Введение

Заводнение является одним из наиболее распространенных методов поддержания пластового давления и увеличения текущей нефтеотдачи. В практике разработки нефтяных месторождений вода часто рассматривается как доступный и технологически простой рабочий агент. Однако фактическая эффективность заводнения зависит не только от режима закачки, но и от качества выбранной вытесняющей жидкости. Несовместимость закачиваемой воды с пластовой системой может приводить к образованию осадков, набуханию глинистых минералов, снижению проницаемости призабойной зоны и преждевременному прорыву воды в добывающие скважины [1, 2].

В последние годы при подготовке воды для заводнения все больше внимания уделяется не только минерализации и ионному составу, но и физическим способам обработки водной фазы. Одним из таких направлений является магнитная обработка воды. В литературе отмечается, что воздействие магнитного поля может влиять на отдельные физико-химические характеристики воды и ее взаимодействие с системой «нефть — вода — порода» [6, 7]. При этом имеющиеся результаты не следует трактовать как универсальное доказательство эффективности магнитной воды для всех типов коллекторов. Для инженерного применения требуется осторожная оценка, основанная на измеряемых показателях.

Поэтому актуальной задачей является разработка простого расчетно-аналитического подхода, который позволяет сравнивать разные варианты вытесняющей жидкости и выбирать наиболее предпочтительный вариант для конкретных геолого-технических условий. Такой подход особенно полезен на ранней стадии магистерского исследования, когда лабораторные данные могут быть ограничены, но необходимо сформировать обоснованную методику выбора.

Постановка задачи

Целью работы является разработка критериального подхода к оценке влияния магнитной обработки воды на выбор вытесняющей жидкости при заводнении нефтяного пласта.

Для достижения цели решаются следующие задачи: определить основные технологические факторы, влияющие на выбор воды для закачки; сформировать набор частных критериев оценки; предложить комплексный индекс пригодности вытесняющей жидкости; выполнить модельный расчет для нескольких вариантов воды; оценить не только ожидаемую эффективность, но и технологический риск применения.

В данной работе магнитно обработанная вода рассматривается не как самостоятельная универсальная технология повышения нефтеотдачи, а как один из вариантов предварительной подготовки вытесняющей жидкости. Такой подход позволяет избежать чрезмерно категоричных утверждений и перенести оценку в плоскость измеряемых инженерных параметров.

Факторы, влияющие на выбор вытесняющей жидкости

Выбор вытесняющей жидкости должен учитывать свойства коллектора, состав пластовой воды, свойства нефти, минералогический состав породы и возможные осложнения при закачке. Основные факторы представлены в таблице 1.

Таблица 1

Основные факторы выбора вытесняющей жидкости при заводнении

Из таблицы 1 следует, что оценка вытесняющей жидкости не может ограничиваться одним параметром. Например, снижение минерализации может быть полезным с точки зрения смачиваемости, но одновременно может создавать риск дестабилизации глинистых минералов. Поэтому в инженерной практике целесообразно использовать комплексную оценку, объединяющую несколько критериев.

Роль магнитной обработки воды

Под магнитной обработкой воды в работе понимается пропускание водной фазы через зону действия постоянного или переменного магнитного поля перед ее использованием в технологическом процессе заводнения. Предполагается, что такое воздействие может влиять на характер структурной организации воды, растворимость солей, поверхностные свойства и взаимодействие с минеральной поверхностью породы.

Следует подчеркнуть, что термин «структура воды» в инженерной статье необходимо использовать осторожно. Для практической оценки важен не сам факт предполагаемого изменения структуры, а изменение конкретных измеряемых показателей: поверхностного и межфазного натяжения, контактного угла, совместимости вод, склонности к образованию осадков и результатов фильтрационных испытаний. Именно эти показатели должны определять возможность применения магнитно обработанной воды как вытесняющей жидкости.

Схема общей логики оценки показана на рисунке 1. Она основана на последовательном переходе от исходных данных пласта и воды к расчету частных критериев, интегрального индекса и итоговому выбору жидкости.

Рис. 1. Алгоритм критериального выбора вытесняющей жидкости с учетом магнитной обработки воды

На рисунке 2 условно показано отличие обычной и магнитно обработанной воды с точки зрения инженерной интерпретации. В статье не предполагается, что магнитная обработка автоматически меняет все свойства воды. Схема показывает только направление анализа: если после обработки наблюдаются улучшение совместимости, снижение риска осадков или более благоприятное изменение смачиваемости, эти эффекты должны быть включены в расчетный критерий.

Рис. 2. Условное сравнение фильтрационного поведения обычной и магнитно обработанной воды при выборе вытесняющей жидкости

Методика комплексной оценки

Для сопоставления вариантов воды предлагается использовать комплексный индекс пригодности K. Он представляет собой взвешенную сумму нормированных частных критериев:

где - комплексный индекс j-го варианта вытесняющей жидкости; - весовой коэффициент i-го критерия; — нормированная оценка i-го критерия для j-го варианта; n — число критериев. Сумма весовых коэффициентов должна быть равна единице.

В данной работе принимается шесть критериев: совместимость с пластовой водой, сохранение проницаемости, влияние на смачиваемость, влияние на межфазное натяжение, риск солеотложения и ожидаемый коэффициент вытеснения. Все частные критерии приводятся к безразмерной шкале от 0 до 1, где 1 соответствует наиболее предпочтительному состоянию.

Таблица 2

Принятые частные критерии комплексной оценки

Принятые веса отражают инженерную логику предварительного выбора. Наибольший вес присвоен совместимости с пластовой водой и сохранению проницаемости, поскольку повреждение коллектора может привести к снижению приемистости и нивелировать потенциальный эффект от изменения смачиваемости или межфазного натяжения.

Модельный расчет

Для демонстрации методики рассмотрены четыре варианта вытесняющей жидкости: обычная техническая вода, вода с оптимизированной минерализацией, магнитно обработанная вода и магнитно обработанная вода с дополнительной оптимизацией состава. Значения в таблицах 3 и 4 являются модельным расчетным примером и должны быть заменены реальными лабораторными данными при подготовке окончательной публикации по конкретному объекту.

Таблица 3

Условные исходные показатели для сравнения вариантов вытесняющей жидкости

В таблице 3 контактный угол используется как показатель смачиваемости: уменьшение угла условно соответствует переходу поверхности к более водосмачиваемому состоянию. Индекс риска солеотложения задан в обратной логике: чем больше значение, тем выше риск. При расчете частного критерия C₅ эта величина преобразуется так, чтобы большее значение C₅ соответствовало меньшему риску.

Таблица 4

Расчет комплексного индекса пригодности вытесняющей жидкости

По результатам расчета минимальное значение комплексного индекса получено для обычной технической воды. Наиболее высокий индекс имеет магнитно обработанная и одновременно оптимизированная по составу вода. Это означает, что магнитная обработка не должна рассматриваться изолированно от химической совместимости и минерализации. Наиболее обоснованным является комбинированный подход: сначала проверяется химическая совместимость воды с пластовой системой, затем оценивается возможный эффект физической обработки.

Рис. 3. Сравнение комплексного индекса K для вариантов вытесняющей жидкости

Оценка технологического риска

Для инженерной интерпретации одной оценки эффективности недостаточно. Вариант воды может иметь высокий ожидаемый коэффициент вытеснения, но одновременно создавать риск повреждения пласта. Поэтому дополнительно введен интегральный риск R:

где C₁ характеризует совместимость вод, C₂ — сохранение проницаемости, C₅ — снижение риска солеотложения. Чем меньше значение R, тем безопаснее вариант вытесняющей жидкости с точки зрения осложнений.

Таблица 5

Сопоставление эффективности и технологического риска

Из таблицы 5 видно, что рост индекса K сопровождается снижением интегрального риска R. Это связано с тем, что в принятой системе критериев магнитная обработка учитывается только через положительные изменения измеряемых параметров, а не как самостоятельное основание для выбора.

Рис. 4. Изменение интегрального технологического риска R для сравниваемых вариантов

Анализ чувствительности

Для проверки устойчивости вывода выполнен простой анализ чувствительности. В расчет введен условный параметр прироста частных критериев, который отражает возможное улучшение свойств воды после магнитной обработки. При нулевом приросте магнитная обработка не дает самостоятельного технологического преимущества. При увеличении прироста частных критериев комплексный индекс возрастает, но только до тех пор, пока сохраняется химическая совместимость воды с пластовой системой.

Рис. 5. Чувствительность комплексного индекса K к принятому эффекту магнитной обработки воды

Результаты анализа чувствительности показывают, что расчетная привлекательность магнитно обработанной воды определяется величиной подтвержденного эффекта. Если лабораторные испытания не показывают изменения контактного угла, межфазного натяжения, склонности к осадкообразованию или фильтрационных характеристик, то применять магнитную обработку только на основании теоретического предположения нецелесообразно.

Обсуждение результатов

Предложенная методика позволяет представить выбор вытесняющей жидкости как инженерную процедуру, а не как качественное описание отдельных эффектов. Ее преимущество заключается в том, что каждый вариант воды оценивается одновременно по эффективности и безопасности. Такой подход особенно важен для нефтяных пластов, где даже небольшое ухудшение проницаемости может привести к снижению приемистости нагнетательных скважин.

Модельный расчет показывает, что магнитно обработанная вода может иметь более высокий комплексный индекс по сравнению с обычной технической водой. Однако это преимущество появляется только при условии, что после обработки действительно улучшаются измеряемые параметры. Наиболее важными из них являются совместимость с пластовой водой, отсутствие осадков при смешении, сохранение проницаемости образца керна и изменение смачиваемости в сторону более водосмачиваемого состояния.

Особое внимание следует уделять различию между лабораторной и промысловой эффективностью. Даже если лабораторные опыты показывают снижение межфазного натяжения или изменение контактного угла, промысловый результат может зависеть от неоднородности пласта, трещиноватости, режима закачки, минерализации пластовой воды и распределения проницаемости. Поэтому предложенный индекс следует использовать как инструмент предварительного ранжирования вариантов, а не как окончательное доказательство эффективности.

Для практического применения методики необходимо выполнить серию лабораторных испытаний: анализ состава вод, тесты на совместимость, измерение pH и минерализации, оценку склонности к солеотложению, определение контактного угла, межфазного натяжения и фильтрационные опыты на керне. После получения фактических данных частные критерии могут быть пересчитаны, а веса уточнены с учетом особенностей конкретного месторождения.

Рекомендации по лабораторной проверке

Для перевода предложенного расчета из модельного в объектный рекомендуется использовать следующую последовательность исследований.

Таблица 6

Рекомендуемая программа лабораторной проверки магнитно обработанной воды

Выводы

1. Эффективность заводнения зависит не только от объема и режима закачки, но и от физико-химических свойств вытесняющей жидкости, ее совместимости с пластовой водой и влияния на фильтрационные свойства коллектора.
2. Магнитная обработка воды может рассматриваться как дополнительный способ подготовки вытесняющей жидкости, однако ее влияние должно оцениваться через конкретные измеряемые показатели: совместимость, проницаемость, смачиваемость, межфазное натяжение, склонность к солеотложению и коэффициент вытеснения.
3. Предложен комплексный индекс K, позволяющий сравнивать разные варианты воды по совокупности технологических критериев. В модельном расчете индекс увеличивается от 0,617 для обычной технической воды до 0,821 для магнитно обработанной и оптимизированной по составу воды.
4. Дополнительная оценка риска R показывает, что наиболее предпочтительным является вариант, который сочетает повышение эффективности вытеснения с минимальным риском осадкообразования и снижения проницаемости.

Литература:

1. Крейг Ф. Ф. Разработка нефтяных месторождений при заводнении / пер. с англ. — М.: Недра, 1974. — 192 с.
2. Lake L. W., Johns R. T., Rossen W. R., Pope G. A. Fundamentals of Enhanced Oil Recovery. — Richardson: Society of Petroleum Engineers, 2014. — 496 p.
3. Green D. W., Willhite G. P. Enhanced Oil Recovery. — Richardson: Society of Petroleum Engineers, 1998. — 545 p.
4. Sheng J. J. Modern Chemical Enhanced Oil Recovery: Theory and Practice. — Burlington: Gulf Professional Publishing, 2011. — 648 p.
5. Morrow N. R., Buckley J. S. Improved oil recovery by low-salinity waterflooding // Journal of Petroleum Technology. — 2011. — Vol. 63, No. 5. — P. 106–112.
6. Yildiz H. O., Morrow N. R. Effect of brine composition on recovery of Moutray crude oil by waterflooding // Journal of Petroleum Science and Engineering. — 1996. — Vol. 14. — P. 159–168.
7. Hashemizadeh A., Pourafshary P., Tahmasebi P. The possibility of enhanced oil recovery by using magnetic water flooding // Petroleum Science and Technology. — 2014. — Vol. 32, No. 18. — P. 2279–2286.
8. Amrouche F., Rezaei Gomari S., Islam M., Donglai X. New insights into the application of a magnetic field to enhance oil recovery from oil-wet carbonate reservoirs // Energy & Fuels. — 2019. — Vol. 33, No. 11. — P. 10602–10610.
9. Hosseini H., Jafari A., Naderi M. Wettability alteration of carbonate rocks via magnetic fields: experimental investigation and implications for oil recovery // Journal of Petroleum Science and Engineering. — 2019. — Vol. 177. — P. 989–998.
10. Азиз Х., Сеттари Э. Математическое моделирование пластовых систем / пер. с англ. — М.: Недра, 1982. — 407 с.
11. Buckley S. E., Leverett M. C. Mechanism of fluid displacement in sands // Transactions of the AIME. — 1942. — Vol. 146. — P. 107–116.
12. Mammad-zade A. M. Investigation of fluid dynamics influenced by magnetic fields in oil recovery operations // SOCAR Proceedings. — 2025. — No. 2. — P. 61–67.