16НАУЧНАЯ ОСНОВА ВЫБОРА ГИДРОГЕОХИМИЧЕСКИХ КРИТЕРИЕВ КОНТРОЛЯ И РЕГУЛИРОВАНИЯ РАЗРАБОТКИ ЗАЛЕЖЕЙ НЕФТИ ЮЖНОКАСПИЙСКОЙ ВПАДИНЫ ПРИ ИХ ЗАВОДНЕНИИ МОРСКОЙ ВОДОЙ (НА ПРИМЕРЕ МЕСТОРОЖДЕНИЯ «ГЮНЕШЛИ»)
Ф.С. Исмайлов, Ф.М. Гаджиев НИПИнефтегаз ГНКАР, Баку, Республика Азербайджан E-mail: office.ogpi@socar.az
В настоящее время основная часть добываемой ПО «Азнефть» нефти приходится на долю месторождения «Гюнешли», расположенного в Азербайджанском секторе Каспийского моря и введенного в промышленную разработку в 1985 г.
С начала разработки до 2009 г. из залежи свиты «Перерыва» (СП), которая является основным объектом добычи нефти, извлечено около 160 млн т жидкости (147 млн т нефти и 12.5 млн т воды) и закачено в нее для поддержания пластового давления 28 млн т морской воды. Нефтепромыслово-гидрогеологические исследования месторождения «Гюнешли», проведенные в 2010 г., показали высокую степень обводненности залежи СП, обусловленную ее интенсивной разработкой и низкой компенсацией добываемой жидкости нагнетаемой водой, которая не превышала 17.5%, в результате чего пластовое давление снизилось на 50%. В центральной части залежи пластовое давление опустилось ниже давления насыщения газа, и скважины перешли на фонтанирование газом или прекратили фонтанировать нефтью.
Анализ текущих состояний разработки залежи СП показывает, что без соответствующих геолого-технических мероприятий и усовершенствования системы заводнения повысить эффективность добычи остаточных извлекаемых запасов невозможно. Поэтому возникла необходимость предусмотреть закачку в СП более 16 тыс. м3/сут морской воды Каспия, что превышает объем добычи жидкости (15.5 тыс. м3/сут), и разработать эффективный метод контроля и регулирования процесса заводнения.
Заводнения залежей нефти, начавшиеся в 1933 г. в США, в 1942 г. в Казахстане и в 1947 г. в Азербайджане являются широко распространенными методами повышения нефтеотдачи пластов. Эффективность заводнения зависит в значительной степени от применяемых методов контроля и регулирования, среди которых гидрогеохимический является одним из основных.
Гидрогеохимический метод контроля процесса заводнения залежей нефти впервые был разработан и применен Ш.Ф. Мехтиевым, А.Р. Ахундовым, Е.А. Ворошиловым в 1969 г. в Азербайджане, А.М. Никаноровым, А.Н. Шалаевым и др. в 1973 г. на Северном Кавказе. Исходными материалами для разработки метода служили результаты химических анализов смесей различных жестких, щелочных пластовых вод с закачиваемыми морскими, пластовыми, озерными, речными водами и нефтепромысловые геолого-гидрогеологические данные, позволившие подсчитать скорости движения воды, определить зону охвата закачиваемой водой залежи, осадкообразование при смешивании пластовых и закачиваемых вод, а также ряд других вопросов разработки. Однако работы вышеуказанных и других исследователей показывают, что химические составы смесей различных вод значительно отличаются друг от друга и зависят от объемного соотношения и условия смешивания и др. показателей.
А.Р. Ахундовым, Ш.Ф. Мехтиевым, У.Ш. Мехтиевым и М.З. Рачинским на примере нефтяных месторождений Апшеронского нефтегазоносного района (Балаханы-Сабунчи-Рамана, Сураханы, Бибиэйбат, Гала, Бинагади, Пираллахи, Бузовна-Маштаги и др.) показано, что полученные результаты не корректно применять для контроля и регулирования процесса разработки других, особенно вновь открытых, залежей, отличающихся своими геолого-гидрогеологическими условиями от вышеуказанных.
Поэтому для повышения эффективности разработки залежи СП месторождения «Гюнешли» возникла необходимость проведения специальных гидрогеохимических исследований смеси пластовой и морской воды Каспия по выбору и научному обоснованию критериев контроля и регулирования процесса заводнения.
Известно, что на морских нефтегазоконденсатных месторождениях Азербайджанской Республики, в том числе по залежи нефти СП месторождения «Гюнешли», при осуществлении искусственного воздействия в качестве рабочего агента для заводнения применяется вода Каспийского моря.
Химические составы морской Каспийской и пластовой воды основного объекта разработки месторождения «Гюнешли» СП нижнего плиоцена значительно отличаются друг от друга.
Закачиваемая в СП вода Каспийского моря относится по классификации В.А. Сулина к сульфатно-натриевому (СН) типу с минерализацией 12.9 г/л и содержит (г/л): Ш+ + К+ - 3.29, Са+2 - 0.36; М§2+ - 0.66; С1- - 5.17; БО^" - 3.05; НСО3" - 0.21; СОз2-
- 0.05; ЯСОО- - 0.1; НВ4О7- - 0.04. По характеристике Пальмера I соленость воды (81) составляет 66.43, II соленость воды (82) - 30.79, II щелочность (А2) - 2.78 %-экв, коэффициент г№/гС1 - 0.98.
Пластовая вода СП по классификации В.А. Сулина относится к гидрокарбонатно-натриевому типу (ГКН) с минерализацией 36.2 г/л. Содержание основных компонентов составляет (г/л): Ш+ + К+ - 12.22, Са+2 - 0.05; М§2+ - 0.1; С1- - 13.9; 8О42- - 0.5; НСОз- - 5.3; СО32- - 0.96; ЯСОО- - 2.5; НВ4О7- - 0.7. По Пальмеру I соленость воды (81) составляет 74.2, I щелочность - (А1) - 23.8, II щелочность (А2) - 2.0 %-экв, коэффициент гКа/гС1 = 1.36.
Для определения характера происходящих процессов при смешивании пластовой и морской вод были проведены лабораторные исследования химического состава смеси пластовой воды СП с морской Каспийской в различных соотношениях. Согласно результатам исследования, при наличии в смеси воды Каспийского моря в объеме 80% и более она, так же как морская вода Каспия, относилась к СН-типу. По характеристике Пальмера смешанная вода была жесткая со второй соленостью 9.37 -18.80 %-экв. При уменьшении указанной доли морской воды Каспия в смеси тип смешанной воды менялся с СН на ГКН. С увеличением доли пластовой воды в смеси до 20% жесткость уменьшалась от 18.8 до 9.37 %-экв; дальнейшее увеличение в смеси содержания пластовой воды ~до 25% приводило к уменьшению второй солености (82) до нуля и появлению в смеси первой щелочности (А1), которая возрастала от 3.5 %-экв при содержании в смеси пластовой воды 30% и до 23.1 %-экв -при 90%. По мере увеличения доли пластовой воды в смеси от 10 до 90% степень минерализация последних возрастала от 15.3 до 32.9 г/л.
Сопоставление минерализации, содержаний отдельных компонентов и характеристик смесей вод, полученных в лабораторных испытаниях с соответствующими теоретически рассчитанными их значениями, показало, что они отличаются друг от друга. Для выявления причин и природы отклонений (ошибок) содержания отдельных ионов в смесях от соответствующих теоретически рассчитанных их значений был осуществлен статистический анализ отклонений. По результатам статистического анализа, особенно по среднему значению отклонений (ошибок), выделяются две группы ионов. В первую группу входят анионы С1-, 8О42-, ЯСОО- и НВ4О7-, которые характеризуются средним отклонением от - 0.11 (С1-) до 0.73 (ЯСОО$-),
- 2- 2+ 2+ во вторую - анионы НСО3", СО3 " и катионы Са и М§ со средним отклонением от -
8.91 (НСО3-) до 3.3 (СО32-). Относительно небольшие и разнонаправленные отклонения
содержания ионов С1-, БО42", ЯСОО" и НБ4О7" от теоретически рассчитанных их значений
позволяют отнести их к случайным, а довольно значительные однонаправленные
2+ 2+ 2-уменьшения содержания ионов Са , М§ , НСО3 и увеличения СО3 " - к
систематическим ошибкам. Случайные ошибки связаны с точностью определения ионов,
- 2-
систематические - с химическими реакциями между анионами НСО3, СО3 " и катионами Са2+ и М§2+, в результате которых происходит выпадение в осадок карбоната кальция, магния и выделение СО32-. Наибольшее отклонение фактического содержания ионов Са2+ и НСО3- отмечается в смеси морской и пластовой воды, соотношением от 30 : 70 до 70 : 30%, где фактическая концентрация иона Са2+ меньше теоретически рассчитанной на 95^ 166 мг/л (4.75 - 8.3 мг-экв/л), иона НСО3- на 395 - 743 мг/л (6.5 - 12.2 мг-экв/л). При этом, по мере увеличения в смеси доли пластовой воды от 10 до 40 %, содержание в смеси СО32- несколько уменьшается (19^77 мг/л - 0.3^1.3 мг-экв/л), выше 40% - возрастает и в смеси пластовой и морской воды в соотношениях 50 : 50 составляет 336 мг/л (11.0 мг-экв/л), 60 : 40 - 115 мг/л (1.9 мг-экв/л), 70 : 30 - 215 мг/л (3.6 мг-экв/л), 80 : 20 - 242 мг/л (4.0 мг-экв/л) и 90 : 10 - 211 мг/л (3.5 мг-экв/л), что связано с разложением образующихся гидрокарбонатов щелочноземельных металлов - Са(НСО3)2 и М§(НСО3)2 на СО3 , Н2О и нерастворимых
в воде карбонатов СаСО3, М§СО3 . В результате происходит уменьшение в смеси
2+ 2+ - 2-содержания ионов Са , М§ , НСО3 и увеличение - концентрации СО3 ".
Осаждение солей происходит в основном при смешивании пластовой и морской
воды, в процентных объемных соотношениях от 70 : 30 до 40 : 60 соответственно. При
этом наибольшее количество карбонатов щелочноземельных металлов, отмеченное на
уровне 0.9-1.0 г/л, осаждается при смешивании пластовой воды с морской, в процентных
объемных соотношениях 60 : 40 и 50:50 соответственно.
На основе установленной закономерности изменения содержания иона хлора при
смешивании пластовой воды СП месторождения «Гюнешли» с водой Каспийского моря в
различных объемных соотношениях составлена номограмма для определения
процентного объемного соотношения их смешивания, представленная на рисунке.
На оси ординат с правой стороны отмечается точка А, соответствующая
содержанию иона хлора в пластовой воде (в данном случае в пластовой воде СП
месторождения «Гюнешли» - 36.2 г/л), которая соединяется с точкой М -соответствующей содержанию иона хлора в воде Каспийского моря (5.2 г/л) на оси ординат с левой стороны. Далее, с точек С1, С2 и т.д. на оси ординат, соответствующих содержанию иона хлора в смешанной воде (так, например, при С1 = 9.7, С2 = 7.8 г/л), проводится параллельная оси абсцисс линия до ее пересечения с предыдущей линией АМ, и из точки пересечения этих линий с линией АМ (С1 , С '2 ) опускается перпендикуляр к оси абсцисс. Точка пересечения перпендикуляров С1'О1 и С 2О2, с осью абсцисс (О1, О2) соответствует процентному объемному соотношению смешиваемых вод: в приводимых случаях точка О1 соответствует смешиванию пластовой воды СП с морской в соотношениях 50 : 50, а точка О2 - в соотношениях 30 : 70.
Выводы:
- по мере увеличения процентной доли морской воды в смеси происходит
2+ 2+ 2- 2-увеличение содержания ионов Са , М§ , 8О4", СО3 " с одновременным
уменьшением концентрации ионов Ш+ + К+, С1-, НСО3-, ЯСОО-, НВ4О7-. Такая
направленность изменения содержания вышеуказанных ионов химического состава смеси
является надежным показателем влияния закачиваемой воды Каспийского моря в СП
месторождения «Гюнешли»;
- смесь пластовой воды СП месторождения «Гюнешли» с морской Каспийской не стабильна;
- наибольшее количество выпадающих в осадок карбонатов щелочноземельных металлов в количестве ~1 г/л отмечается в смеси пластовой воды СП и морской Каспийской в соотношениях 50 : 50 и 60 : 40;
- изменение содержания иона С1- в смешанной воде является надежным критерием определения доли пластовой и морской воды в обводненных скважинах и зоны охвата залежи нефти СП закачиваемой водой Каспия;
пластовая 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Рис. Номограмма определения процентного объемного соотношения смешивания пластовой воды СП месторождения "Гюнешли" с водой Каспийского моря
по изменению содержания иона С1
результаты проведенных гидрогеохимических исследований могут быть использованы для контроля и регулирования процесса заводнения других залежей (месторождений) Южно-Каспийской впадины морской водой (Глубоководная часть Гюнешли, Чыраг, Азери и др.);
- составленная номограмма позволяет определить процентную долю морской воды Каспия в смешанной с достаточно высокой точностью и может быть использована для контроля и регулирования процесса разработки других месторождений ЮжноКаспийской впадины.
ЛИТЕРАТУРА
1. Ахундов А.Р., Мехтиев У.Ш., Рачинский М.З. Справочник по подземным водам нефтегазовых и газоконденсатных месторождений Азербайджана. Баку: Маариф, 1976. 327 с.
2. Карцев А.А., Никаноров А.М. Нефтегазопромысловая гидрогеология. М: Недра, 1983. 200 с.
3. Карцев А.А., Вагин С.Б., Шугрин В.П., Брагин Ю.И. Нефтегазовая гидрогеология. М.: Нефть и газ, 2001. 258 с.
4. Мехтиев Ш.Ф., Ахундов А.Р., Ворошилов Е.А. Влияние искусственного заводнения на гидрохимию нефтяного пласта. Баку: Маариф, 1969. 343 с.
5. Мехтиев Ш.Ф., Ахундов А.Р., Ворошилов Е.А. Практические вопросы нефтепромысловой гидрогеологии. Баку: Элм, 1975. 186 с.
6. Венецкий И.Г., Кильдишев Г.С. Теория вероятностей и математическая статистика. М.: Статистика, 1975. 264 с.
7. ТейлорДж. Введение в теорию ошибок: пер. с англ. М.: Мир, 1985. 271 с.
