти водой в пласте присутствует остаточная нефть, которая не вытесняется водой. Если пласт к моменту начала закачки воды насыщен меченой нефтью, то при достижении предельного значения водонасыщенности в пласте будут содержаться вода и остаточная меченая нефть, т. е. часть индикатора из пласта не выйдет. Если перед началом заводнения в нефтенасыщенный пласт закачивается порция меченой нефти, то вода будет вытеснять эту меченую нефть, которая в свою очередь будет вытеснять немеченую. При этом если объем закачки меченой нефти более чем в 2 раза превышает объем остаточной нефти (в данном случае больше 0,4 порового объема пласта), то после предельного водонасыщения пласта вся остаточная нефть будет меченой, т. е. и в этом случае часть индикатора задержится в пласте (см. рис. 1, кривая 2). При объеме оторочки больше 0,4 порового относительная выходная концентрация индикатора становится равной 100 %, что свидетельствует о содержании в пласте только меченой нефти.

Для проверки такого эффекта задержки индикатора в пласте были проведены лабораторные эксперименты на насыпных образцах, в качестве которых использовались стеклянные трубки, набитые кварцевым песком. Такие образцы пористой среды насыщали дистиллированной водой и по разнице масс сухого и водонасыщенного образцов определяли поровый объем. Затем через такие водонасыщенные образцы прокачивали толуол до тех пор, пока на выходе из образца не начинал поступать чистый толуол без воды. Таким образом, приготовленные образцы имитировали нефтенасыщенные пласты с остаточной водой. После этого в них закачивали оторочки меченного тритием толуола разного объема, который вытеснялся дистиллированной водой. На выходе образцов отбирали пробы жидкости, в них определяли концентрацию трития и количество добытого индикатора.

Проведенные лабораторные эксперименты подтвердили, что при вытеснении меченой нефти водой часть индикатора задерживается в пласте (рис. 2, кривая 1).

С помощью программы “TRACER” была рассчитана фильтрация оторочки меченой нефти при параметрах пласта и условиях фильтрации, аналогичных таковым в лабораторных экспериментах. Результаты расчетов (см. рис. 2, кривая 2) совпадают с экспериментальными данными. Это свидетельствует о том, что программа “TRACER” адекватно отражает процессы, происходящие при вытеснении меченой нефти водой в оторочке.

Таким образом, на основании теоретических и экспериментальных исследований установлено, что при вытеснении меченой нефти водой часть индикатора задерживается в пласте. Причем количество задержанного индикатора зависит от величины остаточной нефтенасыщенности. Данную зависимость можно определить следующим образом. Относительное количество вышедшего из пласта индикатора равно:

где Aв – количество вышедшего из пласта индикатора, А0 – объем закачиваемого индикатора, Аост – остаточное количество индикатора, задержанного в пласте после достижения предельного значения водонасыщенности. Учитывая, что

A0=zVпopC0,

где z – объем оторочки меченой нефти, закачиваемой в пласт (в долях порового объема), Fпop – поровый объем пласта, С0 – концентрация закачиваемого индикатора, а

Аост= VпорSост С0

где Sост – величина остаточной нефтенасыщенности, имеем:

Данное выражение получено при условии, что концентрация индикатора в нефти, задержанной в пласте, равна начальной концентрации закачиваемого индикатора. Как было показано выше (см. рис. 1), такое условие выполняется, когда объем меченой нефти, закачиваемой в пласт, не менее чем в 2 раза больше объема остаточной нефти. Таким образом, появляется возможность с помощью закачки меченой нефти, вытесняемой водой, оценивать величину остаточной нефтенасыщенности непосредственно в пластовых условиях.

При использовании указанной методики – закачки оторочки меченой нефти и последующего ее вытеснения водой – невозможно рассчитать фильтрационные параметры пласта по методике, разработанной ранее для водных индикаторов [2]. Это объясняется тем, что на кривой “концентрация индикатора – время” не наблюдаются пики концентрации от подхода индикатора к добывающей скважине по прослоям, имеющим различные фильтрационные параметры, так как в извлекаемой нефти концентрация индикатора фактически соответствует концентрации индикатора в пласте и не разбавляется закачиваемым флюидом. Поэтому для определения фильтрационных параметров пласта по результатам индикаторных исследований, проводимых с меченой нефтью, была предложена методика, заключающаяся в изучении фильтрации меченой нефти, когда она не подвергается вытесняющему воздействию закачиваемого агента. Такие исследования можно проводить на этапе разведки залежи, при добыче нефти фонтанным или механизированным способами без поддержания пластового давления, т. е. без нагнетания в пласт вытесняющего агента. Меченая нефть вводится в пласт через наблюдательную, контрольную, разведочную или остановленную эксплуатационную скважину. Индикатор будет продвигаться по пласту за счет естественного фильтрационного потока, вызванного отбором жидкости из эксплуатационных скважин, т. е. будет происходить дрейф меченой нефти. Математическое моделирование дрейфа оторочки меченой нефти, проведенное с помощью разработанной программы “DREIFN”, показало возможность оценки фильтрационных параметров модели пласта: числа прослоев и значений их проницаемостей и толщин.

В результате теоретических и экспериментальных исследований нами было показано принципиальное отличие переноса оторочки меченой нефти по пласту от дрейфа оторочки меченой воды, заключающееся в задержке части меченой нефти в пласте. Такая задержка индикатора объясняется обменом меченой и остаточной нефти. Зная количество добытого из пласта индикатора, можно рассчитать значение остаточной нефтенасыщенности непосредственно в пластовых условиях.

Для определения фильтрационных параметров межскважинной зоны пласта по результатам индикаторных исследований, проводимых на стадии разведки месторождения, необходимо применять методику, заключающуюся в изучении характеристик дрейфа оторочки меченой нефти за счет естественного фильтрационного потока.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

  1. Индикаторные исследования с помощью меченной тритием нефти / М.В. Веселов, Ю.С. Шимелевич, М.С. Хозяинов и др. // Нефтяное хозяйство.– 1987.– № 6.– С 27–31.
  2. Мурадян А.В., Хозяинов М.С. Интерпретация данных индикаторного метода для оценки фильтрационных параметров нефтяного пласта // Геология нефти и газа.– 1987.– № 9.– С 54–57.
  3. Справочное руководство по проектированию разработки и эксплуатации нефтяных месторождений. Проектирование разработки / Ш.К. Гиматудинов, Ю.П. Борисов, М.Д. Розенберг и др.– М.: Недра.– 1983.

Abstract

It is established, by mathematical modeling and laboratory experimental studies of water drive of marked oil fringe, that formation oil can be substituted for marked oil. Thereby, beginning with the volume of the marked oil fringe which reaches 0,95 of formation pore volume, the amount of indicator retained in the formation becomes constant. Possibilities are indicated for the quantitative evaluation of residual oil saturation directly in reservoir conditions, in certain situations, by means of injecting the fringe of the marked oil displaced by water. In order to determine the filtration parameters of the interwell zone of the formation from the results of indicator investigations carried out at exploration stage, it is necessary to apply methods involving a study of the characteristics of the marked oil fringe drift caused by natural filtration.

Рис. 1. Зависимость относительного количества (Ав0) вышедшего из пласта индикатора (1) и относительной концентрации (С/С0) индикатора (2) от объема закачиваемой оторочки меченой нефти(Vот):

А0количество закачиваемого индикатора; Авколичество вышедшего из пласта индикатора; С0 – концентрация закачиваемого индикатора; С – максимальная выходная концентрация индикатора; Vототносительный объем закачиваемой оторочки меченой нефти (доли порового объема)

Рис. 2. Зависимость относительного количества задержанного в пласте индикатора (Аост/A0) от относительного объема закачиваемой оторочки меченой нефти Vот (доли порового объема). Кривые: 1 – экспериментальная, 2 – расчетная