.

Заводнення (, , ) — у нафтовидобувній промисловості — спосіб впливу на пласт при розробці нафтових родовищ, при якому підтримка і відновлення пластового тиску і балансу енергії здійснюються закачуванням води.

Заводнення нафтових пластів є одним із найпоширеніших і найефективніших методів підтримання пластового тиску та підвищення нафтовилучення. Цей метод забезпечує стабільне витіснення нафти водою з порового простору колекторів, сприяє продовженню терміну експлуатації родовищ і зменшує втрати енергії пласта.

Історія Історія заводнення охоплює понад століття розвитку — від емпіричних спроб до сучасних цифрових технологій моделювання й контролю процесів фільтрації.

Перші випадки природного або випадкового заводнення були зафіксовані ще наприкінці XIX століття на нафтових промислах Пенсільванії (США), Бакинського району (Азербайджан) і Галичини (Україна–Польща). Було помічено, що приплив нафти збільшується після прориву пластових вод. Це спостереження привело до ідеї штучного нагнітання води в поклад. Перші експериментальні спроби штучного заводнення здійснено у США близько 1880–1900-х років. Вода подавалася у відпрацьовані свердловини без наукового обґрунтування, але результати підтвердили доцільність методу. Заводнення стало поширеним явищем у Пенсільванії в 1880-х роках.Abdus Satter, Ghulam M. Iqbal, and James L. Buchwalter, Practical Enhanced Reservoir Engineering (Tulsa, Okla.: Pennwell, 2008) 492.

Справжній науковий розвиток методу розпочався у 1920–1930-х роках, коли з’явилися перші математичні описи фільтраційних процесів у пористих середовищах. Основоположником теорії водонапірного витіснення став американський інженер-нафтовик Морріс Маскат (1906-1998), який у 1937 р. сформулював рівняння фільтрації багатофазних систем. Промислове заводнення почали застосовувати у США, Венесуелі та Мексиці. У СРСР перші промислові досліди проведено на азербайджанських родовищах (Балахани–Сабунчи–Романи) у 1938 році, де вперше використано спеціальні нагнітальні свердловини.

Після Другої світової війни (1950–1970-ті роки) заводнення набуло масового застосування у світі як основний метод підтримання пластового тиску. Було розроблено різні схеми розміщення свердловин — п’ятиточкові, семиточкові, бар’єрні, кільцеві тощо.

Оптимізація технологій заводнення припадає на 1980–2000-ті роки. Поширення отримали: селективне заводнення, що спрямовано на малопроникні ділянки пласта; полімерне та ПАР-заводнення, при якому вводяться хімічні реагенти для покращення витіснення нафти; комп’ютерне моделювання фільтрації, що дозволяє прогнозувати розподіл тисків і фронтів витіснення.

На початку XXI ст. заводнення охоплює близько 70% світових обсягів видобутку нафти. Сучасні тенденції розвитку включають: застосування 3D-цифрових геолого-гідродинамічних моделей; інтелектуальні свердловини з дистанційним регулюванням подачі води; комбіновані методи (газоводяне, лужно-полімерне заводнення); використання очищених стічних і морських вод для екологічно безпечного циклу розробки.

Українські наукові школи й надалі роблять внесок у вдосконалення технологій заводнення, зокрема у напрямі моделювання процесів, моніторингу пластових систем і розробки енергоощадних схем нагнітання.

Загальний опис Зазвичай можна видобути лише 30 % нафти з пласта, але закачування води збільшує коефіцієнт видобутку (відомий як коефіцієнт видобутку) та підтримує дебіт пласта протягом тривалішого періоду. Заводнення забезпечує високі темпи видобутку нафти і порівняно високий ступінь видалення нафти (до 70 %). Як робочий аґент використовуються води водоймищ (річки, моря, озера), глибинних водоносних горизонтів, пластові води, а також розчини поверхнево-активних речовин (ПАР), полімерів, лугів, що характеризуються підвищеними нафтовитіснювальними властивостями. У останні десятиліття замість води для підтримання тиску у продуктивному нафтовому пласті в нього запомповують газ, зокрема діоксиду вуглецю, а також піни та емульсії.

Заводнення — інтенсивний і економічно ефективний спосіб впливу на нафтовий пласт. Дозволяє зменшити число нафтових свердловин, підвищити їх дебіти, знизити собівартість нафтовидобутку.

У залежності від розташування нагнітальних свердловин розрізняють: позаконтурне заводнення (свердловини розташовують за межами нафтоносної частини продуктивного пласта по периметру покладу); приконтурне заводнення (свердловини бурять у водонафт. зоні пласта між внутр. і зовн. контурами нафтоносності); внутрішньоконтурне заводнення (воду закачують безпосередньо в нафтонасичену частину пласта); за конфігурацією ліній і площ, на яких розташовуються нагнітальні свердловини також розрізняють заводнення (див. рисунок): з розрізанням нафтоносної ділянки на окремі площі; блокове; осьове; кільцеве; центральне; осередкове.

У залежності від застосовуваного витісняючого агента виділяють: Класичне водне заводнення (використовуються прісні або солоні води) Міцелярне заводнення Полімерне заводнення Лужне заводнення Витіснення нафти діоксидом вуглецю Витіснення нафти діоксидом пінами та емульсіями Витіснення нафти розчинниками і газами високого тиску Витіснення нафти гарячою водою і паром комбіноване заводнення, ASP-заводнення  — alkaline-surfactant-polymer flooding

У залежності від режимних параметрів подачі витісняючого нафту агента розрізняють: Заводнення з поступовою подачею витісняючого агента; Метод циклічного заводнення

В Україні метод заводнення є ключовим у розробці родовищ Передкарпаття, Дніпровсько-Донецької западини, Причорноморсько-Кримського регіону. Українські науковці зробили помітний внесок у вивчення закономірностей фільтрації багатофазних систем, оптимізацію розміщення нагнітальних свердловин, удосконалення технологій підтримання пластового тиску.

Заводнення нафтового (газового) пласта

Поняття заводнення нафтового (газового) пласта включає: поступове заповнення нафтового (газового) пласта водою того ж пласта, що знаходиться за контуром нафтоносності (газоносності), внаслідок виснаження пласта в процесі розробки; заповнення нафтового (газового) пласта водою, що проникає з інших пластів внаслідок низької якості цементування свердловини під перепадом тиску. Штучне заводнення, яке здійснюється для підтримування пластового тиску.

Коефіцієнт заводнення — відношення об'єму промитої частини пустотного простору продуктивного пласта, охопленого процесом витіснення, до загального об'єму пустот цього простору, початково насиченого нафтою.

Практичні аспекти застосування заводнення Найчастіше застосовуються кілька систем заводнення нафтових покладів: позаконтурне, внутрішньоконтурне, вибіркове і комбіноване. Законтурне заводнення застосовується при закачуванні води в нагнітальні свердловини, розташовані у позаконтурній частині родовища. При внутрішньоконтурному заводненні родовище розділяється рядами нагнітальних свердловин на окремі блоки самостійної розробки, і нафта витісняється під впливом напору води, що нагнітається. Вибіркове (майданне) заводнення особливо ефективно при розробці малопроникних пластів. Поліпшення поточних показників розробки родовища і підвищення ефективності кінцевої нафтовіддачі пластів найбільшою мірою досягається при внутрішньоконтурному заводненні, що зумовило його широке застосування у всіх нафтовидобувних районах.

Шляхи підвищення ефективності заводнення На нафтових родовищах широко застосовують заводнення як засіб підтримання пластового тиску і штучного відтворення найсприятливішого з точки зору нафтовіддачі водонапірного режиму витіснення. Заводнення дозволило значно підвищити нафтовіддачу покладів (порівняно з режимом розчиненого газу). Проте на сьогодні звичайне заводнення практично вичерпало свої можливості і для підвищення його ефективності застосовуються нові, більш досконалі його види. Теоретичні задачі видобування базуються на пошуках і обґрунтуванні найефективніших регульованих параметрів процесу заводнення. До них належать: швидкість (тиск) нагнітання води в поклад, поверхневий натяг води на межі з нафтою, її змочувальні властивості, в'язкість, густина і температура. Завдання полягає у виборі регульованих технологічних характеристик процесу заводнення з урахуванням особливостей специфіки геологічно-фізичних характеристик кожного покладу таким чином, щоб забезпечувались максимальні значення коефіцієнтів витіснення і охоплення пластів впливом. Конкретні заходи, які сприяють підвищенню ефективності заводнення, випливають з аналізу факторів, що впливають на коефіцієнти витіснення і охоплення. Зменшення капілярних сил і підвищення миючих властивостей води сприяють збільшенню коефіцієнта витіснення. Тому для поліпшення якості води, що нагнітається в неї добавляють водорозчинні поверхнево-активні речовини (ПАР), які сприяють зниженню поверхневого натягу (σ) води на межі з нафтою і поліпшують її змочувальні і миючі властивості.

Якість їх як добавок до води характеризується кількома основними показниками — поверхневою активністю на межі розділу нафта—вода, ступенем граничної адсорбції на поверхні мінералів пласта, залишковим поверхневим натягом нафти на межі з водою при підвищених концентраціях ПАР у воді, швидкістю дифузії і деякими іншими (біорозкладання в аеробних умовах, здатність до десорбції, емульгуючі властивості і т. ін.). Добавка ПАР до води, що нагнітається може сприяти підвищенню коефіцієнта витіснення на 5 — 6 %.

Недоліком ПАР як засобів підвищення нафтовіддачі є їх значна адсорбція на поверхні мінералів. Для ПАР типу ОП-10 гранична адсорбція на кварцевому піску досягає 0,69 мг на 1 г породи. Тому при нагнітанні, наприклад, в розрізаючий ряд свердловин навіть з підвищеною концентрацією ПАР вони осідають на стінках порових каналів позаду фронту витіснення і нафта вимивається водою, яка практично не містить поверхнево-активних компонентів.

Якість води, що використовується для заводнення Вимоги до води, що використовується для закачування в нафтовий поклад, щодо хімічної сумісності з пластовою водою і стабільності складу; відсутності мікроорганізмів; підвищеної нафтовитіснювальної здатності; мінімального вмісту нафтопродуктів і механічних домішок, які знижують приймальність нагнітальних свердловин; корозійної пасивності; мінімальних витрат на очищення і підготовку води.

Дослідження води, яку використовують для заводнення включає: — визначення загального вмісту завислих частинок і їх гранулометричний склад; — визначення температури; — аналіз складу і кількості бактерій; — визначення вмісту вуглеводнів; — дослідження корозійного складу води; — визначення електропровідності; — дослідження можливості сумісного використання морської і пластової води для закачування, і характеру хімічних реакцій, які приводять до утворення осадків (іонів Са++, Mg++, Sr++ і S04).

Значення рН води, яку закачують повинна бути в межах 4,5-8,5.

Використання пін і емульсій

При введенні в облямівку пласта пін і емульсій скорочується рухливість води, що нагнітається, зменшується водопроникність неоднорідного пласта, зростає коефіцієнт охоплення його впливом ηох. Піни, приготовлені із застосуванням ПАР-піноутворювачів, при нагнітанні в неоднорідне пористе середовище в початковий період рухаються в найбільш проникних напрямках, знижуючи провідність порід і вирівнюючи її з провідністю в інших напрямках. У результаті цього збільшується коефіцієнт охоплення пластів впливом. Затиснутий у порах газ сприяє зниженню фазової проникності пористого середовища для води. Аналогічний механізм збільшення нафтовіддачі у процесі нагнітання в пласт емульсій нафти в розчинах лугів і ПАР.

Див. також

Метод заводнення Блокове заводнення Бар'єрне заводнення Вибіркове заводнення Внутрішньоконтурне заводнення Законтурне заводнення Міцелярне заводнення Полімерне заводнення Потоковідхилюючі методи заводнення

Метод циклічного заводнення Заводнення з розрізанням на окремі площі Заводнення кільцеве Заводнення осередкове Заводнення осьове Склепінне заводнення Площове заводнення

Міжпластові перетоки Лужне заводнення Витіснення нафти діоксидом вуглецю