О технологии сейсмоакустического воздействия на обводненные нефтяные пласты

Разработка нефтяных месторождений на поздней стадии требует привлечения специальных методов увеличения нефтеотдачи. Основные трудности разработки таких месторождений связаны с ухудшением условий вытеснения нефти закачиваемой водой в связи с сильным обводнением пластов. Одним из известных методов увеличения нефтеотдачи в таких условиях является сейсмоакустическое воздействие. Приводятся результаты применения сейсмоакустического воздействия на Ромашкинском месторождении.

Разработка нефтяных месторождений на поздней стадии требует привлечения специальных методов увеличения нефтеотдачи. Основные трудности разработки таких месторождений связаны с ухудшением условий вытеснения нефти закачиваемой водой в связи с сильным обводнением пластов. Одним из известных методов увеличения нефтеотдачи в таких условиях является сейсмоакустическое воздействие, однако механизм воздействия остаётся невыясненным. Предложенные в [1-3] возможные модели воздействия не подтверждены исследованиями на нефтяных месторождениях. В данной работе приводятся результаты специальных наблюдений на месторождениях Татарстана, находящихся на поздней стадии разработки. Основная задача исследований заключается в изучении механизма сейсмоакустического воздействия на обводнённые нефтяные пласты.

Возбуждение упругих колебаний осуществлялось скважинным излучателем, обеспечивающим излучение коротких импульсов давления с частотным спектром 20-300 Гц, амплитудой акустического давления 5•104 Па (на расстоянии 1 м в воде) и периодом повторения 6 с. Излучатель работал непрерывно в течение 216 ч. Изменение свойств продуктивного пласта оценивалось по изменению открытой трещиноватости. Для этих целей использовался в режиме мониторинга метод сейсмической локации бокового обзора (СЛБО), позволяющий определять изменение трещиноватости во всём объёме геологической среде на глубинах 500-5000 м [4. 5]. Результаты воздействия оценивались по промысловым данным на скважинах, удалённых от "излучающей" до 2 км.

На Ромашкинском месторождении (Миннибаевская площадь, блок 4) сейсмоакустическое воздействие осуществлялось непрерывно в течение 9 дней (с 23.06 по 1.07.1998 г.) в скв. 20462 против пашийского горизонта, представленного переслаиванием песчаных, песчано-алевролитовых и аргиллитовых пород. Наблюдения по методике СЛБО выполнялись на площади 4x4 км. Одно наблюдение было проведено до начала воздействия (21.06.1998 г.) для определения фоновых значений трещиноватости по продуктивному горизонту, остальные пять наблюдений – во время воздействия (23, 26, 27, 28, 29.06.1998 г.) На рис.1 представлено распределение трещиноватости при фоновом наблюдении и положение забоев добывающих скважин. На рис.2 представлено распределение трещиноватости, осреднённое по пяти наблюдениям, за вычетом фонового наблюдения. Сравнивая рис.1 и 2, можно установить, как изменялось распределение трещиноватости по продуктивному горизонту после воздействия. Из сопоставления этих рисунков следует, что области повышенной трещиноватости сменились областями пониженных значений и наоборот. Особенно отчётливо это видно в районе СКВ. 294 и 20691.

Оценка дополнительно добытой нефти осуществлялась за период 18 месяцев по комплексу характеристик вытеснения, построенных для каждой добывающей скважины. Полученные данные приведены в таблице.

Из таблицы, рис.1 и 2 видно, что наибольшее увеличение добычи нефти фиксируется в тех скважинах, в окрестности которых наблюдается резкое уменьшение трещиноватости. Напротив, увеличение трещиноватости или её неизменность приводят к незначительному увеличению дополнительной нефти.

На Абдрахмановской площади (блок 7), Ромашкинского месторождения, сейсмическое воздействие осуществлялось в скв. 844 против нефтяного пласта того же пашийского горизонта с 3.06. по 12.06.1997 г. Наблюдения по методике СЛБО проводились в режиме мониторинга – одно для получения фонового значения распределения трещиноватости по продуктивному пласту и восемь последующих (с интервалом 3 дня) для выяснения характера изменения трещиноватости во время воздействия (четыре наблюдения) и после его окончания (четыре наблюдения). Таким образом было получено девять распределений поля трещиноватости.

Обработка этих данных велась следующим образом. В точка, соответствующих положениям всех скважин, оценивалось значение трещиноватости в условных единицах на всех девяти распределениях. Осреднение полученных значений по каждой точке (скважине) проводилось методом наименьших квадратов по первым четырём значениям, соответствующим наблюдениям во время воздействия, и по последним четырём распределениям, соответствующим наблюдениям после окончания воздействия, а также по всем распределениям за весь период наблюдений. Направление изменения трещиноватости (увеличение – уменьшение) оценивалось по наклону осредняющей кривой, а величина наклона характеризовалась тангенсом угла наклона. Полученные значения в виде стрелок приведены на рис.3. Как видно из рис.3, для большинства точек направления изменения трещиноватости во время воздействия, после него и за весь период наблюдений совпадают. Кроме тог, так же, как и в предыдущем эксперименте, области повышенных значений трещиноватости после воздействия сменились областями пониженных значений и наоборот.

Анализ промысловых данных по добывающим скважинам за 4 месяца до воздействия и 4 месяца после него показал, что, как и в предыдущем эксперименте, наибольшее увеличение добычи нефти после воздействия наблюдается в тех скважинах, в окрестности которых произошло резкое уменьшение трещиноватости. Из этих же данных следует, что приращение добычи нефти после воздействия происходит в основном за счёт уменьшения коэффициента водонасыщенности. Так, в скв. 23650 коэффициент водонасыщенности уменьшился на 30% в скв. 9079 – на 80,9%. Аналогичные эксперименты были проведены на Чишминской площади Ромашкинского месторождения и на Бавлинском месторождении. И в этих экспериментах подтвердилась установленная особенность изменения степени трещиноватости после воздействия: в областях повышенной трещиноватости происходит резкое уменьшение её значений, а в областях пониженной трещиноватости – увеличение.

Рис.1
Поле распределения трещиноватости, полученное при фоновом наблюдении до воздействия. Ромашкинское месторождение, Миннибаевская площадь, блок 4, пашийский горизонт.

Рис.2
Поле распределения трещиноватости, осреднённое по пят наблюдениям после воздействия, за вычетом фонового поля. Ромашкинское месторождение, Минибаевская площадь, блок 4, пашийский горизонт.

Обсуждение полученных результатов

Наличие зон повышенной и пониженной трещиноватости перед началом воздействия (см. рис.1) свидетельствует о сложном напряжённо-деформированном состоянии среды. В этих условиях трещины, которые оказывают наибольшее влияние на рассеяние волн (соизмеримые с длиной волны), находятся в устойчивом состоянии. При падении продольной волны на такую трещину происходит её подрастание, а при наличии контактов между берегами трещин – проскальзывание на контактах за счёт сдвиговых напряжений. В процессе повторного падения волны происходит дополнительное подрастание трещин с дополнительным проскальзыванием на контактах. Таким образом происходит накопление деформаций и рост трещин. Если энергия падающей вона мала, но число повторных прохождений велико, то и рост трещин может быть значительным. Наблюдаемые изменения трещиноватости можно объяснить следующим образом. В области пониженной трещиноватости доля трещин с размерами, близкими к критическим, невелика, поэтому рост большинства трещин не приводит к их смыканию и рассеивающие свойства области увеличиваются. В областях повышенной трещиноватости доля указанных трещин больше и рост из приводит к увеличению размеров до критических и последующему смыканию. В этом случае рассеивающие свойства области уменьшаются.

На базе рассмотренного механизма изменения трещиноватости после сейсмоакустического воздействия можно объяснить основные эффекты, отмечаемые по промысловым данным. Так, уменьшение коэффициента водонасыщенности, наблюдаемое в основном при уменьшении трещиноватости, объясняется снижением раскрытости и схлопыванием трещин, являющихся каналами притока воды в добывающие скважины. Но поскольку перед схлопыванием происходит развитие трещин по ненарушенной части пласта, то при этом извлекается малообводнённая нефть, что также приводит к уменьшению коэффициента водонасыщенности. Кроме того, смыкание трещин и уменьшение их раскрытости проявляется при увеличении пластового давления (на 5-10 атмосфер), что также способствует увеличению эффективности работы скважин.

Увеличение коэффициента водонасыщенности, которое наблюдается в основном при повышении трещиноватости, объясняется ростом трещин до размеров, не превышающих критический. Но поскольку развитие трещин, как и в предыдущем случае, происходит по ненарушенной части пласта, то при этом также извлекается малообводнённая нефть. Это сдерживает рост рассматриваемого коэффициента, и в целом увеличение его оказывается незначительным.

Если в первом случае дебит скважинной жидкости может увеличиться за счёт повышения пластового давления, то во втором – за счёт увеличения трещинной проницаемости, что и отмечается в некоторых скважинах. Интересно отметить также, что в обоих рассмотренных случаях нефтеотдача пласта увеличивается за счёт проникновения трещин в ненарушенные участки пласта.

Таблица
Дополнительная добыча нефти по скважинам, расположенным на участке наблюдений Методом СЛБО (Миннибаевская площадь, блок 4)

Рис.3
Направление и степень изменения трещиноватости при сейсмоакустическом воздействии на Абдрахмановской площади.

Выводы

• В процессе сейсмоакустического воздействия происходит изменение напряжённо-деформированного состояния в окрестности продуктивного пласта, проявляющееся в изменении поля открытой трещиноватости.
• Изменение открытой трещиноватости происходит таким образом, что области повышенных значений сменяются областями пониженных значений и наоборот.
• Наибольший эффект от воздействия в виде получения дополнительной нефти наблюдается в скважинах, расположенных рядом с зонами повышенной трещиноватости.
• Основной объём дополнительно добытой нефти связан главным образом с уменьшением коэффициента водонасыщенности добываемой жидкости.
• Наряду со скважинами, положительно реагирующими на воздействие, имеются скважины, не реагирующие на него или реагирующие слабоотрицательно, при этом общий итог воздействия всегда положителен.
• Сейсмоакустическое воздействие всегда способствует увеличению нефтеотдачи пласта.

Литература

1. Алексеев А.С., Цецохо В.А., Белоносова А.В., Белоносов А.С., Сказка В.В., 2001, Вынужденные колебания трещиновато-блочных флюидонасыщенных слоёв при вибросейсмических воздействиях: Геомеханика, 6, 3-12.
2. Назаров Л.А., Назарова Л.А., Ряшенцев А.Н., Ряшенцев Н.П., Фомин В.М., 2002, Об одном механизме повышения нефтеотдачи пластов: ДАН, т. 382, 1, 41-44.
3. Назаров Л.А., Назарова Л.А., Ряшенцев А.Н., Ряшенцев Н.П., Фомин В.М., 2003, Экспериментальное исследование изменения напряжений во смещабщем массиве: ДАН, т. 388, 5, 620-623.
4. Файзуллин И.С., Чиркин И.А., 1998, Сейсмоакустические методы изучения трещиноватости горных пород: Геоинформатика, 3, 24-27.
5. Файзуллин И.С., Куценко Н.В., 2004, О возможности применения рассеянных волн для изучения трещиноватости геосреды по данным численного моделирования: Геофизика, 5, 5-9.

Коротко об авторах

• Ирик Султанович ФАЙЗУЛЛИН – доктор физ.-мат. наук, профессор, заведующий лабораторией разработок сейсмоакустических технологий ВНИИгеосистем, научный руководитель ООО НВП "Геоакустик".
• Борис Пестрович ДЬЯКОНОВ – доктор технических наук, главный научный сотрудник ВНИИгеосистем.
• Раис Салихович ХИСАМОВ –доктор геолого-минералогических наук, профессор, главный геолог ОАО "Татнефть".
• Ренат Халилович МУСЛИМОВ – доктор геолого-минералогических наук, профессор, советник при Президенте Республики Татарстан.
• Николай Валентинович КУЦЕНКО – научный сотрудник ООО НВП "Геоакустик", аспирант кафедры математической физики факультета ВМ и К МГУ.

Скачать статью: О технологии сейсмоакустического воздействия на обводненные нефтяные пласты (PDF, 849.61 Kb)