Введение

Залежи с подошвенной водой широко распространены в отечественной нефтегазодобыче. Для резервуаров этого типа характерно наличие обширного гидродинамически связанного водоносного горизонта в подошве продуктивного пласта. На начальном этапе разработки подошвенная вода обеспечивает стабильную естественную энергию вытеснения, эффективно поддерживая пластовое давление и способствуя перемещению нефти. Однако в процессе эксплуатации депрессия на пласт в призабойной зоне легко провоцирует подъем подошвенной воды, образование водяного конуса и, в конечном итоге, прорыв воды, что напрямую влияет на продуктивность скважин и эффективность выработки запасов залежи.

1. Базовые характеристики залежей с подошвенной водой

Ключевой особенностью залежи с подошвенной водой является наличие обширного гидродинамически связанного водоносного горизонта в подошве нефтеносного пласта. В начальных пластовых условиях под воздействием гравитационного разделения (сегрегации) распределение фаз нефти и воды стабильно. Нефть с меньшей плотностью скапливается в верхней части коллектора, а более плотная пластовая вода собирается в нижней части, образуя в целом плоский и непрерывный водонефтяной контакт (ВНК). На ранних стадиях разработки залежи подошвенная вода за счет своей упругой энергии обеспечивает естественный режим вытеснения для притока нефти. Однако по мере продолжения добычи и снижения забойного давления первоначальное водонефтяное равновесие нарушается. Под действием градиента давления подошвенная вода перемещается и поднимается к призабойной зоне скважины, создавая условия для образования водяного конуса.

2. Механизм образования конуса подошвенной воды

Конусообразование подошвенной воды — это явление деформации водонефтяного контакта (ВНК), возникающее в результате нарушения баланса между гидродинамическими и гравитационными силами в призабойной зоне скважины.

После ввода нефтяной скважины в эксплуатацию забойное давление снижается, образуя градиент давления, направленный к стволу скважины. Это создает восходящую гидродинамическую движущую силу, которая стимулирует подтягивание (миграцию) подошвенной воды вверх. В то же время гравитационная сила, возникающая из-за разницы плотностей нефти и воды, постоянно противодействует подъему водяной массы, стремясь сохранить стабильность водонефтяного контакта.

Поскольку вязкость пластовой воды намного ниже вязкости нефти, подвижность (фильтрационная способность) водной фазы значительно превышает подвижность нефтяной фазы. При высокой интенсивности отбора жидкости и чрезмерно большой депрессии на пласт восходящая гидродинамическая сила преодолевает гравитационное ограничение. Это приводит к тому, что подошвенная вода непосредственно под забоем скважины начинает преимущественно выгибаться и деформироваться вверх. Первоначально плоский водонефтяной контакт постепенно превращается в конусообразное водяное тело с вершиной в интервале перфорации, что и называется образованием конуса подошвенной воды.

3. Механизмы прорыва подошвенной воды и его влияние на разработку

После образования водяного конуса он продолжает медленно подниматься по мере продолжения добычи. Когда вершина водяного конуса достигает нижнего интервала перфорации нефтяной скважины, подошвенная вода начинает напрямую поступать в ствол скважины через перфорационные отверстия. Этот процесс называется прорывом подошвенной воды и является критической точкой ухудшения динамики добычи скважины.

После прорыва высокоподвижная подошвенная вода преимущественно устремляется в ствол скважины, что приводит к быстрому росту обводненности продукции и резкому падению добычи нефти. В то же время постоянное продвижение подошвенной воды по путям наименьшего сопротивления (преимущественным каналам фильтрации) блокирует невыработанную нефть в окружающем пласте. Это приводит к образованию обширных зон целиков (застойных зон нефти), уменьшению коэффициента охвата пласта вытеснением и напрямую снижает конечный коэффициент извлечения нефти (КИН) из залежи.

4. Традиционные стратегии ограничения водопритока и стабилизации добычи

Для решения проблем конусообразования и прорыва подошвенной воды на промыслах в основном применяются регулирование режимов эксплуатации, оптимизация конструкции скважин, изоляция путей прорыва воды, а также точное управление заканчиванием и механизированной добычей. Цель этих мероприятий — замедлить развитие водяного конуса и отсрочить прорыв воды.

Путем расчета критического дебита скважины и рационального контроля депрессии на пласт можно минимизировать возмущения давления в призабойной зоне, тем самым подавляя быстрый подъем водяного конуса в самом источнике. Применение технологии горизонтальных скважин позволяет преобразовать точечное дренирование вертикальной скважины в равномерное вытеснение вдоль протяженного горизонтального ствола. Это эффективно снижает локальную депрессию и значительно замедляет скорость развития водяного конуса. Для скважин, в которых уже произошел прорыв воды, может применяться химическая водоизоляция для блокирования высокопроницаемых каналов прорыва, либо механическая изоляция интервалов с помощью пакеров и мостовых пробок для достижения ограничения водопритока и стабилизации добычи. В то же время, за счет использования адаптивных систем заканчивания для контроля водопритока и оптимизации механизированной добычи с частотно-регулируемым приводом (ЧРП), можно стабилизировать давление в стволе и уровень жидкости, предотвращая внезапный прорыв подошвенной воды, вызванный высокоинтенсивным отбором жидкости.

В процессе разработки залежей с подошвенной водой депрессия на пласт нарушает гравитационное равновесие на водонефтяном контакте, провоцируя подъем подошвенной воды и образование водяного конуса. Если водяной конус продолжает подниматься и достигает интервала перфорации, происходит прорыв подошвенной воды. Это приводит к росту обводненности продукции и блокированию остаточных запасов нефти, снижая конечный коэффициент извлечения нефти (КИН) из залежи. Суть любых методов ограничения водопритока и стабилизации добычи нефти фундаментально сводится к балансировке гидродинамических и гравитационных сил в призабойной зоне скважины для замедления развития водяного конуса и отсрочки момента прорыва подошвенной воды.