Антонов Геннадий Петрович Ведущий научный сотрудник ООО «Наука», к.т.н.

Абрамов Михаил Алексеевич Начальник службы по поддержанию пластового давления ПАО «Татнефть» им. В.Д. Шашина

Кубарев Петр Николаевич Начальник отдела экологической безопасности при разработке нефтяных месторождений Института «ТатНИПИнефть» ПАО «Татнефть» им. В.Д. Шашина, к.т.н.

Индикаторный (трассерный) способ исследований межскважинного пространства известен как «метод меченых атомов». Он основан на принципе «черного ящика» и применяется для изучения фильтрационных свойств коллекторов и контроля заводнения пластов: на изучаемом объекте в нагнетательную скважину вводится меченая индикатором оторочка, после чего на устьях контрольных скважин отбираются пробы продукции для оценки содержания индикатора в лабораторных условиях. Затем проводятся обработка и интерпретация результатов исследования.

Объект исследований не подвергается никакому воздействию, процесс разработки остается неизменным. При этом метод не предъявляет специальных требований к конструкции устьевого и подземного оборудования скважин.

За последние 40 лет в ОАО «Татнефть» накоплен большой опыт исследований с использованием трассеров, сформирован штат высококвалифицированных специалистов, разработана нормативно-технологическая документация и создан аппаратурно методический комплекс. Все работы по подготовке, реализации и интерпретации результатов исследований выполняются в соответствии с требованиями руководящих документов.

На рис. 1 представлена общая технологическая схема исследования межскважинного пространства индикаторным методом. Показана последовательность этапов от постановки задачи, выбора объекта и порядка проведения исследований до определения мероприятий по регулированию процессов заводнения и разработки.

Выполнение индикаторных исследований до и после проведения ГТМ по интенсификации добычи нефти или повышению нефтеотдачи пластов позволяет оценить эффективность проведенных ГТМ. Сегодня с использованием ИМ выявляют особенности геологического строения пласта в межскважинном пространстве и определяют фильтрационные параметры коллекторов, а именно наличие гидродинамической связи между объектами, преимущественное направление и скорость фильтрации закачиваемых флюидов.

При проведении индикаторных исследований и анализе проб воды на содержание индикатора получают время прихода индикатора в добывающую скважину и концентрацию (количество) индикатора, поступившего в данный момент времени. Вид графика «концентрация индикатора время» характеризует тип коллектора и фильтрационную неоднородность межскважинного пространства объекта исследований (рис. 2).

Таким образом, индикаторные исследования позволяют многократно увеличить информативность промысловых данных. Результаты трассерных исследований в комплексе с данными аэрокосмогеологических исследований (АКГИ) указывают на тесную взаимосвязь преимущественного распределения трассера по пласту и направленности открытой трещиноватости.

Результаты трассерных исследований были использованы при создании и адаптации постоянно действующих геолого-технологических моделей (ПДГТМ) Сиреневского, Бавлинского, Онбийского месторождений и нескольких площадей Ромашкинского месторождения. Всего в период с 1976 по 2015 год было исследовано более 150 опытных участков очагового и избирательного заводнения 45 нефтяных залежей.

ИНДИКАТОРНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ НА ЦЕНТРАЛЬНО-АЗНАКАЕВСКОЙ ПЛОЩАДИ

Приведем результаты практического применения трассерных исследований при контроле и регулировании заводнения нефтяных залежей.

На опытном участке Центрально-Азнакаевской площади производилась экспериментальная закачка мицеллярно-полимерного раствора (рис. 3). Для этого специально был подготовлен изолированный пятиточечный элемент, состоящий из одной нагнетательной скважины и четырех добывающих. Все скважины действующего фонда в радиусе трех километров были остановлены. Исследования проводились до и после воздействия на пласт при ежедневном отборе проб. При первом исследовании из пласта извлечено 87% индикатора, после воздействия на пласт – 43%.

По результатам исследований установлено, что закачка мицеллярно-полимерного раствора привела к изменению фильтрационных свойств коллектора. До воздействия распределение потока закачиваемой воды по скважинам считалось равномерным, а опытный участок представлял практически замкнутую систему. Воздействие изменило фильтрационные свойства пласта.

В ходе второго исследования была выявлена анизотропия коллектора по проницаемости. За счет ввода в эксплуатацию во время исследований четырех южных скважин образовался значительный (около 55%) отток воды за границы участка в южном направлении. В пробах продукции этих скважин обнаружен индикатор. Объем пласта, охваченного активной фильтрацией воды в пределах опытного участка, сократился в пять раз.

На рис. 3 продемонстрировано влияние запуска в работу четырех добывающих скважин на изменение фильтрационных потоков в межскважинном пространстве.

ИНДИКАТОРНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ АБДРАХМАНОВСКОЙ ПЛОЩАДИ

На Абдрахмановской площади на одном опытном участке было проведено два последовательных исследования ФЕС пластов горизонта Д1 с применением разных индикаторов: трития и флуоресцеина (рис. 4). В первом случае отбор проб проводился только из пяти ближайших добывающих скважин. По результатам первого исследования появились основания предполагать, что большая часть закачиваемой воды (68,6%) уходила за первый радиус наблюдательных скважин. Во втором случае число наблюдательных скважин увеличили до 23. Расстояния от нагнетательной скважины до добывающих составляли от 300 до 1450 метров. В добывающих скважинах единым фильтром вскрыты пласты от А до Г3+Д в различных комбинациях (рис. 5). В ходе данных исследований удалось уточнить геологическое строение объекта, определить ФЕС коллектора и выявить трещиноватость терригенных коллекторов. В пределах опытного участка пласты от А до Д гидродинамически связаны. В свою очередь, при интерпретации результатов исследований было установлено, что фактическое извлечение нефти из каждого пласта многократно (от 1,5 до 8 раз) превысило расчетные показатели. Также была выявлена непроизводительная закачка воды в пласты Г2 и Г3+Д – через скважины №13956, 23553, 9199, 720 и 14064.

В названных нагнетательных скважинах были проведены дополнительные исследования и разработаны мероприятия по регулированию заводнения. После проведения ГТМ на данном участке экономический эффект, который можно было реально подсчитать по промысловым данным, составил порядка 45,2 млн руб./год. По результатам проведенных исследований установлено, что межскважинное пространство в пределах опытного участка обладает идентичными параметрами. Диапазон средних скоростей фильтрации закачиваемой воды составляет от 1 до 3 м/сутки. Выявлена гидродинамическая связь вышеи нижележащих пластов, пласты горизонта Д1 могут рассматриваться как единый эксплуатационный объект.

Установлен приток нефти в исследуемые пласты: отборы нефти по пластам в несколько раз превышают расчетные значения извлекаемых запасов.

На основании полученных результатов были сформированы соответствующие рекомендации. Так, выполнение оценки выработки запасов и эффективности применяемой системы ППД следует проводить не по отдельным опытным участкам, а по укрупненным блокам или по всему горизонту Д1 Абдрахмановской площади. Помимо этого, результаты исследований могут стать основой для создания новых технологий выработки запасов нефтяных месторождений на поздней стадии разработки.

ИНДИКАТОРНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ НА БЕРЕЗОВСКОЙ ПЛОЩАДИ

В 1979 году на третьем блоке Березовской площади был специально разбурен участок для экспериментальных работ по закачке алкилсульфидной смеси. Исследования проводились в течение двух лет на стадии внедрения очагового заводнения. В ходе исследований было уточнено геологическое строение горизонта Д0, выявлены направленная трещиноватость и непроизводительная закачка воды в скважину №13491 (рис. 6, слева). С учетом результатов исследований постоянно проводилось регулирование системы заводнения (рис. 6, справа).

Здесь же на смежном участке в 2010 году проведены исследования с одновременным использованием трех различных индикаторов (рис. 7). Подтверждена направленная трещиноватость пласта Д0. Установлено наличие гидродинамической связи между горизонтами Д0 и Д1. Выявлена высокая зональная неоднородность и наличие вертикальной трещиноватости, что, вероятнее всего, обусловлено многочисленными ГРП, проводившимися на третьем блоке (38 ГРП).

Также зафиксировано распространение закачиваемого агента за пределы общепринятых устанавливаемых зон взаимовлияния скважин (рис. 8). Однако по промысловым данным влияния нагнетательных скважин на зону низкого пластового давления добывающего фонда обнаружено не было.

В результате анализа полученных данных была установлена анизотропия пласта Д0 по проницаемости. С учетом этого была перестроена карта разработки участка и проведены ГТМ по регулированию процесса разработки пласта Д0. Для изменения фильтрационных потоков в скважину №11920 закачали гидрофобную эмульсию. С целью сокращения объемов непроизводительной закачки воды скважина переведена на нестационарный режим. В скважине №54 произвели кислотную ОПЗ для увеличения объемов закачки. В скважине №12233 внедрено оборудование ОРЗ для закачки воды по пласту Д1А.

На втором блоке Березовской площади проведены исследования также с закачкой трех различных индикаторов в эксплуатационный объект Д0. В нагнетательных скважинах № 8136, 13478, 21503 проведен ГК с закачкой изотопа радона (рис. 9). По данным ГИС закачиваемая вода поглощается интервалами перфорации. В скважине №8136 движение закачиваемой жидкости прослеживается от интервала 1646,4-1650,8 м до глубины 1658,5 метров. Скважина пробурена до 1668 м – по данным ГИС ниже репера пластов нет. В скважине №13478 существует затрубная циркуляция с нижележащим пластом-коллектором Д1А. Судить о затрубной циркуляции с нижележащими неперфорированными  пластами-коллекторами  в скважине №21503 невозможно из-за отсутствия зумпфа.

На рис. 10 показаны геологические разрезы опытного участка. Источник водоснабжения – водозаборная законтурная скважина №21506 (пласт Д1ГД). Законтурная скважина №21502, работающая на пласты Д0, Д1A, Б1, В, ГД, снабжает водой другие нагнетательные скважины.

Распределение индикаторов по скважинам представлено на рис. 11. За 150 сут через наблюдательные добывающие скважины на поверхность были извлечены очень малые доли индикаторов от масс, закачанных в пласт. Это свидетельствует о непроизводительной закачке воды в нагнетательные скважины № 8136, 13478, 21503. Причина – гидродинамическая связь между нагнетательными скважинами, пробуренными на пласт Д0, и законтурными водонасыщенными пластами горизонта Д1. На верхнем графике показана динамика содержания индикаторов в воде водозаборной скважины №21506. По завершении исследований из другой водозаборной скважины №21502 было отобрано несколько проб, в которых обнаружены все три индикатора.

ИНДИКАТОРНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ НА ОНБИЙСКОМ МЕСТОРОЖДЕНИИ

При трассерных исследованиях на третьем блоке Онбийского месторождения была выявлена непроизводительная закачка воды в нагнетательную скважину №11485 (упинский горизонт). После анализа предварительных результатов исследований было решено отбирать пробы воды из водозаборной скважины №422. Во всех пробах зарегистрирован индикатор, закачанный в скважину №11485. Это указывает на наличие гидродинамической связи между упинским и заволжским горизонтами (рис. 12). В результате проведения дополнительных ГИС в нагнетательной скважине был выявлен уход закачиваемой воды за колонной вниз.

ИНДИКАТОРНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ НА АКСУБАЕВО-МОКШИНСКОМ МЕСТОРОЖДЕНИИ

Основной целью исследований, проведенных на Аксубаево-Мокшинском месторождении, было определение влияния нагнетательных скважин на добывающие. Здесь удалось выявить непроизводительную закачку воды в скважину №2928. Причиной послужило наличие гидродинамической связи между нагнетательной скважиной №2928 и водозаборной №336Б (обе работают на башкирский ярус). Водозаборная скважина №336Б снабжает водой 12 нагнетательных скважин (рис. 13, справа показаны линиями). В зонах влияния этих нагнетательных скважин были отобраны пробы добываемой продукции из обводненных добывающих скважин. С использованием одного индикатора выявлено влияние нагнетательных скважин на добывающие (показано красными стрелками).

На залежи 302 на основе результатов индикаторных исследований карбонатных коллекторов башкирского яруса удалось уточнить геологическое строение объекта, а также выявить направленную трещиноватость и неэффективность работы системы ППД (рис. 14). Установлено, что поддержание энергии пласта обеспечивается из серпуховского горизонта.

По результатам исследований залежь 302-303 была принята единым эксплуатационным объектом, а система ППД выведена в бездействие. Сейчас залежь эксплуатируется на естественном водонапорном режиме. По технологической схеме разработки залежи 302-303 до 2089 года запланировано осуществить закачку воды около 450 млн м³. До остановки системы ППД было закачано 92 тыс. м³.

На четвертом опытном участке залежи 303 (серпуховский горизонт) были проведены исследования уже без системы ППД на участке с форсированным отбором жидкости. Индикатор закачивали в пласт через добывающую скважину №38187, которая была остановлена на время проведения эксперимента. Индикатор в пласте распространялся за счет градиентов давлений. Распределение потоков пластовых флюидов по направлениям показано на рис. 15, преимущественные направления движения индикатора обусловлены ФОЖ.

Общая продолжительность исследований составила 195 суток. С добываемой продукцией на поверхность было извлечено 7,25% индикатора от закачанного в пласт объема. Максимальный выход индикатора (4,35%) отмечался в первые 50 суток исследований.

На рис. 16 представлено распределение индикатора, воды, жидкости и нефти по скважинам в зависимости от депрессии. В данном случае закономерность не наблюдается. Выявлена гидродинамическая связь между серпуховским и бобриковским горизонтами (рис. 17). Отметим, что такие графики характерны для трещинного типа коллектора и коллектора с двойной пористостью.

Установлено, что при отсутствии системы ППД в карбонатных коллекторах радиус области питания добывающих скважин за счет раскрытых протяженных трещин может достигать больших значений (до двух километров). Диапазон зарегистрированных скоростей движения меченой воды без ППД составляет от 2,8 до 1980 м/сутки.

По итогам комплексного анализа и обобщения материалов ГИС, АКГИ, исследований по технологии сейсмического локатора бокового обзора (СЛБО), кернового материала и результатов индикаторных исследований установлено, что весь разрез протвинсковерейских отложений рассечен открытыми эффективными вертикальными, горизонтальными, наклонными и хаотически направленными макротрещинами, а преимущественное направление движения индикатора связано с форсированным отбором жидкости по промытым путям фильтрации.

ВЫВОДЫ ПО ИТОГАМ КОМПЛЕКСНЫХ ИНДИКАТОРНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

Время прихода индикатора к добывающей скважине и его концентрация в потоке добываемой продукции зависят не только от свойств коллектора, но и от изменения давления нагнетания, темпов закачки и отборов, остановки скважин на ремонт, взаимодействия смежных скважин и т.п. Поэтому необходимым и обязательным условием при индикаторных исследованиях остается соблюдение стабильного режима работы всех скважин опытного участка без остановки на время проведения каких-либо мероприятий и без изменения режимов их эксплуатации. Только при соблюдении этих условий данные, полученные в результате индикаторных исследований, можно отнести к ФЕС. В ином случае приходится учитывать массу факторов, влияющих на работу добывающих скважин и результаты исследований.