нефтеизвлечения можно разделить на следующие группы: физико-гидродинамические, физико-химические, теплофизические, термохимические и смешивающегося вытеснения.

Физико-гидродинамические методы

           К физико-гидродинамическим методам относятся заводнение пластов путём применения высоких давлений нагнетанния, циклическое заводнение и другие способы создания нестационарного давления и периодического изменения направления фильтрационных потоков в продуктивных пластах [1,2,3]. Эти методы направлены на повышение охвата пластов процессом вытеснения в условиях традиционного заводнения за счет вовлечения в разработку малопроницаемых слоев, а также застойных зон. Суть этих методов заключается в создании знакопеременных перепадов давления между зонами (слоями) с разной проницаемостью и насыщенностью. За счет этих скачков давления создаются условия для выравнивания насыщенности и устранения капиллярного неравновесия на контакте нефтенасыщенных и заводненных зон, слоев, участков. Изменение фильтрационных потоков усиливает этот процесс за счет вовлечения в разработку застойных зон пласта. К физико-гидродинамическим методам относят водогазовое циклическое воздействие на пласты, при котором в пласт поочередно нагнетаются вода и газ. Поочередное нагнетание воды и газа способствует повышению охвата неоднородных пластов заводнением вследствие снижения относительной проницаемости  высокопроницаемых пропластков, занятых водогазовой смесью.

     Физико-гидродинамические  методы в принципе могут применяться во всех геолого-физических условиях, при которых проводят обычное заводнение. Эффективность применения этих методов тем выше, чем выше неоднородность пластов. Эффект от циклического воздействия на пласты увеличивается с повышение гидрофильности коллекторов, микронеоднородности пористой среды, проницаемостной (слоистой) неоднородности, сообщаемости слоев, а также с увеличением амплитуды колебания давлений нагнетания воды и применением процесса на более поздней стадии заводнения.

            По имеющимся оценкам применение физико-гидродинамических методов обеспечивает повышение нефтеизвлечения на единицы процентов, что при широкомасштабном внедрении обеспечивает получение значительного экономического эффекта при небольших дополнительных капитальных вложениях.

1.1.         Технология заводнения путём применения высоких давлений нагнетания

Сущность технологии и область её применения. Применение повышенных давлений нагнетания, значительно превышающих пластовое давление, с целью интенсификации добычи нефти было предложено группой ученых и инженеров: Губановым Б.Ф., Желтовым Ю.П., Грайфером С.Л., Пустовойтовым С.Л. и др.

          Высокие давления нагнетания используются как средство воздействия на процесс регулирования фильтрационных свойств горных пород – коллекторов нефти за счёт их деформации под влиянием различных по величине и знаку искусственно создаваемых депрессий и соответствующих им эффективных напряжений.

          Повышение давления и градиента давления приводит к увеличению скорости фильтрации по всем пропласткам, а увеличение эффективных напряжений за счёт  снижения пластового давления за пределы упругости деформации горных пород сопровождается течением и уплотнением материала пористой среды. При снятии напряжений последняя не восстанавливает своих прежних свойств из-за остаточной деформации. При этом малопроницаемые пропластки, содержащие повышенное значение глинистого материала и пелитовых частиц подвержены в большей степени деформации, чем малоглинистые породы.

            Областью применения данного метода являются месторождения, удовлетворяющие следующим условиям:

• наличие слоисто-неоднородных пластов, обладающих хорошей гидродинамической связью между прослоями;
• коллектора обладают гидрофильностью, способствующей удержанию воды, внедряемой в малопроницаемые зоны.

          Результаты промысловых экспериментов показывают, что общая приёмистость отдельных скважин и пластов меняются с изменение давления нагнетания и скорости закачки воды. При этом между расходом закачки и репрессией на пласт наблюдается нелинейная зависимость: расход закачки растет быстрее, чем перепад давления между скважиной и пластом и в отдельных случаях при дальнейшем повышении давления нелинейная зависимость Q=f(DP) обращается в линейную. Аналогичные результаты были получены и в лабораторных экспериментах [2].

           Возникновение нелинейной фильтрации связано с образованием и расширением вертикальных микротрещин в горной породе, слагающей прискважинную зону, что приводит к поинтервальному вовлечению в разработку отдельных проницаемых пластов и пропластков.

          Лабораторными исследованиями [1] установлено, что при повышении внутрипорового давления отмечаются три характерные области изменения проницаемости горных пород – коллекторов (рис.1). Границей между указанными областями являются участки с постоянной проницаемостью при возрастании внутрипорового давления.

          Первая область, называемая областью упругой деформации, характеризуется упругими свойствами пород. При этом снижение и повторное повышение давления нагнетания (порового давления) не сопровождается какими либо нарушениями структуры пористого образца. 

Рис.1. Изменение проницаемости образцов горных пород от внутрипорового давления при постоянном внешнем (горном) давлении.

Петля гистерезиса полностью отсутствует. Повышение проницаемости образца в этой области происходит в результате уплотнения горных пород.

             Вторая область характеризуется высокими значениями приращения проницаемости образца и соответствует области неупругой деформации горных пород. При этом значительное увеличение проницаемости происходит из-за расширения существующих и образования новых микротрещин и дальнейшего переуплотнения горных пород.. Снижение и последующее повышение давления нагнетания в этой области приводит к остаточной деформации пород, о чём свидетельствует петля гистерезиса, наблюдаемой в процессе эксперимента при снижении и повторном повышении внутрипорового давления.

           Третья область – область гидравлического разрыва образца.

          С использованием теории расширения вертикальных трещин получены решения зависимости расхода воды, закачиваемой в I-й пропласток, и общим перепадом давления Р_с – Р_кi в виде [3,4]:

Здесь Р_с – давление вблизи скважины; P_ki – пластовое давление; Q_i – расход нагнетания жидкости впропластки; n_i – количество перфорационных отверстий в пропластке; m - вязкость жидкости; k_i – проницаемость i-ого пропластка; g_ж – плотность закачиваемой жидкости; l_i – полудлина вертикальной трещины в  i – ом пропластке; f_i – гидравлически осредненная площадь в зоне повышенных сопротивлений.

        Зависимость (1) имеет вид, показанный на рис.2.

Рис. 2. Зависимость расхода воды, закачиваемой в пласты, от перепада давления.

         Кривая I  на этом рисунке соответствует зависимости Q_I(P_c – Р_ki) для более проницаемого пропластка с наименьшим давлением раскрытия трещин. При  малых перепадах давления  (P_c – Р_ki), соответствующих участку 1, трещины пропластка закрыты, поскольку перепад давления еще не превышает эффективного напряжения (горного давления).  Зависимость Q_I(P_c – Р_ki) на участке 1 соответствует закону Дарси. Гидравлические сопротивления здесь малы ввиду малой скорости движения. На участке 2 начинается раскрытие трещин в более проницаемом пропластке I, а в пропластке II трещины еще закрыты. Наконец, на участке 3 начинается заметно сказываться гидравлические сопротивления.

          Кривая II характеризует зависимость Q_II(P_c – Р_ki) для менее проницаемого пропластка с более высоким давлением раскрытия трещин.

           Разница расходов воды, закачиваемой в пропластки I и II, отмеченная на рис.2 а штриховкой, особенно велика, когда в пропластке I  раскрылись трещины, а в пропластке II  еще нет. С увеличением давления нагнетания разность расходов воды, уходящей в пропластки I и II, уменьшается. Зависимость полного расхода Q от перепада давления DР_с для пласта, содержащих много пропластков, будет в целом характеризоваться кривой, показанной на рис 2 б. Такие кривые обычно наблюдаются на практике при снятии индикаторных кривых в скважинах, дренирующих одновременно несколько пластов.

Фильтрация жидкости по закону Дарси. Для условий возникновения в прискважинной зоне дополнительных фильтрационных сопротивлений и образования и расширения в ней сети трещин одночленный закон фильтрации жидкости по i-ому пропластку может быть записан в виде [2]:            

Здесь Р^*<Р_i <Р_c ; a - коэффициент изменения гидропроводности i-oго пропластка с изменением давления.

Фильтрация жидкости с начальным и предельным градиентами давления сдвига. Одночленный закон фильтрации неньютоновской жидкости по микронеоднородным средам может быть записан в следующих видах [4]:

Здесь |gradP| - модуль градиента давления; t₀ – модуль начального градиента сдвига; t_п – модуль предельного градиента сдвига; b – коэффициент, определяемый геометрией и физико-химическими свойствами пористой среды и фильтрата.

        Уравнение (3) справедливо при условии t₀ £ |gradP| £ t_п, уравнение (4) -    t₀ £ |gradP| £ t_п и Р £Р^*, где Р^*- давление, соответствующее началу раскрытия трещин.

         Результаты промыслового внедрения технологии повышенных давлений нагнетания воды на различных месторождений приведены в работах [1,5,6,7].

          Оценка технологической эффективности гидродинамических методов повышения нефтеотдачи пластов производится в соответствии с руководящим документом [8]. 

Список литературы

1. Губанов Б.Ф. Совершенствование технологии заводнения – как метод увеличения нефтеотдачи пластов. - М.: МИНХиГП, 1984.-с.91
2. Губанов Б.Ф. Исследование и разработка методов и технических средств увеличения нефтеотдачи путём охвата пластов воздействием. – Дис.на соиск. уч.степ.докт.техн.наук, -М.; МИНХиГП, 1981.
3. Желтов Ю.П. Механика нефтегазового пласта. – М.: Недра, 1976 5.216 с.
4. Мирзаджанзаде А.Х. Некоторые особенности разработки месторождений неньютоновских нефтей. – Изв АН АзССР, 1968, № 3, с. 137-144.
5. Губанов Б.Ф. , Желтов Ю.П.Регулирование процесса разработки с применением повышенных давлений нагнетания. – Тр.ВНИИнефть, 1968, вып.1У, с.165-178.
6. Губанов Б.Ф. , Желтов Ю.П. Физические основы интенсификации разработки нефтяных месторождений и увеличение их нефтеотдачи при повышенных давлениях нагнетания. – М.: Недра, 1971, с.236 – 245.
7. Губанов Б.Ф., Пустовойт С.П. Некоторые результаты исследования метода повышенных давлений нагнетания воды в пласт. – Казань: Таткнигоиздат, 1968.
8. Методическое руководство по определению технологической эффективности гидродинамических методов повышения нефтеотдачи пластов. (ЗД 39-0147035-209-87). М. !987. с.58