Обоснование и разработка комплексной гидромониторной технологии стимуляции скважин в терригенных коллекторах

- геологические факторы: температура, глубина, нефтенасыщенность, пористость, проницаемость, коэффициент песчанистости, коэффициент расчлененности, плотность и вязкость;

- технико-технологические факторы работы скважины: дебиты скважины по нефти и жидкости до обработки, обводненность продукции, перфорированная мощность;

- технологические факторы проведения обработки: удельный объем закачки, давление нагнетания, изменение давления в процессе проведения технологии, время выдержки кислотного состава.

Результатом описательной статистики стали следующие усредненные показатели: фонд скважин малодебитный от со средним дебитом по жидкости 2,47 м3/сут., диапазон изменения параметра от 0 до 7,4 м3/сут, по нефти 1,68 т/сут. диапазон от 0 до 5,9 т/сут. и невысокой обводненостью, среднее значение которой составляет 22 %, пласты высокопроницаемы со средним значением проницаемости 0,5 мкм2, низкотемпературные (28 0С) и достаточно сильно расчлененные средний коэффициент расчлененности составляет 2,081. Прирост дебита скважины от ГКО изменяется в пределах от 0 до 5,16 т/сут, среднее значение составляет 0,699 т/сут, что позволяет говорить о недостаточной эффективности применяемых составов и низкой эффективности технологий воздействия.

Оценка снижения дебита по жидкости после проведения обработки 30 % числа скважин свидетельствует о возможных отложениях, несовместимости и закупорки ПЗС продуктами реакции кислотных составов и породообразующих минералов. Данное обстоятельство указывает на необходимость проведения лабораторных исследований для подбора кислотной композиции под геолого-физические условия каждой из скважин.

Группирование результатов обработок на периоды с октября по март и с апреля по сентябрь показало большую эффективность проведения технологий в "холодный" период, средний прирост на 15% выше аналогичного показателя и составляет 2,58 т/сут. Данное обстоятельство, учитывая, что обрабатываются низкотемпературные пласты, позволяет говорить о значительном влиянии на показатель эффективности температуры закачиваемых в пласт растворов.

Для определения корреляционной зависимости между параметром эффективности и рассматриваемыми факторами использован метод непараметрической корреляции с определением коэффициентов Спирмена (r) и Кендела (t). Для условий терригенных коллекторов месторождений республики Татарстан показано, что значимыми факторами, влияющими на прирост по нефти после проведения ГТМ, являются: нефтенасыщенность пласта, дебит скважины по нефти и по жидкости до обработки, глубина продуктивного горизонта, время выдержки кислотного состава, начальное давление закачки. Невысокие значения коэффициентов при ранжировании говорят о том, что существуют такие участки изменения информативных признаков, где тенденция корреляционной зависимости информативных признаков нарушается, либо не имеет явно выраженного характера. Поэтому ни один из рассмотренных факторов не может претендовать на роль универсального критерия информативности при подборе скважины при проведении ГТМ.

При выборе скважин для проведения ГТМ необходимо сделать предварительную оценку эффективности воздействия на количественном уровне. Взаимосвязь между выходным параметром и независимыми переменными может быть описана линейным уравнением множественной регрессии:

Y = b0+b1X1+ b2X2+…+ biXi , (1)

где Y – показатель эффективности, Xi– факторы, характеризующие параметры объекта воздействия и технологии,bi- оценкикоэффициентов уравнения множественной линейной регрессии.

По рассматриваемым выше факторам построены модели: базовая модель (по всему рассматриваемому объему информации), модель с учетом значимых факторов, выделенных непараметрической корреляцией и модели, построенные после группировки результатов на периоды с октября по март и с апреля по сентябрь. Высокие коэффициенты корреляции говорят об адекватности полученных моделей. Полученные модели позволяют решать задачи по выбору объекта и планированию на нем технологической эффективности. На основании проведенных исследований разработан комплексный подход к проведению ГТМ, включающий диагностику объекта воздействия, оценку причин ухудшения фильтрационных характеристик ПЗС, анализ применяемых методов стимуляции скважин, планирование и контроль над проведением технологии, реализованный в официально зарегистрированной программе для ЭВМ №2007611697 «Совершенствование физико-химических методов интенсификации добычи нефти (на примере малодебитных скважин месторождений РТ)», и позволяющий повысить эффективность принимаемых технологических решений.

В третьей главе изложена методика и результаты экспериментальных исследований. Определялись физические параметры кислотных композиций: плотность, вязкость, поверхностное натяжение, коррозионная активность, совместимость компонентов кислотного состава, совместимость кислотных композиций с нефтью и пластовой водой. Были исследованы образцы породообразующих минералов методом рентгеновской дифрактометрии на приборе ДРОН – 3.0. Исследования растворения образцов породы в статических условиях проводились на приборе Кларка. Исследования в динамических условиях на керне терригенного разреза осуществлялись с использованием стандартного оборудования УИПК с использованием методики согласно ОСТ 39-195-86. Образцы керна до и после кислотной обработки исследовались на сканирующем электронном микроскопе JEOL JSM-6390. Микроскопические исследования по определению параметров образованной твердой мелкодисперсной фазы проводились с использованием микроскопа «Термопан».

Для предотвращения возможного выпадения неорганических солей из отработанных кислотных растворов был исследован и подобран состав на основе полифосфатов натрия – "плав солей" (пиро-гекса-метофосфат). Результаты исследований, представленные на рисунке 1, аппроксимируются прямыми линиями, выходящими из начала координат.

Рис.1 График изменения массы осадка при упаривании

пробы воды с концентрацией ингибиторов 20 г/м3

1 – пластовая вода; 2 – гексаметафосфат натрия (ГМФН); 3 – смесь неактивных кислот (СНК); 4 – натритриметилфосфоновой кислоты (НТФ); 5 –оксиэтилдифасфоновая кислота (ОЭДФ); 6. – плав солей

Коэффициенты уравнения прямой и достоверность аппроксимации для рассматриваемых реагентов составляют: воды – 0,438, R2 = 0,989; ГМФН - 0,33, R2 = 0,951; СНК - 0,32, R2 = 0,981; НТФ - 0,314, R2 = 0,981; ОЭДФ - 0,295, R2 = 0,95; "плав солей" - 0,255, R2 = 0,971. Проведенные исследования показали высокую эффективность реагента "плав солей", которая составляет более 30%, при добавке реагента количестве 20 г/м3 .

В качестве исследуемых кислотных композиций были выбраны базовые составы, на основе соляной, фтористоводородной и уксусной кислот, модифицированные поверхностно-активным веществом Неонол Аф 9-12 и реагентом "плав солей".

Результаты изучения физических свойств, разрабатываемых кислотных растворов показали, что все исследуемые компоненты композиций хорошо совместимы, физические свойства композиций меняются слабо как по составу входящих в композицию реагентов, так и при увеличении температуры, при эмульгировании происходит полное расслоение смешиваемых составов и нефти. На рисунках 2, 3 представлены скорость растворения карбонатной составляющей терригенного разреза и нейтрализация кислотных составов.

Рис.2 Скорость растворения карбонатной составляющей терригенного

разреза в нормальных условиях

1 - 12%НСl; 2 - 12%НСl + 2%HF+ 3%CH3COOH; 3 - 12%НСl + 2%HF + 0,5% АФ9-12+ Плав солей; 4 - 12%НСl + 2%HF+ 3%CH3COOH + 0,5% АФ9-12+ Плав солей

По результатам проведенных исследований в статических условиях можно сделать следующие выводы:

- применение кислотных композиций без добавок замедлителей нецелесообразно, так как базовые составы (1,2) имеют высокие скорости растворения и нейтрализуются в течение 30 минут;

- составы с добавлением замедлителей реакции нейтрализуются медленнее и по истечению 60 минут их остаточная кислотность составляет более 40% от начальной;

- добавка реагентов "плав солей" и ПАВ приводят к снижению скорости растворения образцов;

- исследования кислотных составов на коррозионную активность показали высокую эффективность разработанных составов.

Рис.3 Нейтрализация кислотных составов во времени по отношению

к первоначальной концентрации в нормальных условиях

1 - 12%НСl; 2 - 12%НСl + 2%HF+ 3%CH3COOH; 3 - 12%НСl + 2%HF + 0,5% АФ9-12+ Плав солей; 4 - 12%НСl + 2%HF+ 3%CH3COOH + 0,5% АФ9-12+ Плав солей

Исследования кислотной обработки в динамических условиях проводилось на образцах керна Южно-Золоторевского месторождения. Результаты исследований микроструктуры поверхности кернового материала представлены на рисунках 4, 5.

Рис.4 Поверхность кернового материала до кислотной обработки

Рис.5 Поверхность кернового материала после кислотной обработки

В представленных образцах пределы изменения пористости составляют 2 - 25%. Преобладают капиллярные поры размером 2-9 мкм. Изменение пористости в сторону ее увеличения после обработки кислотными растворами составляет 40-90 % от начальной, что сильно отражается на степени фильтрации. Проведенные фильтрационные исследования показывают эффективность разработанных составов, среднее значение коэффициента проницаемости увеличилось с 0,86 мкм2 до 1,648 мкм2. Об этом же свидетельствуют результаты энергодисперсионного рентгеноспектрального микроанализа, представленные на рисунках 6, 7, показывающие удаление глинистой и карбонатной составляющей в образцах породы после кислотной обработки. В типичных спектрах рентгеновского излучения образцов керна после обработки отсутствуют элементы Аl, Mg, К, Fe. На разработанные составы получен патент на изобретение №2307149.

Рис. 6 Типичный спектр рентгеновского излучения керна до кислотной обработки

Рис. 7 Типичный спектр рентгеновского излучения керна после кислотной обработки

С целью увеличения эффективности применяемых составов в неоднородных, обводненных коллекторах была разработана технология селективного воздействия на нефтенасыщенную часть пласта, основанная на взаимодействии реагента РДН-У с солями жесткости пластовых вод или раствором CaCl2. При этом взаимодействии происходит образование твердой фазы по следующим уравнениям:

,

соли монокарбоновых твердая фаза - кальциевые соли

кислот монокарбоновых кислот

соли дикарбоновых (n=2) или твердая фаза - кальциевые соли

поликарбоновых кислот ди- или поликарбоновых кислот

R - остаток адипиновой кислоты - НООС(СН2)4.

Технология селективной кислотной обработки сводится к последовательному проведению работ по ограничению приемистости обводненных интервалов пласта, а затем увеличению продуктивности нефтенасыщенных толщин. Снижение приемистости обводненых интервалов обеспечивается образованием мелкодисперсной твердой фазы в результате взаимодействия растворов реагента РДН-У и хлористого кальция (см. рис. 8).

Рис. 8 Изменение массы образовавшегося осадка при

взаимодействии раствора CaCl2.и реагента РДН-У.

1- 1% масс. раствор РДН-У, 2- 5% масс. раствор РДН-У, 3- 10% масс. раствор РДН-У,

Исследование эффекта снижения проницаемости в результате образования твердой мелкодисперсной фазы проводилось на искусственных насыпных моделях с различными по проницаемости трубками тока. Проведенные исследования свидетельствуют о высокой эффективности данной технологии.

Одним из направлений по увеличению эффективности применяемых методов кислотного воздействия на ПЗС является совмещение физических и химических методов. Разработано скважинное гидромониторное устройство для воздействия на призабойную зону продуктивного пласта, работающее от потока, проходящего через него кислотного раствора и генерирующее колебание потока жидкости и периодические импульсы давления. Для реализации различных механизмов закручивания и турболизации потоков, а также его пульсации используются две схемы вихревых камер (рис. 9). Первая схема использует механизм турболизации потоков за счет тангенциально расположенных входящих в вихревую камеру (поз.2), выполненную в виде полого цилиндра, каналов, что позволяет увеличивать завихрения линий тока жидкости. Вторая схема реализует резонатор, устройство вихревого канала которого (поз. 5), выполнено в виде двух цилиндрических изолированных полостей с острыми краями, входящих отверстий и соосно-расположенных выходящих отверстий (насадок) большего диаметра с поступлением жидкости по каналу, расположенному под углом к осевому отверстию. Жидкость поступает в ассиметричную полость через входное отверстие и покидает ее через выходное отверстие с острыми кромками. В полости развивается турбулентный пограничный слой вследствие того, что входное отверстие меньше диаметра рабочей полости вихревой камеры, что ведет к сильным сдвиговым смещениям на границе раздела между двумя потоками, в результате чего образуются вихревые кольца. Соударение упорядоченных асимметричных возмущений с кромкой выходного отверстия насадки генерирует периодические импульсы давления.

Рис. 9 Общий вид скважинного гидроакустического генератора

1 – присоединительная резьба, 2, 4 – вихревые камеры, 3,6 – насадки, 7-заглушка.

Совмещение физического и химического методов стимуляции скважин обеспечивает комплексный эффект направленный на увеличение глубины проникновения кислотного состава в пласт.

Расчеты основных конструкционных элементов, выполненных в программе «ANSIS», позволили установить наиболее напряженные участки деталей скважинного устройства: для камеры с тангенциальным вводом наиболее напряженными участками являются тангенциальные каналы, однако развиваемые напряжения не приводят к разрушению при использовании сталей низкой прочности, например СТ 3, для насадок – критической является острая кромка, для данного элемента необходимо использовать легированные стали, примером может послужить марка 40Х. По разработанному устройству получен патент на полезную модель №63714.

В четвертой главе представлены результаты промысловых испытаний разработанной технологии и составов.

Технология комплексной гидромониторной стимуляции скважин опробована на терригенном коллекторе добывающих скважин ОАО «Самараинвестнефть» по следующей схеме:

- установка гидромониторного устройства в заданный интервал перфорированной мощности;

- протравливание внутрискважинного оборудования (для предотвращения попадания ионов железа в кислотный раствор);

- закачка солянокислотного раствора (для удаления карбонатной составляющей терригенного пласта);

- закачка состава - осадкообразователя (для селективной обработки нефтенасыщенных участков пласта);

- закачка растворителя в качестве буферной жидкости (для предотвращения осадкообразования при контакте глинокислотного состава с пластовыми водами и продуктами реакции солянокислотного раствора);

- закачка основного глинокислотного состава (для растворения глинистых минералов и полевых шпатов);

- закачка низко концентрированной соляной кислоты (для поддержания кислотности отработанных растворов и предотвращения осадкообразования).

Результаты показателей работы скважины и дополнительная добыча нефти представлены в таблице

Таблица

Показатели эксплуатации скважин до и после проведения обработки

№ скв.

Месторождение

Показатели

до ГТМ

Показатели после ГТМ

Продолжительность эффекта, мес.

Дополнительная добыча, тонн

дебит, т/сут.

обв.%

дебит, т/сут.

обв.%

270

Южно-Золоторевское

9,71

5,8

13,5

5

3 и более

390

263

Южно-Золоторевское

20,19

13,9

24,6

14

5 и более

730

295

Южно-Золоторевское

3,7

9,6

5,2

12

1 и более

30

Результаты опытно-промышленных исследований разработанных составов и технологий говорят о высокой эффективности разработок, которая достигается за счет глубокого проникновения кислотного состава в ПЗС, предупреждения выпадения осадков из растворов, а также селективности воздействия на нефтенасыщенный коллектор.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

Основные научные и практические результаты диссертационной работы заключаются в следующем.

1. Разработана технология комплексной гидромониторной стимуляции скважин, включающая селективную обработку продуктивного коллектора кислотными составами достигающаяся путем осаждения твердой мелкодисперсной фазы, образующейся при взаимодействии реагента РДН-У с раствором CaCl2 в водонасыщенном интервале и установкой разработанного устройства в заданный интервал продуктивного пласта направленного на совмещение кислотной обработки с гидромониторным эффектом.

Исследованы важнейшие технологические свойства осадкообразующих композиций на основе реагентов РДН-У и хлористого кальция для проектирования технологии стимуляции скважин.

2. Разработаны и исследованы новые кислотные составы, направленные на снижение возможности вторичного выпадения осадков при проведении кислотных обработок (Патент РФ №2307149).

3. Установлено, что значимыми факторами, влияющими на эффективность проведения ГКО в терригенных коллекторах месторождений республики Татарстан, являются: дебит скважины по нефти и жидкости до обработки, нефтенасыщенность, глубина продуктивного горизонта, время выдержки кислотного состава, начальное давление закачки. Для данных объектов получены уравнения линейной регрессии прироста дебита скважины по нефти, учитывающие геолого-физические параметры пласта, технико-технологические параметры работы скважины и проведения обработки. Рекомендовано на стадии высокой обводненности продукции скважин применение селективных обработок с использованием составов избирательно блокирующих водонасыщенные интервалы (Свидетельство об официальной регистрации программы ЭВМ №2007611697).

4. Разработано гидромониторное устройство для работы в скважине, позволяющее совмещать химическое и физико-механическое воздействие, основанное на возбуждении волновых пульсаций, создаваемых потоком жидкости (Патент РФ№63714).

5. Вариант разработанной технологии стимуляции скважин адаптирован к условиям скважин 270, 263, 295 Южно-Золоторевского месторождения ОАО «Самараинвестнефть». На 31.12.2011 года дополнительно добыто 1150 тонн нефти, эффект по всем скважинам продолжается.

Наиболее значимые работы по теме диссертации:

1. Воробьев С.В. Исследование составов и разработка технологий для предупреждения образования неорганических осадков // Известия Самарского научного центра российской академии наук: Спец. выпуск «Проблемы нефти и газа» 2004. – Самарский научный центр Российской академии наук. Президиум СНЦ РАН, 2004. – с. 193 – 196.

2. Воробьев С.В. Исследование и разработка кислотных составов для увеличения эффективности обработок скважин в карбонатных коллекторах // Известия Самарского научного центра российской академии наук: Спец. выпуск «Проблемы нефти и газа» 2005. – Самарский научный центр Российской академии наук. Президиум СНЦ РАН, 2005. – с. 111 – 120.

3. Живаева В.В., Воробьев С.В., Ивонтьев К.Н., Кабо В.Я., Комзалов А.Г.Кислотный поверхностно-активный состав для обработки призабойной зоны пласта //Патент на изобретение №2307149 от 27.09.2007.

4. Воробьев С.В.Совершенствование физико-химических методов интенсификации добычи нефти (на примере малодебитных скважин месторождений РТ) // Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ №2007611697 от 23. 04.2007.

5. Воробьев С.В., Живаева В.В., Крайнов И.С. Патент на полезную модель №63714 от 10.06.2007. // Скважинный гидроакустический генератор.

  1. В. Ж. Аренс Богатство России

    Документ
    В подобранных материалах книги изложены результаты исследований новых аспектов горного дела, предлагаются возможные решения по строительству высшего горного образования и гражданского общества, способного выживать в этом сложном мире.
  2. К основной образовательной программе высшего профессионального образования

    Документ
    Основная образовательная программа бакалавриата, реализуемая вузом по направлению подготовки 280700.62 Техносферная безопасность и профилю подготовки Безопасность технологических процессов и производств
  3. Перечень основных публикаций за 2008 год

    Документ
    Абдеева (Идрисова) Л.Ш. Жилищная проблема молодых семей Социология и общество: проблемы и пути взаимодействия: Материалы третьего всероссийского социологического конгресса.
  4. Курс офтальмологии короев о. А. Курс лекций по глазным (2)

    Лекция
    Раздел медицины, изучающий этиологию, патогенез и клиническое течение нарушений зрения и болезней глаза называют офтальмологией (от греч. ophthalmos – глаз и logos – наука).

Другие похожие документы..