^ Природна пластова енергія в більшості випадків не забезпечує високих темпів і достатньої повноти відбору нафти з покладу. Навіть при найбільш ефективному водонапорном режимі дренування в процесі розробки покладу пластові тиску зазвичай знижуються, що вказує на виснаження пластової енергії. Це пояснюється тим, що обсяг що надходить в нафтову частину поклади пластової води зазвичай менше обсягу видобутих з пласта нафти і газу, внаслідок чого пластовий тиск починає падати.
Штучне підтримання пластового енергії - найбільш ефективний захід щодо збільшення темпу відбору нафти з покладу і отримання підвищених коефіцієнтів нафтовіддачі, характерних для напірних режимів розробки.
У більшості випадків підтримання пластового енергії здійснюється застосуванням законтурного заводнення, т. Е. Закачного води в законтурні водоносні зони поклади (рис. 77). Воду закачують в пласт через нагнітальні свердловини, що розміщуються за зовнішнім контуром нафтоносності по периметру поклади. Експлуатаційні нафтові свердловини розташовуються усередині контуру нафтоносності рядами, паралельними контуру.
В результаті заводнення створюється штучний контур харчування поклади водою, наближений до зони розробки пласта, що створює сприятливі умови для підвищення відбору нафти з нього і, отже, для інтенсифікації розробки поклади. В цьому випадку підвищений тиск, що створюється на лінії нагнітальних свердловин, активно впливає тільки на 2-4 прилеглих ряду експлуатаційних свердловин.
Якщо площа нафтового покладу значна за розмірами, то для інтенсифікації її розробки застосовують внутрішньо-контурне заводнення. Сутність цього методу полягає в штучному «розрізуванні» родовища на окремі площі або блоки шляхом закачування води в ряди нагнітальних свердловин, які розташовуються уздовж намічених ліній розрізання всередині контуру нафтоносності. Таким чином створюються близькі до експлуатаційних свердловинах штучні контури харчування, а кожна площа розробляється самостійно (рис. 78, а).
Внутріконтурное заводнення в СРСР вперше було здійснено на Ромашкінська нафтовому родовищі (Татарська АССР), яке розрізане рядами нагнітальних свердловин на 20 з гаком відокремлених експлуатаційних площ.
У ряді випадків для інтенсифікації розробки застосовують комбінацію законтурного заводнення з внутрікон-турне (центральним) або вогнищевим заводнением (рис. 78, б, е).
Для підтримки пластового тиску в нафтового покладу на заданому рівні обсяг закачується води в процесі заводнення повинен дорівнювати обсягу видобутих з поклади нафти, газу і пластової води. Під час проектування процесу заводнення пласта враховуються можливі втрати води в результаті витоку її в периферійні зони пласта. При внутріконтурного заводнении можливий відхід частини нагнітається води в верхні або нижні шари через нещільності в цементному кільці окремих свердловин.
Мал. 77. Схема законтурного заводнення: / - нафтові свердловини; 2 - нагнітальні свердловини; 3 - контрольні свердловини; 4 - внутрішній контур нафтоносності; 5 - зовнішній контур нафтоносності
Мал. 78. Схеми внутріконтурного заводнення: 1 - нагнітальні свердловини; 2 - експлуатаційні свердловини
Практикою встановлено, що для підтримки пластового тиску на одному рівні при законтурному або внутріконтурного заводнении в пласт слід закачувати 1,6-2,0 м 3 води на кожну тонну витягується нафти. Під час вилучення разом з нафтою пластової води враховується і її обсяг. Якщо потрібно підвищити пластовий тиск, обсяг нагнітається води збільшують.
Число нагнітальних свердловин при заводнении пластів визначається тиском заданого обсягу закачується води на середню поглинальну здатність однієї свердловини при оптимальному тиску нагнітання. Тиск нагнітання визначається типом наявного насосного обладнання. Тиск на вибої нагнетательной свердловини становить:
де Рзаб - тиск на вибої свердловини; рн аг - тиск на ви-кіде насоса; pC f - тиск на забій стовпа води в свердловині, РТР - втрати тиску на тертя в трубах від насоса до забою свердловини (рт р визначаються за відомими формулами гідравліки).
Застосування законтурного або внутріконтурного заводнення з метою поповнення пластової енергії, що витрачається при відборах нафти з пласта, дозволило в значній мірі інтенсифікувати процеси розробки нафтових покладів: стало можливим різко збільшити темпи відбору нафти з пластів і тим самим скоротити терміни їх розробки при забезпеченні високих кінцевих коефіцієнтів їх нафтовіддачі. При цьому нафтові поклади стали розробляти по розрідженим сіток свердловин, т. Е. Зі значно меншим числом свердловин на одиницю площі, ніж при системах розробки без застосування законтурного заводнення. Якщо на старих бакинських, грозненських та інших родовищах раніше на одну свердловину доводилося від 1 до 4 га, рідко до 8 га нафтоносної площі, то зараз на більшості нових родовищ ступінь ущільнення становить від 12 до 60 га і вище на одну свердловину.
На родовищах, що розробляються за допомогою законтурного заводнення, високий рівень поточного видобутку нафти зберігається тривалий час і тільки на останніх етапах розробки знижується до мінімуму.
При заводнении нафтових пластів в якості робочого агента можуть бути використані води як поверхневих водойм (річки, моря, озера), так і глибинних водоносних горизонтів, а також пластові води, які добуваються з надр разом з нафтою. Так, на всіх морських родовищах і родовищах, розташованих поблизу моря, для закачування в пласт використовується морська вода. Для родовищ, розташованих в районах з добре розвиненою системою річок, для заводнення пластів зазвичай застосовується річкова вода, що забирається безпосередньо з річок або з артезіанських свердловин, розташованих в заплаві цих річок.
Часто для заводнення нафтових пластів використовуються води глибинних водоносних горизонтів, якщо вони є на площі родовища, що розробляється або поблизу від нього.
Для заводнення продуктивних пластів багатьох нафтових родовищ Західного Сибіру використовуються підземні води потужних водоносних відкладень, що залягають вище продуктивних горизонтів. Дебіти свердловин, пробурених на ці горизонти, досягають 3000-4000 м 3 / сут.
Поряд із зазначеними джерелами водопостачання у всіх випадках слід використовувати пластові води, які добуваються на поверхню з розроблюваних покладів нафти. Таке використання пластових вод дозволяє вирішити іншу важливу задачу - запобігає забрудненню території промислової і водойм сильно мінералізованими водами. Однак кількість видобутої разом з нафтою води зазвичай буває недостатнім для повної компенсації відбору всієї рідини з поклади, особливо в перші періоди її розробки, коли обводненість нафти ще невелика. Пластові води в більшості випадків є лише додатковим джерелом водопостачання для заводнення нафтових пластів.
Вода, призначена для закачування в пласт, повинна бути по можливості чистою, не містити великої кількості механічних домішок і сполук заліза, сірководню, вуглекислоти, нафти, а також органічних домішок (бактерій і водоростей).
Для очищення води в системах заводнення пластів споруджують водоочисні установки.
Вода, що надходить на водоочисну установку, в залежності від її якості з метою очищення піддається:
1) коагуляції - укрупнення дрібних зважених у воді частинок з утворенням осаждающихся пластівців;
2) фільтрації - очищення від зважених часток після коагуляції (зазвичай в піщаних фільтрах);
3) обезжелезиванию - видалення закисів або окисів заліза, які в іншому випадку можуть в пласті випадати в осад;
4) пом'якшення - подщелачиванию гашеним вапном;
5) хлорування - ліквідації мікроорганізмів, бактерій;
6) стабілізації - надання воді стабільності за хімічним складом і особливо щодо попередження збагачення її залізом, оскільки вода закачується в пласт по сталевих трубах.
Залежно від властивостей води схема підготовки її може бути різною. Наприклад, при використанні поверхневих вод можна виключити знезалізнення води і т. П. Іноді достатньо пропустити воду через піщані фільтри з метою звільнення її від механічних домішок. Подрусловой води, які широко використовуються при заводнення на промислах східних районів, практично не потребують і в такій очищення. Минулі через природні фільтри ці води майже не містять механічних домішок. Мінералізовані води водоносних пластів нафтових родовищ (наприклад, в Західному Сибіру) також, як правило, не потребують спеціальної обробки.
Мал. 79. Схема водоочисної станції
На рис. 79 показана схема водоочисної станції при використанні для нагнітання в пласт води з відкритих водойм. Вода з водоймища після добавки в неї необхідної кількості коагулянту з дозуючого пристрою 2 для укрупнення дрібних механічних частинок, насосами 1 першого підйому направляється в змішувач 3. (Найбільш поширений в практиці обробки води коагулянт - сірчанокислий алюміній (інакше званий сірчанокислим глиноземом). Кількість коагулянту в кожному випадку вибирають в залежності від каламутності води та характеристики суспензії). У змішувачі при підйомі води з постійно знижується швидкістю відбувається коагуляція дрібних зважених часток. Потім вода потрапляє в освітлювач 4, в якому при повороті потоку на 180 ° осідає основна кількість зважених часток. Інша кількість суспензій затримується в гравійних фільтрах 5. Очищена вода накопичується в резервуарах 6, з яких насосами 7 направляється на кущові насосні станції і далі розподіляється по нагнітальним свердловинах.
Схеми водопостачання для заводнення пластів можуть відрізнятися один від одного в залежності від місцевих умов кожного району. Однак будь-яка схема, коли використовуються поверхневі водойми як джерела водопостачання, складається з наступних основних елементів (рис. 80):
1) водозабірних споруд, призначених для забору води з джерел і подачі її в водопровідну мережу або на водоочисну установку;
2) водоочисної установки (якщо потрібно очищення води);
3) мережі магістральних і розвідних водоводів;
4) насосних станцій для подачі води у водопровідну мережу і закачування її в нагнітальні свердловини;
5) нагнітальних свердловин.
Кущові насосні станції, призначені для безпосередньої закачування води в пласт через нагнітальні свердловини, обладнуються потужними багатоступінчатими відцентровими насосами з подачею до 150 м 3 / год і з розвиває тиском до 10-20 МПа (100-200 кгс / см 2). Залежно від числа встановлених насосів (з урахуванням резерву) робоча подача однієї кущовий станції становить 4-10 тис. М 3 води на добу. Кожна кущова станція може обслуговувати до 20 нагнітальних свердловин.
Вода розподіляється по нагнітальним свердловинах через водорозподільні батареї, що встановлюються на кожній кущовий станції. Через батареї регулюється подача води в кожну свердловину; встановлені на них діафрагмові лічильники заміряють і враховують закачувати воду.
Мал. 80. Схема водопостачання для законтурного заводнення: 1 - свердловини подрусловой водозабору; 2 - насосна станція першого підйому; 3 - відкритий водозабір; 4 станція водоочистки; 5 - кущові насосні станції; 6 - площа розміщення нафтових свердловин; 7 - нагнітальні свердловини
У покладах нафти з газовим шапкою або великими кутами падіння порід підтримку тиску досягається нагнітанням газу або повітря в підвищену її частина (газову шапку). Для підтримки пластового тиску в цій поклади шляхом закачування газу в пласт з початку його розробки потрібно будівництво потужних компресорних станцій з компресорами, розрахованими на високий тиск, так як тиск нагнітання повинен бути на 10-20% вище пластового. Спорудження таких компресорних станцій з усім підсобним господарством пов'язано з витратою значних капіталовкладень і є вельми трудомісткою роботою. Тому в більшості випадків обмежуються підтримкою пластового тиску на рівні, який може бути забезпечений тиском стандартних, що випускаються промисловістю компресорів (5-12 МПа), т. е. закачку газу починають на більш пізній стадії його розробки.
Газ або повітря зазвичай нагнітається в свердловини, располо; женние в прісводовой частини поклади. При цьому в якості робочого агента найкраще застосовувати природний нафтовий газ, але якщо промисел не має потрібною кількістю газу, то за відсутності в пласті газової шапки можна в сводовую частина поклади нагнітати також і повітря. Нагнітання повітря в газову шапку небажано, так як це призводить до значного погіршення властивостей газу.
Кількість повітря, що нагнітається в свердловини газу або повітря оцінюється досвідченим визначенням поглинальної здатності свердловин. Практично можна вважати нормальним, якщо в кожну нагнетательную свердловину закачується від 10 до 25 тис. М 3 газу.
Якщо нафтова поклад розробляється без підтримки пластового тиску, початкові запаси пластової енергії швидко витрачаються. В результаті дебіти свердловин знижуються незначно. При цьому в поклади залишаються величезні кількості нафти.
Для підвищення поточного видобутку нафти з таких «виснажених» покладів і збільшення сумарної нафтовіддачі застосовують вторинні методи видобутку нафти - ті ж методи нагнітання в пласт води повітря або газу, але в менших обсягах і при менших тисках, ніж при процесах підтримки пластових тисків. Нагнітання в пласт води або газу при цьому здійснюється найчастіше по всій площі нафтового покладу (майданні заводнення, майданна закачування газу або повітря в пласт).
Нагнітальні свердловини розташовуються безпосередньо в нафтовій зоні, між експлуатаційними свердловинами. Зазвичай в якості нагнітальних використовують нафтові свердловини, які вибули з експлуатації з тих чи інших причин.
Регулює процес майданного заводнення або базарною закачування газу в пласт має на меті рівномірного проштовхування нафти до вибоїв експлуатаційних свердловин. Це досягається обмеженням закачування води або газу в свердловини, які є осередками їх проривів за окремими напрямами, обмеженням відбору нафти з експлуатаційних свердловин або, навпаки, шляхом збільшення обсягу закачуваних води або газу і посиленого відбору нафти з окремих свердловин або груп свердловин.