1. № 3 • март 2007 11
НЕФТЕГАЗОВЫЕ
Т Е Х Н О Л О Г И И
За ач а воды, а средство вторичной добычи не-
фти и метод поддержания давления для повышения пла-
стовой энер ии, является одним из старейших методов,
использ емых в нефтяной промышленности. В настоя-
щее время в этом направлении отмечены о ромные до-
стижения, а в прое тировании заводнения, та и е о
ос ществлении и техничес ом онтроле. Наибольшее
внимание обычно привле ает прое тирование и реали-
зация процесса заводнения. Тем не менее, техничес ий
онтроль имеет сравнительно менее развит ю пра ти-
, хотя и нельзя не признать е о важность для спеш-
ности заводнения.
С ществ ет нес оль о про-
стых в применении методов
онтроля при ос ществлении
прое та за ач и воды (завод-
нения), например, с использо-
ванием рафи ов Холла (Hall),
водонефтяно о фа тора
(WOR), азово о фа тора
(GOR), оэффициента заме-
щения в поровом простран-
стве и т.д. Представление о
по азателе замещения в по-
ровом пространстве (voidage
replacement – VR) и оэффи-
циенте замещения в поровом
пространстве (voidage
replacement ratio – VRR) мож-
но пол чить из анало ии с ре-
зерв аром, заполненным жид-
остью (рис. 1). Добыча жид-
ости из с важины сопровождается образованием п с-
тот в пласте, а при за ач е воды в пласт происходит
заполнение этих п стот. В статье дается объяснение эф-
фе тивности метода и обс ждаются не оторые ошиб-
и, выявленные при е о ос ществлении.
Во всем мире заводнение считается надежным и
э ономичес и рентабельным методом добычи. Почти
любое р пное нефтяное месторождение, в отором
не проявляется естественный водонапорный режим
или с ществ ет частично водонапорный режим, счи-
тается при одным для заводнения. Заводнение необ-
ходимо начинать в оптимальное время, чтобы вели-
чить отбор прод та на месторождении и ма симизи-
ровать прибыль. Оптимальное время для он ретно о
пласта зависит от основной задачи, решаемой опе-
ратором, при проведении заводнения:
• ма симизация нефтеотдачи;
• ма симизация б д щей чистой стоимости а тивов;
• ма симизация нормы прибыли;
• стабилизация денежных доходов;
• ма симизация чистой приведенной стоимости.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ
ЭФФЕКТИВНОСТИ ЗАВОДНЕНИЯ
В. А арвал, Дж. Рам и Р. Бхаттачариа, ONGC Ltd., Индия
Коэффициент замещения в поровом пространстве идентифицир ет потенциальные проблемы
во время ма симизации добычи
В однородном пласте можно ожидать ма симальной
нефтеотдачи, если заводнение начать в момент дости-
жения давления насыщения. Это связано с высо ой на-
сыщенностью свободным азом, выделившимся из оста-
точной нефти, и бла оприятной вяз остью нефти. Тем не
менее, неоднородность способств ет том , что оптималь-
ное для достижения самой высо ой нефтеотдачи давле-
ние о ажется ниже давления насыщения. В сл чае низ-
о о давления насыщения, момент достижения е о зна-
чения темпы отбора нефти мо т значительно снизиться,
что сделает заводнение непривле ательным. В этой си-
т ации оператор может начать
заводнение задол о до момен-
та достижения давления насы-
щения. Следовательно, для
инициирования заводнения
может потребоваться ос ще-
ствление инте рированно о
процесса онтроляпластавте-
чение все о сро а э спл ата-
ции месторождения, чтобы в
наил чшеевремяначатьза ач-
воды. Кроме то о, лючевым
фа тором для спешной реа-
лизации прое та является про-
рамма онтроля а тивов. В
большинствене дачныхпрое -
тов заводнения были выявле-
ны недостат и именно в прав-
лении а тивами при заводне-
нии (Waterflood Asset Manage-
ment – WAM). Обычно техни-
чес ий онтроль относят самой слабой части процесса
WAM. В связи с величением начальной добычи нефти в
рез льтате заводнения, смо т потерять бдительность из-
за то о, что рез льтат дости н т та быстро и просто и
тем самым, потерять онтроль над всем процессом вы-
теснения нефти.
В системе техничес о о онтроля и правления в рам-
ах WAM ритичес ими фа торами являются VR и VRR.
По азатель замещения в поровом пространстве явля-
ется важным для любо о прое та заводнения не толь о
по федеральным за онам или за онам штатов, но и при-
менительно эффе тивности процесса и нефтеотдачи.
Анализ и понимание свойств по азателей VR и VRR про-
ливают свет на процесс заводнения, реа цию пласта,
объемный оэффициент вытеснения и эффе тивность
реализ емой схемы площадно о заводнения.
УПРАВЛЕНИЕ АКТИВАМИ
ПРИ ЗАВОДНЕНИИ
В соответствии со страте ией правления разра-
бот ой прод тивно о пласта на месторождении была
Рис. 1. Добыч из прод тивно о пласта можно предста-
вить себе, а отбор нефти, воды и аза из не оторо о
резерв ара. В рез льтате добычи образ ется п стота,
оторая вызывает снижение давления. За ач а жид о-
сти в резерв ар из внешне о источни а описывается
р. (1). Ур. (2) можно применить для приведения всей
жид ости пластовым словиям
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

2. НЕФТЕГАЗОВЫЕ
Т Е Х Н О Л О Г И И12 № 3 • март 2007
создана эффе тивная про рамма [1]. WAM предпола-
ает след ющие ша и.
1. Установить необходимость заводнения.
2. Составить техничес и и э ономичес и обосно-
ванный план. Это предпола ает оцен техничес ой
ос ществимости процесса, анализ различных сцена-
риев, оцен э ономичес ой жизнеспособности про-
цесса в э стремальных словиях и принятие решений
о схеме за ач и, омбинациях добывающих с важин
и профиля приемистости/прито а.
3. Календарный рафи работ и воплощение плана
в жизнь. Это в лючает нес оль о операций: под отов-
а про раммы техничес о о внедрения, рафи а вво-
да в действие поверхностных стройств, рафи а вре-
мени для на нетательной с важины и профиля при-
емистости, алендарно о рафи а сбора данных для
техничес о о онтроля и правления, а та же внедре-
ние и исполнение плана.
4. По азатели техничес о о онтроля и правления.
Сюда входят сбор и перемещение пото а данных, поис
и представление рафичес их данных ( рафи Холла,
рафи и WOR, GOR, VRR, падения давления и т.д.), а
та же анализ данных и онтроль по рабочим хара тери-
сти ам поведения на нетательных с важин, реа ции
добывающих с важин и пласта на за ач воды.
5. Оцен а пласта. Она асается отдачи пласта, ре-
з льтир ющей динами и пластово о давления, рафи-
а за ач и и др их вопросов.
6. Изменение или орре тиров а плана, в лючая
б д щ ю страте ию заводнения.
Эти омпоненты WAM взаимозависимы, и их инте -
рация весьма с щественна для спешно о правления
разработ ой пласта. Это а тивно ос ществляемый про-
цесс в течение все о сро а заводнения. В не оторых
сл чаях он продолжается и после анн лирования плана.
Тщательный анализ про раммы заводнения по азы-
вает, что мно о внимания деляется этап планирова-
ния и оцен е поведения олле тора. Это находит та -
же отражение в про раммном обеспечении, обор до-
вании и техничес ой поддерж е. Для сравнения, ален-
дарном планированию, онтролю, техничес ом прав-
лению и орре тиров е деляется мало внимания. Од-
на о для спешной реализации про раммы заводне-
ния эти сферы треб ют ораздо больше о внимания.
Про рамма техничес о о онтроля обычно связа-
на с определением хара теристи олле тора, е о
поведения, эффе тивности вытеснения, поведения на-
нетательных и добывающих с важин, ачества воды
и реа ции пласта, с техничес им обсл живанием ст-
ройств и обор дования, выявлением слабых мест,
диа ности ой потенциальных проблем и определени-
ем соответствия затрат.
Всеобъемлющая про рамма техничес о о надзора
в лючает сбор данных и онтроль та их аспе тов, а
реа ция пласта на изменение давления, расход, схе-
ма размещения с важин, объемный охват пласта, со-
общаемость, барьеры, аналы, зоны по лощения, до-
бывающие и на нетательные с важины, э спл атаци-
онные стройства и система водоснабжения.
Оцен а, анализ и онтроль динами и VR в лючает
техничес ий надзор за процессом заводнения пласта.
А ратное претворение в жизнь онцепции VR дает
представление о реа ции пласта на за ач воды бла о-
даря онтролю та их фа торов, а наполнение пласта
на нетаемой водой, охват пласта, величение давления
и т.д. При этом решаются та же задачи обеспечения сба-
лансированности схемы расстанов и с важин, проме-
ж точных орре тирово и выявления потенциальных
проблем, связанных с с ществованием аналов или зон
повышенной проницаемости, сообщаемостью трещин
разрыва, проявлением равитационных эффе тов и т.д.
ВЫВОД МАТЕМАТИЧЕСКИХ ФОРМУЛ
VRR выражается в виде:
VRR = (За ачанный объем в пласт) /
(Добытый объем из пласта) (1)
М новенное значение VRR можно вычислить из
выражения
VRRInst = (Bw x iw) / [Boqo + Bwqw + (qg – qoRs) Bg] (2)
Чтобы пол чить представление о динами е завод-
нения вычисляются м новенные и на опленные зна-
чения VRR и строятся рафичес ие зависимости этих
параметров от времени. Инт итивно можно за лючить,
что, если VRR = 1, то за ач ой точно замещается весь
объем добываемых флюидов.
Со ласно принцип материально о баланса [2],
DDI + SDI + CDI + WDI = 1, (3)
DDI = NEo / HCV,
SDI = N m Eg / HCV,
де DDI – по азатель режима истощения.
SDI – по азатель режима азовой шап и.
HCV – поровый объем, занятый леводородами.
CDI – по азатель пр о о режима.
Eo = Bt – Bti (4)
Bt = Bo + Bg (Rsi – Rs), (5)
HCV = NP [Bt + Bg (Rp – Rsi)] (6)
и Eg = (Bti / Bgi) (Bg – Bgi); (7)
Efw = Bti (1 + m) [(Swi Cw + Cf) / (1 – Swi)](Pi – P), (8)
де m – отношение размеров начальной азовой шап-
и и нефтяной зоны.
WDI = (We – WpBw + WiBwi) / HCV, (9)
де WDI – по азатель водонапорно о режима.
Доп стим, что с ществ ет недонасыщенный нефтя-
ной пласт, разрабатываемый в режиме растворенно-
о аза, т.е. в отс тствие азовой шап и (m = 0), се -
ре ации аза в пласте с формированием вторичной
азовой шап и, а о о-либо пост пления воды из во-
доносно о оризонта (We = 0) и без прис тствия в пла-
сте подвижной воды для добычи нефти (Wp = 0). Та
что по азатель режима добычи, определяемый из р.
(3), может иметь вид:
WDI = 1 – (DDI + CDI).
Этовыражениеможнопредставитьвслед ющемвиде:
Wi Bwi / (Общая п стотность) = 1 – NEt /
(Общая п стотность) = VR. (10)
. ..
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

3. № 3 • март 2007 13
НЕФТЕГАЗОВЫЕ
Т Е Х Н О Л О Г И И
VRR = 1 – (Расширение пластово о
флюида и породы). (11)
Et = Eo + Efw,
де Et = f (Pi – P) соответств ет общем оэффициент
расширения.
В словиях добычи из пласта давление в с важине
снижается. Это сопровождается расширением плас-
тово о флюида и породы. Пос оль за ачиваемая
вода продолжает заполнять образовавшиеся п сто-
ты, среднее пластовое давление б дет постепенно ве-
личиваться. Следовательно, пос оль давление (P)
стремится Pi,
lim (Et) = 0 (12)
P > Pi
Отсюда след ет, что пластовое давление б дет по-
степенно величиваться и, о да на-
опленное значение VRR дости нет
единицы, произойдет полное вос-
становление начально о пластово о
давления.
АНАЛИЗ VRR
Графи VRR обычно строят в за-
висимости от времени. По-види-
мом , та ой рафи обычно запра-
шивают распорядительные ор аны.
Тем не менее, расчет значения VRR
может о азать с щественное вли-
яние на хара тер это о рафи а
(рис. 2).
По мере за ач и и заполнения пласта водой VRR
постепенно приближается единице. Если оператор
осознанно не стремится восстановлению пластово-
о давления, то VRR можно поддерживать на ровне,
равном единице. Это значение является одним из ос-
новных требований мно их федеральных за онов. Тем
не менее, в зависимости от принятой методи и и выб-
ранных для расчета параметров, оцен а VRR может
измениться.
Например, если начальное давление равно давле-
нию в начале за ач и, то VRR может превысить еди-
ниц , несмотря на то, что давление в пласте должным
образом не повысилось. Если доп стить, что началь-
ное давление равно давлению насыщения, то может
пройти мно о времени, прежде чем значения VRR до-
сти н т единицы. В сл чае на опленно о VRR, а и
почти со всеми оцен ами волюметричес им методом
или методом материально о баланса, интерпретация
обычно зависит от значительно о объема данных, о-
торые о раничивают их при одность для средне о и
поздне о периодов заводнения.
ГРАФИК ЗАВИСИМОСТИ VRR
ОТ ΔΔΔΔΔP
Цель построения та о о рафи-
а состоит в том, чтобы понять, а
VRR влияет на давление. Во время
за ач и вода может быть потеряна
в зоне по лощения или в водонос-
ном оризонте. В этом отношении
та ая рафичес ая зависимость мо-
жет быть хорошим диа ностичес им
инстр ментом (рис. 3).
В процессе добычи давление в
пласте снижается. Вполне можно
УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ
Bw – Пластовый объемный фа тор воды (брлпл/брлн) при те щем пластовом давлении.
Bo – Пластовый объемный фа тор нефти (брлпл/брлн) при те щем пластовом давлении.
Вg – Пластовый объемный фа тор аза (брлпл/брлн) при те щем пластовом давлении.
Bt – Общий пластовый объемный фа тор леводородной фазы (брлпл/брлн).
Rs – Газовый фа тор при растворенном азе.
Rj – Газовый фа тор в начальных словиях. Пластовый объемный фа тор и азовый фа тор при растворенном азе обычно выражают-
ся, а ф н ции давления.
Rp – С ммарный азовый фа тор.
N – Начальные запасы товарной нефти в пласте (брлн).
Np – Добыча товарной нефти, (брлн).
Wp – На опленная добыча воды, приведенная нормальным словиям (брлн).
We – Объем пласта, насыщенный водой из водоносно о оризонта (брлпл).
Wi – На опленный объем за ачанной воды (брлн).
Swi – Начальная водонасыщенность (доли единицы).
Cw – Сжимаемость воды [(ф нт/дюйм2
)-1
].
Cf – Сжимаемость пластовой породы [(ф нт/дюйм2
)-1
].
Pi – Начальное пластовое давление (ф нт/дюйм2
).
P – Те щее пластовое давление (ф нт/дюйм2
).
Eo – Расширение нефти и первоначально содержаще ося в ней растворенно о аза.
Eg – Расширение азовой шап и.
Efw – Расширение связанной воды и меньшение порово о объема,
из-за расширения пластовой породы.
Et – Общий оэффициент расширения.
m – Начальный объем леводородов в азовой шап е / начальный объем леводородов в нефтяной толще,
де m – онстанта, определяемая в начальных словиях.
qo – Дебит нефти (брлн/с т).
qg – Дебит аза (н. ф т3
/с т).
qw – Дебит воды (брлн/с т).
iw – Темп за ач и воды (брлн/с т).
Рис. 2. Идеализированный рафи за-
висимости VRR от времени по азыва-
ет, что по мере за ач и воды и запол-
нения пласта водой VRR постепенно
приближается единице
Время
P → Pi
RR
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

4. НЕФТЕГАЗОВЫЕ
Т Е Х Н О Л О Г И И14 № 3 • март 2007
представить себе, что, по мере все больше о заме-
щения отбираемо о пластово о флюида за ачиваемой
водой, ΔP или (Pt=0 – Pt=t) б дет иметь все меньшие
значения или б дет равно н лю, о да давление в пла-
сте дости нет начально о значения. По мере асимп-
тотичес о о приближения относительно о перепада
давления н лю, VRR должно асимптотичес и при-
ближаться единице. Тем не менее, если рафи на-
опленно о VR не демонстрир ет заметно о сниже-
ния ΔP, а м новенное значение VRR свидетельств ет
о том, что VR близ о единице, то может возни н ть
словие для сифонно о перето а за ачиваемой воды
через зон по лощения или высо опроницаемые а-
налы в др ой слой.
ГРАФИК ЗАВИСИМОСТИ VRR
ОТ NP/N
Этот рафи демонстрир ет
влияние оэффициента охвата
пласта при заводнении на VRR
(рис. 4). Инт итивно можно за лю-
чить, что линейная зависимость
VRR от Np/N отражает стойчивый
хара тер перемещения фронта вы-
теснения пластово о флюида при
заводнении и с ществование дос-
таточно о числа добывающих с ва-
жин для отбора вытесняемой жид-
ости (нефти и воды). Иначе ово-
ря, это означает, что аждая еди-
ница объема за ачанной воды вы-
тесняет из системы единиц объе-
ма жид ости. Тем не менее, по-
с оль естественные системы ве-
д т себя не столь хорошо, обычно
наблюдают нелинейн ю зависи-
мость. Если ривая асимптотичес-
и стремиться оси VRR, это оз-
начает, что за ачиваемая вода не
способств ет добыче нефти. При-
чиной та о о поведения может
быть след ющее:
• отс тствие стойчиво о фрон-
та вытеснения в пласте;
• плохой охват пласта;
• с ществование зоны по лощения;
• пост пление за ачиваемой воды в водоносный
оризонт.
Если же ривая асимптотичес и стремится оси
Np/N, значит, объемы за ачиваемой воды недостаточ-
ны и добыча из пласта ведется за счет е о собствен-
ной энер ии.
СИТУАЦИИ С VRR
Пластовый объемный фа тор, использ емый в
расчете VRR, обычно определяется не оторым эта-
лонным давлением. Например, если эталонное дав-
ление соответств ет начал процесса на нетания
воды и за ач а воды начинается при давлении, мно-
о меньшем начально о пластово о давления или
давления насыщения, то вычисленное значение о-
эффициента объемно о вытеснения б дет неточным,
хотя, со ласно расчет , VRR = 1. Это означает, что
процесс заводнения ведется при недостаточном чете
проблем истощения. Возможны и др ие странные
на вид сит ации:
• степень на опленно о замещения в поровом про-
странстве может значительно отличаться от еди-
ницы, хотя м новенное значение п стотности рав-
но единице;
• хотя единичное значение степени на опленно о
замещения в поровом пространстве должно от-
ражать полное восстановление давления в плас-
те, на самом деле это о может и не быть;
• VRR предпола ает, что пласт однородный, тем не
менее, пласты ред о бывают однородными;
• неоднородность пласта может стать причиной
то о, что в не оторых местах VR б дет больше
единицы, а в др их местах – меньше единицы;
• в связи с расположением добывающих и на нета-
тельных с важин, может проявляться абберация
значений VR в реальном времени;
• мо т прис тствовать зоны по ло-
щения и трещины, оторые силь-
но влияют на VR;
• если ниже прод тивно о пласта
зале ает водоносный оризонт, то
не ис лючено пост пление за а-
чиваемой воды в водоносный о-
ризонт, что может внести ис аже-
ния в значения VR.
Фа торы, влияющие на течение
через порист ю сред , все да отра-
жаются на процессах за ач и и до-
бычи. Следовательно, свойства пла-
ста (пористость, проницаемость,
неоднородность), свойства пласто-
во о флюида, расположение плас-
та, сложное еоло ичес ое строение
и др ие б д т отражаться на про-
цессе замещения в пористой сре-
де.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Параметр VRR нашел широ ое
применение для отражения динами-
и процесса заводнения. Анализ
методи и расчета VRR по азывает,
что начальные пластовые словия в
процессе на нетания воды и сло-
вия, за ладываемые в первоначальный план работ, с -
щественно влияют на оцен VRR.
Из анализа VRR след ет, что этот по азатель мо-
жет быть полезным инстр ментом для оперативной
оцен и эффе тивности процесса за ач и воды с точ-
и зрения поддержания пластово о давления или вы-
теснения нефти. Ка метод техничес о о онтроля он
может о азаться полезным в проведении оцено . Тем
не менее, при оцен е VRR мо т возни ать ошиб и.
Перевел В. Иванов
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Thakur G.C. and A. Satter, Integrated Water Flood Asset
Management, PennWell, 402 pp., 1998.
2. Craft B.C., M. Hawkins and R.E. Terry, Applied Petroleum
Reservoir Engineering, Prentice Hall FTR, 464 pp., 1991.
Рис. 3. Графи зависимости VRR от ΔΔΔΔΔP
помо ает определить потерю за ачи-
ваемой воды в зон по лощения
Рис. 4. Линейная рафичес ая зависи-
мость VRR от Np/N отражает стойчи-
вый хара тер перемещения фронта
вытеснения пластово о флюида при
заводнении
Плохой охват
Недостаточный
объем за ач и
ΔP
RR
RR
Np/N
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»