книги из ГПНТБ / Султанов С.А. Контроль за заводнением нефтяных пластов

С. А. СУЛТАНОВ

Контроль за заводнением нефтяных пластов

ИЗДАТЕЛЬСТВО «НЕДР А»

М о с к в а 1 9 7 4

УДК 550.83 : 622.276.21

С ул тан о в С . А . К онтроль за заводнением неф тяны х пластов. М ., «Н ед р а » , 1974, 224 с.

В книге описаны современны е методы контроля за движ ением водонеф тяного контакта, контуров неф тенос­ ности и ф ронта нагнетаем ой в пласты воды в процессе разработки неф тяны х месторож дений с поддерж анием пластового давления путем законтурного и внутрикон-

р езультатов исследований с целью изучения процессов заводнения неф тяны х пластов и неф теотдачи. П р и м ен е ­ ние м етодов контроля за процессом заводнения пластов

Гос. публк' Ц"учно-.ч.;-.н:.

(g) Издательство «Недра», 1974

особенности их на состояние разработки залежи, как регулировать заводнение с целью повышения нефтеотдачи при различных усло­ виях перемещения водонефтяного контакта и контуров нефтеносно­ сти— решение всех этих вопросов имеет важное научное и практи­ ческое значение. Этим важнейшим вопросам стали уделять серьез­ ное внимание в 50-е годы, когда старые способы определения движения контурных вод по характеру обводнения скважин и эпи­ зодическим данным бокового электрического зондирования в сква­ жинах, выходящих из бурения, оказались недостаточны для изуче­ ния заводнения нефтеносных пластов.

В результате тесного содружества работников науки и производ­ ства был разработан ряд эффективных методов контроля за дви­ жением водонефтяного контакта (ВНК) и контуров нефтеносности (І\Н) и накоплен богатый материал по изучению особенностей вытеснения нефти водой в условиях разработки нефтяных место­ рождений с законтурным и внутриконтурным заводнениями.

Теоретическому изучению движения многофазных жидкостей по­ священы работы многих исследователей. В последние годы в этом направлении достигнуты определенные успехи. Большой вклад в теоретическое решение вопросов перемещения контуров нефтенос­ ности внесли советские ученые П. Я- Полубаринова-Кочина,

А.П. Крылов, В. Н. Щелкачев, Г. С. Салехов, И. А. Чарный,

Н.С. Пискунов, Г. Г. Вахитов, В. Д. Чугунов и многие другие.

Электромоделирование процесса разработки нефтяного место­ рождения с целью изучения движения контуров нефтеносности при достаточно полном учете параметров пласта и жидкостей в плас­ товых условиях дает хорошие результаты. Ценные работы по электромоделироваиию процессов разработки нефтяных месторождений выполнены П. М. Белаш, А. Л. Гофлиным, В. С. Сидоренко и др.

Теоретические расчеты и электромоделирование позволяют да­ вать прогнозы возможных вариантов перемещения контуров нефте­ носности при той или иной системе разработки нефтяных место­ рождений. Перемещение внутреннего контура нефтеносности мо­ жно проследить по появлению воды в эксплуатационных скважи­ нах. До внедрения методов радиометрии на промыслах Татарии, Башкирии и других нефтеносных районов сведения о продвижении внутреннего контура нефтеносности получали в основном именно таким образом. Однако эти выводы достоверны только в том слу­ чае, если установлено, что вода не поступает в скважину из дру­ гих пластов вследствие нарушения колонны или тампонажа сква-

4

жин. В настоящее время для прослеживания движения закачивае­ мой в пласт воды успешно применяется метод закачки радиоактив­ ного водорода — трития.

Способы определения положения водонефтяного контакта и его перемещения методами электрометрии и радиометрии в на­ стоящее время являются главными и прочно вошли в геологичес­ кую практику. Основы применения этих методов для изучения нефтяных пластов были разработаны В. Н. Дахновым, С. Г. Кома­ ровым, Г. С. Морозовым и др. Ценные исследования в области ин­ терпретации данных электрометрии для изучения водонефтяного контакта выполнены Н. Н. Сохрановым. Комплекс радиоактивных методов исследований скважин для расчленения нефтеводоносных пластов создан большим коллективом научных работников Всесо­ юзного научно-исследовательского института ядерной геофизики и геохимии (ВНИИЯГГ), Московского института нефтехимической и газовой промышленности им. И. М. Губкина (МИНХ и ГП) и Волго-Уральского филиала Всесоюзного научно-исследователь­ ского института геофизических методов разведки1— ВНИИГеофизики (ВУФВНИИгеофнзика) под руководством В. Н. Дахнова, Ф. А. Алексеева и др. Значительный вклад в усовершенствование методики исследований и интерпретации получаемых результатов внесен и тематическими партиями геофизических трестов нефтя­ ной промышленности.

Принципиальный недостаток методов, применяемых только для определения водонефтяного контакта — невозможность непосредст­ венного установления горизонтальной скорости перемещения кон­ туров нефтеносности. Поэтому для того, чтобы получить достовер­ ную картину перемещения контуров нефтеносности, необходим ком­ плексный метод исследования. Успешный контроль за перемеще­ нием водонефтяного контакта и контуров нефтеносности может быть осуществлен лишь тогда, когда весь фонд эксплуатационных

иконтрольных скважин будет систематически исследоваться мето­ дами, позволяющими определять характер насыщения коллектора

иустанавливать положение водонефтяного контакта во времени. Комплексный геолого-промысловый анализ результатов таких ис­ следований позволяет наиболее объективно установить характер перемещения контакта и контуров нефтеносности.1

1 Н ы не В сесою зны й научно-исследовательский институт геофизических иссле­

дований скваж и н ( В Н И И Г И С ) .

5

Глава I РАЗРАБОТКА И ВНЕДРЕНИЕ

МЕТОДОВ контроля

ЗА ДВИЖЕНИЕМ ВОДОНЕФТЯНОГО КОНТАКТА И КОНТУРОВ НЕФТЕНОСНОСТИ

До конца 40-х годов XX века водонефтяной контакт (ВНК) изучался по данным электрометрии скважин только для определе­ ния начальных контуров нефтеводоносности и установления продук­ тивности интервалов пласта, подлежащих вскрытию перфорацией обсадной колонны. До внедрения в производство методов радио­ метрии по разделению нефтеносных и водоносных пород эффектив­ ный контроль за перемещением подошвенной воды отсутствовал. Поэтому обводнение скважин на отдельных участках часто явля­ лось неожиданностью.

Изоляция подошвенной воды из-за незнания действительного положения водонефтяного контакта в большинстве случаев прово­ дилась неудачно. В отдельных скважинах, полностью обводненных вследствие естественного подъема подошвенной воды, неоднократно проводились безуспешные попытки изолировать эту воду. О харак­ тере движения контура водоносности приходилось судить по един­ ственному признаку — появлению воды в эксплуатационных сква­ жинах. Изучение перемещения подошвенной воды сводилось лишь к приближенному определению внутреннего контура нефтеносности, переносившегося за пределы скважины по мере появления в ней воды. Однако вода в скважине появляется не только вследствие естественного подъема водонефтяного контакта, но и по другим причинам. Надежные способы определения характера воды, добы­ ваемой вместе с нефтью в обводнившихся скважинах, также не были разработаны. В связи с этим вопросы регулирования процес­ сов заводнения практически не решались, или решались весьма примитивно.

Внедрение методов разработки нефтяных месторождений с за­ контурным заводнением обусловило необходимость тщательно кон­ тролировать и рационально регулировать перемещение водонефтя­ ного контакта и контуров нефтеносности. Электрометрические исследования в пробуренных в 1951—1953 годах специальных контрольных скважинах с открытым забоем положительных

7

результатов не дали из-за проникновения жидкости, заполняющей ствол скважины, в пласты. Лишь по отдельным контрольным сква­ жинам удалось установить положение водонефтяного контакта.

В последующие годы до внедрения методов радиометрии изме­ рения в контрольных скважинах с открытым забоем электричес­ кими методами не проводились, и никаких сведений о движении водонефтяного контакта по ним не было получено. Таким образом, специальные контрольные скважины, на бурение которых были за­ трачены огромные средства, практически не могли быть использо­ ваны для наблюдения за продвижением водонефтяного контакта из-за отсутствия надежной методики исследований. Разработка крупнейших нефтяных месторождений с применением законтурного заводнения (Туймазинское, Бавлинское и др.) настоятельно требо­ вала эффективного решения вопросов контроля за движением во­ донефтяного контакта и контуров нефтеносности.

В связи с разработкой и внедрением в СССР радиометричес­ ких методов исследования появилась реальная возможность соз­ дать способы разделения нефте- и водонасыщенных коллекторов в обсаженных стальной колонной эксплуатационных скважинах. Решение этой важнейшей задачи было поручено лаборатории ядерной геофизики МИНХ и ГП им. И. М. Губкина. С 1953 года в ла­ боратории ядерной геофизики были начаты теоретические и экспе­ риментальные работы, показавшие возможность расчленения неф­ теносных и водоносных коллекторов методами радиометрии по различию концентраций натрия и хлора в воде и нефти. В резуль­ тате дальнейших исследований, выполненных в 1954—1955 годах под руководством В. Н. Дахнова и А. И. Холина в лаборатории и на промыслах Туймазинского, Александровского и Бавлинского нефтяных месторождений, был создан производственный способ контроля за перемещением нефти и воды в продуктивных пластах

впроцессе их эксплуатации.

ВМИНХ- и ГП были разработаны и испытаны следующие ме­

тоды:

1)нейтронный гамма-метод (НГМ) определения водонефтяного контакта с помощью специального скважинного радиометра, снаб­ женного борным окружением;

2)скважинной спектрометрии для измерения преимущественно жесткой составляющей спектра радиационного у-излучения;

3)нейтрон-нейтронный метод (ННМ) для определения водо­ нефтяного контакта по плотности медленных нейтронов;

4)радиоактивных изотопов, избирательно поступающих в во­

доносную часть коллектора.

В 1954 году сотрудниками лаборатории ядерной геофизики МИНХ и ГП (А. И. Холин, О. И. Барсуков, С. А. Султанов и др.)

иработниками Туймазинской геофизической конторы (А. Ш. Галявич, И. Л. Дворкин) было доказано, что разделение нефтеносных

иводоносных пластов на месторождениях Волго-Уральской нефте­ носной области в благоприятных условиях может быть осущест­

8

влено и с помощью обычно применяемого нейтронного гамма-ме­ тода. В те же годы в результате теоретических и эксперименталь­ ных работ, выполненных в лаборатории ядерной геофизики МИНХ

иГП, были изучены и сформулированы физические основы ядерных методов контроля за разработкой нефтяных месторождений [167, 169].

Следует отметить, что создание новых методов исследований водонефтяного контакта протекало не гладко и методы, разрабо­ танные в МИНХ и ГП, не сразу получили признание. Ряд геологов

игеофизиков отрицали возможность разделения нефти и воды

радиоактивными методами исследования скважин по хлору и ста­ вили вопрос о прекращении этих, по их мнению бесплодных, иссле­ дований. На основе всестороннего геолого-промыслового анализа материалов скважинных исследований в 1954—1955 годах была доказана геологическая достоверность и эффективность таких ме­ тодов [134, 135].

Одновременно велись исследования по разработке других бо­ лее эффективных способов разделения нефти и воды, так как стан­ дартные методы радиометрии имели существенные недостатки. Они обусловлены тем, что показания стандартных методов зависят не только от содержания хлора в пластовой воде, но и от порис­ тости и литологического состава горных пород. Кроме того, на показания, вследствие малого радиуса исследования (для НГМ, НИМ и метода наведенной активности 15—20 см от оси сква­ жины), значительно влияет ближняя зона — конструкция сква­ жины, жидкость, заполняющая скважину, проникновение фильт­ рата бурового раствора в проницаемые пласты и др.

В 1953—1954 годах под руководством Г. Н. Флерова, Ф.А. Алек­ сеева, Ю. С. Шимелевнча и других предложен метод наведенной активности (НА). Сущность этого метода состоит в том, что при облучении горных пород нейтронами ядра стабильных изотопов или других элементов становятся радиоактивными и распадаются. При этом каждый радиоактивный изотоп имеет определенный пе­ риод полураспада. Так, при облучении нейтронами нефтеносных и водоносных пластов в них наблюдаются различные величины активации натрия, хлора и других элементов. Эти различия свя­ заны, как II при нейтронном методе, с повышенным содержанием NaCl в водоносных пластах. Значительный вклад в разработку и совершенствование методов наведенной активности внесли

Е.Б. Бланков и Т. Н. Бланкова.

Вконце 50-х годов практически был разработан принципиаль­

но новый метод — импульсный нейтрон-нейтронный (ИНЫМ), основанный на изучении нестационарного, изменяющегося во вре­ мени поля нейтронов около импульсного источника. Показания ме­ тода ИНЫМ существенно меньше зависят от свойств ближней зоны и содержат гораздо большее количество однозначной информации о нейтронных свойствах исследуемого пласта.

9