Способ мониторинга продвижения фронта заводнения во время заводнения подземных формаций

Группа изобретений относится в общем случае к методам мониторинга продвижения фронта заводнения сквозь пористую среду и конкретнее - к методам мониторинга продвижения фронта заводнения заводняющим агентом, закачанным в подземные формации. Способ мониторинга продвижения фронта заводнения во время заводнения через подземную формацию включает в себя следующие этапы: определение физических свойств указанной формации, нагнетание заводняющего агента в указанную формацию через, по меньшей мере, одну нагнетательную скважину, вынуждая, таким образом, пластовую нефть перемещаться по направлению к по меньшей мере одной промысловой скважине. При этом заводняющий агент представляет собой высокодисперсную газожидкостную смесь, размер пузырьков газа в которой не превышает среднего диаметра пор нефтеносного пласта. Определяют те же физические свойства формации на том же участке после заводнения. И осуществляют мониторинг продвижения фронта заводнения путем регистрации изменений физических свойств формации, вызванных появлением указанного фронта заводнения. Техническим результатом является повышение эффективности мониторинга перемещения фронта заводнения и повышение экологической безопасности. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 пр.

 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится в общем случае к способам мониторинга продвижения направленного фронта заводнения сквозь пористую среду, а конкретнее - к способам мониторинга продвижения фронта заводнения при закачке заводняющего агента в подземные формации (залежи).

Наиболее широко используемый метод извлечения состоит в закачивании заводняющего агента, например воды, в нефтеносный пласт. По мере движения воды через пласт она воздействует на содержащуюся в нем нефть, вытесняя ее в систему добычи, состоящую из одной или нескольких скважин, через которые извлекается нефть.

Заводнение зависит от способности закачанной воды вытеснять нефть, оставшуюся в пласте. Эффективность заводнения в значительной степени зависит от гидродинамических характеристик пласта (коэффициент проницаемости, гидродинамические связи и т.д.), которые в значительной степени известны в течение всего периода добычи.

При проведении заводнения важно контролировать продвижение фронта заводнения с целью определения его перемещения. В силу характеристик пласта фронт заводнения от нагнетательной скважины к промысловой скважине перемещается неравномерно. Кроме того, залежи могут содержать слои с большой проницаемостью, которые позволяют закачанной воде проходить сквозь нефть в промысловую скважину. Результатом такого прорыва является добыча воды из нефти, при этом значительное количество воды может оставаться в пластах.

Уровень техники

Существует ряд известных способов мониторинга продвижения фронта заводнения при добыче нефти. Первый способ заключается в отслеживании количества нефти и воды, извлеченных из промысловых скважин, а также в его сравнении с количеством воды, закачиваемой в систему. Затем создаются компьютерные модели, которые включают в себя известную информацию о подвергаемой заводнению формации. Недостаток мониторинга только скорости заводнения состоит в том, что, если пласт не однороден, ценные включения углеводородов могут быть не извлечены.

Другой метод описан в патенте США №3874451. Он предусматривает определение поступления фронта заводнения путем мониторинга изменения давления в скважинах. Этот метод требует использования необсаженных скважин, используемых для мониторинга давления. В промысловом пласте это может потребовать демонтажа обсадки, уже имеющейся в скважинах, или бурения новых необсаженных скважин.

Далее, в патенте США №4085798 раскрывается метод мониторинга профиля фронта заводнения во время заводнения, предполагающий добавление маркера, имеющего характерную энергию гамма-излучения, в жидкость, используемую для заводнения. Необходимость добавления маркеров в жидкость заводнения до закачивания считается серьезным недостатком. Ввиду того, что этот метод направлен только на обнаружение элементов в закачиваемой жидкости, он не дает индикации перемещения фронта заводнения до тех пор, пока фронт жидкости не достигнет или почти не достигнет контрольных скважин.

Соответственно, настоящее изобретение устраняет недостатки достигнутого уровня техники путем предложения экологически чистого, отличающегося высоким разрешением метода мониторинга перемещения фронта заводнения.

Краткое изложение сущности изобретения

Таким образом, в общем случае способ мониторинга продвижения фронта заводнения сквозь пористую среду включает в себя следующие этапы: определение физических характеристик указанной среды, нагнетание заводняющего агента в указанную среду, при этом заводняющий агент представляет собой высокодисперсную газожидкостную смесь, размер пузырьков газа в которой не превышает среднего диаметра пор указанной среды, определение тех же физических свойств среды на том же участке после заводнения и мониторинг продвижения фронта заводнения путем регистрации изменений физических свойств среды, вызванных появлением указанного фронта заводнения.

Предлагается также способ мониторинга продвижения фронта заводнения через подземную формацию, расположенную между по меньшей мере одной промысловой скважиной и по меньшей мере одной нагнетательной скважиной во время добычи нефти, состоящий в определении физических свойств указанной формации, нагнетании заводняющего агента в указанную формацию через по меньшей мере одну нагнетательную скважину, вынуждая, таким образом, пластовую нефть перемещаться по направлению к по меньшей мере одной промысловой скважине, при этом заводняющий агент представляет собой высокодисперсную газожидкостную смесь, размер пузырьков газа в которой не превышает среднего диаметра пор указанного нефтеносного пласта, определение тех же физических свойств формации в том же месте после заводнения и мониторинг профиля заводнения путем регистрации изменений физических свойств формации, вызванных наступлением фронта заводнения.

В соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения предлагается способ мониторинга продвижения фронта заводнения через подземную формацию, предусматривающий периодическое измерение физических свойств формации посредством акустических методов, и/или глубокого электромагнитного анализа, и/или гравиметрических методов, и/или других методов, что обеспечивает возможность точного мониторинга перемещения фронта заводнения, включая обнаружение зон с высокой проницаемостью и мониторинг профиля фронта заводнения.

В соответствии с другим вариантом осуществления изобретения предлагается способ мониторинга продвижения фронта заводнения через подземную формацию, в соответствии с которым периодническое измерение физических свойств формации осуществляют посредством индукции акустического, электромагнитного или иного поля при помощи источников, расположенных на поверхности и/или как минимум в одной скважине, и регистрации сигналов приемниками, расположенными на поверхности и/или в скважине.

В соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения определяемые физические свойства включают в себя акустический импеданс, и/или электрическую проводимость, и/или магнитную проницаемость.

В соответствии с еще одним вариантом осуществления предлагаемого способа мониторинга перемещения фронта заводнения, проходящего через подземную формацию, осуществляют последовательное нагнетание высокодисперсной газожидкостной смеси и традиционного заводняющего агента без газа, чтобы по пузырькам газа можно было отслеживать последовательное положение фронта жидкости.

Краткое описание чертежей

На фиг.1 представлена схема нагнетающей скважины и промысловой скважины, иллюстрирующая мониторинг фронта заводнения в соответствии с настоящим изобретением.

Описание предпочтительного варианта осуществления изобретения

На фиг.1 показан разрез подземной пористой формации 1, из которой производится извлечение нефти. В формации 1 расположены по меньшей мере одна нагнетательная скважина 2 и промысловые скважины 3. Необходимо понимать, что количество нагнетательных скважин и промысловых скважин, приведенных на чертеже, является примером, а фактическое количество варьируется в зависимости от размера пласта, подвергаемого заводнению.

Диспергатор 4, вырабатывающий высокодисперсную газожидкостную смесь с размером пузырьков газа, не превышающим среднего диаметра пор указанного нефтеносного пласта (например, 10^-6 м), располагается на поверхности или в стволе нагнетательной скважины, используемой по традиционному назначению. Диспергатор может работать непрерывно или в режиме, задаваемом оператором. Высокодисперсная газожидкостная смесь нагнетается в проницаемый пласт и распространяется по линии тока в пористую среду. Смесь может состоять, например, из воды, используемой в качестве жидкости, и метана, азота или другого нерастворимого газа, используемого в качестве диспергированного газа. Фронт заводнения распространяется радиально от нагнетательной скважины 2, перемещая нефть, имеющуюся в промысловых пластах, к промысловым скважинам 3. Если пузырьки газа достаточно малы (~микроны или нанометры), они могут сохраниться в виде диспергированной фазы внутри жидкости, в то время как газожидкостная смесь будет распространяться через пласт. В силу контраста физических свойств чистых заводняющих жидкостей (воды, полимеров или других) и высокодисперсных газожидкостных смесей периодический мониторинг изменений физических свойств пласта возможен при помощи акустического, электромагнитного или иного поля, индуцированного источниками 5, расположенными на поверхности и/или в скважинах или в естественной среде внутри пласта, и их регистрация приемниками 6, расположенными на поверхности и/или в скважинах. Динамические изменения физических свойств, зарегистрированных приемниками 6, вызваны перемещением высокодисперсной газожидкостной смеси. Приемники 6 могут располагаться на поверхности или в скважинах. Таким образом, например, фронт заводнения изменяет такие физические свойства, как акустический импеданс, электрическая проводимость и магнитная проницаемость. Измерения проводятся последовательно на одном и том же участке в различные моменты времени с целью мониторинга изменений физических характеристик во время заводнения. Путем проведения последовательных измерений физических свойств можно проводить мониторинг продвижения фронта заводнения через пласт.

Например, типичная процедура 3-мерной сейсморазведки может быть следующей: (a) в определенное время после начала добычи вблизи этой скважины проводится 3-мерная сейсморазведка, (b) обработка данных традиционным способом с целью извлечения данных, представляющих особый интерес, например амплитуды сейсмических волн, время прохождения, карты, трехмерные массивы и т.д., (c) нагнетание высокодисперсной водно-газовой смеси в течение промежутка времени, необходимого для прохождения заданного расстояния от нагнетательной скважины, (d) проведение 3-мерной сейсморазведки на том же участке с целью оценки разности упругого поля, обнаруженного во время шага а), и интерполяция результатов шага (b), (e) данные шагов (a), (b) и (d) используются для извлечения информации об особом распределении фронта, позволяющей получить сведения о структуре пласта.

Размер пузырьков газа, распределение в пространстве и во времени зависят от особенностей пористой среды и могут быть использованы в качестве дополнительной информации о свойствах пласта. Мониторинг изменений соотношения газ/нефть в промысловых скважинах дает информацию о сообщаемости пласта. Нагнетание газожидкостной смеси может проводиться периодически (после чего проводится обычное заводнение), так что по пузырькам газа можно отслеживать последовательный фронт движения воды.

Кроме того, этот метод можно применить для построения изображения внутренней структуры породы и определения характеристик процесса перемещения во время прохождения через образец в лаборатории.

Хотя изобретение описано с учетом предпочтительного варианта осуществления, специалисты в данной области могут предложить и другие варианты осуществления изобретения, которые не выходят за рамки области изобретения, раскрытого в настоящем документе. Соответственно, объем изобретения ограничивается только прилагаемыми пунктами формулы изобретения.

1. Способ мониторинга продвижения фронта заводнения сквозь пористую среду, включающий в себя следующие этапы: определение физических характеристик указанной среды, нагнетание заводняющего агента в указанную среду, при этом заводняющий агент представляет собой высокодисперсную газожидкостную смесь, размер пузырьков газа в которой не превышает среднего диаметра пор указанной среды, определение тех же физических свойств среды на том же участке после заводнения и мониторинг продвижения фронта заводнения путем регистрации изменений физических свойств среды, вызванных появлением указанного фронта заводнения.

2. Способ по п.1, в соответствии с которым определяемыми физическими свойствами являются акустический импеданс, и/или электрическая проводимость, и/или магнитная проницаемость.

3. Способ мониторинга продвижения фронта заводнения во время заводнения через подземную формацию, расположенную между, по меньшей мере, одной промысловой скважиной и, по меньшей мере, одной нагнетательной скважиной во время извлечения нефти, включающий в себя следующие этапы: определение физических свойств указанной формации, нагнетание заводняющего агента в указанную формацию через, по меньшей мере, одну нагнетательную скважину, вынуждая таким образом пластовую нефть перемещаться по направлению к, по меньшей мере, одной промысловой скважине, при этом заводняющий агент представляет собой высокодисперсную газожидкостную смесь, размер пузырьков газа в которой не превышает среднего диаметра пор нефтеносного пласта, определение тех же физических свойств формации на том же участке после заводнения и мониторинг продвижения фронта заводнения путем регистрации изменений физических свойств формации, вызванных появлением указанного фронта заводнения.

4. Способ по п.3, в соответствии с которым определяемыми физическими свойствами являются акустический импеданс, и/или электрическая проводимость, и/или магнитная проницаемость.

5. Способ по п.3, в соответствии с которым определение физических свойств пласта проводится при помощи акустического, и/или глубинного электромагнитного, и/или гравиметрического оборудования.

6. Способ по п.4, в соответствии с которым определение физических свойств пласта включает в себя индукцию акустического и/или электромагнитного полей при помощи источников, расположенных на поверхности и/или в, по меньшей мере, одной скважине, а также регистрацию сигнала приемниками, расположенными на поверхности и/или в скважине.

7. Способ по п.3, в соответствии с которым осуществляют последовательное нагнетание высокодисперсной газожидкостной смеси и заводняющего агента без газа.