На правах рукописи
Совершенствование технологий ремонтно-изоляционных
работ по отключению обводненных интервалов пласта
Специальность 25.00.17 – Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Уфа – 2010
Работа выполнена в -УфаНИПИнефть»
Научный руководитель: | кандидат технических наук
|
Официальные оппоненты: | доктор технических наук
|
кандидат технических наук
| |
Ведущая организация: | Государственное автономное научное учреждение Институт нефтегазовых технологий и новых материалов Академии наук Республики Башкортостан |
Защита диссертации состоится « 11 » июня 2010 г. в 14-30 часов в конференц-зале на заседании диссертационного совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 520.020.01 при Открытом акционерном обществе «Научно-производственная фирма «Геофизика»» ( «Геофизика»») 2.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке
«Геофизика».
Автореферат разослан « 30 » апреля 2010 года.
Ученый секретарь
диссертационного совета,
доктор химических наук
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы
В настоящее время многие нефтяные месторождения России находятся на поздней стадии разработки. Этот период характеризуется снижением объемов добычи нефти и ростом обводненности продукции скважин, а также ухудшением структуры запасов. Наиболее распространенными причинами избыточного водопритока в добывающих скважинах являются прорыв воды в скважину через системы трещин и отдельные высокопроницаемые интервалы пласта, образование конуса обводнения, заколонные перетоки и наличие дефектов в обсадной колонне. По причине высокой обводненности увеличивается скорость коррозии насосного оборудования и стенок обсадной колонны, интенсифицируется отложение солей, приводящее к выходу из строя ЭЦН, а также наблюдается повышенная нагрузка на систему сбора и подготовки нефти в связи с необходимостью перекачивания и деэмульсации больших объемов жидкости.
Таким образом, актуальной задачей является поиск эффективных и рентабельных технологий, направленных на снижение объемов попутно-добываемой воды и вовлечение в разработку интервалов, не вырабатываемых при текущих условиях эксплуатации скважин. Данная цель может быть достигнута путем изоляции водопритока, как правило – проведением ремонтно-изоляционных работ (РИР) с использованием тампонирующих материалов. Так, в случае наличия дефектов конструкции скважин (заколонной циркуляции воды или негерметичности эксплуатационной колонны) обычно применяют отверждающиеся материалы (цементы, смолы), при изоляции прорывов воды по отдельным пластам или их интервалам – различные гелеобразующие составы или их комбинации с отверждающимися.
Отключение отдельных обводненных интервалов пласта (согласно классификатору РИР – КР-1-2) является одним из наиболее сложных видов РИР. Это обусловлено тем, что вода поступает из перфорированного интервала продуктивного пласта, являющегося еще и источником добычи нефти.
Наибольшая эффективность РИР по отключению отдельных интервалов пласта достигается в случае значительной расчлененности (при наличии уплотненных прослоев) и высокого контраста проницаемостей между интервалами продуктивного пласта, продукция которых полностью обводнилась, и пропластками, являющимися в настоящее время источником добычи нефти. При этом проведение РИР может быть осложнено наличием межпластовых перетоков и дефектов конструкции скважины. Поэтому важную роль играет исследование характера обводнения скважин и выявление источника прорыва нагнетаемой или контурной воды, позволяющее избежать потерь дебита нефти по причине полной или частичной изоляции продуктивного пласта.
К основным материалам, применяемым для рассматриваемого вида водоизоляционных работ, относятся полимерные гелеобразующие составы на основе частично гидролизованного полиакриламида со сшивателем (в т. ч. полимер-дисперсные), на базе жидкого стекла и алюмосиликатов, кремнийорганические составы, обратные эмульсии, а также осадкообразующие и дисперсные составы различной природы. Докрепление интервала изоляции в случае необходимости, может производиться как традиционными цементными растворами, так и полимер-цементными растворами, а также смолами.
Большой научный и практический интерес представляют исследования по поиску технологии, эффективной при высоких поглощениях тампонажного раствора (например, при наличии естественной трещиноватости или каверн в заколонном пространстве) и значительных перепадах давления в призабойной зоне пласта. Применение гелеобразующих составов с высокими структурно-механическими свойствами позволяет, во-первых, создать дополнительный барьер против прорыва воды и увеличить допустимую депрессию на цементное кольцо, в результате чего снижается вероятность проявления нарушений при последующей эксплуатации скважин, а, во-вторых, снизить поглощение докрепляющих растворов.
Цель диссертационной работы – совершенствование технологии ремонтно-изоляционных работ по отключению обводненных интервалов пласта путем создания новых тампонажных материалов с повышенными структурно-механическими свойствами и уточнения методических подходов к выбору скважин и технологий РИР.
Основные задачи исследования
1. Построение математической модели процесса изоляции водопритоков из обводненных интервалов пласта с использованием гелеобразующих составов, смол и цементов.
2. Уточнение методических подходов к выбору скважин-кандидатов для ремонтно-изоляционных работ.
3. Разработка алгоритмов для выбора оптимальной технологии РИР в зависимости от геолого-технических условий эксплуатации скважин.
4. Обоснование и разработка новых технологий получения тампонажных дисперсно-гелевых составов из растительного и минерального сырья с использованием методов механической активации.
5. Определение оптимальных условий получения и диапазона свойств дисперсно-гелевых составов.
Методы исследования
Поставленные задачи решались на основании анализа современных представлений о технологиях РИР, проведения лабораторных исследований тампонажных гелеобразующих растворов, численного моделирования процессов закачивания реагентов в обводненные интервалы пласта.
Научная новизна
1. Разработана математическая модель для расчета технологических параметров процесса изоляции обводненных интервалов пласта в зависимости от характера и состава притока жидкости до и после прорыва воды, схем закачивания (во все интервалы или направленно), видов и комбинаций тампонажных растворов.
2. Разработан методический подход по выбору скважин-кандидатов для РИР, основанный на использовании функции ожидания «продуктивность-обводненность», и алгоритмы выбора технологии отключения обводненных интервалов пласта в зависимости от гидродинамических условий в изолируемом интервале и параметров эксплуатации скважин после РИР.
3. Разработаны способы приготовления тампонажных составов на основе минерального и растительного сырья, обработанного с использованием методов механохимии, и предназначенные для применения в трещиноватых пластах и при высоких поглощениях технологических жидкостей (патенты РФ № 2 2364613 и 2364703).
Основные защищаемые научные положения
1. Математическая модель отключения обводненных интервалов пласта с использованием гелеобразующих составов, смол и цементов.
2. Методический подход к выбору скважин-кандидатов и алгоритм подбора оптимальной технологии РИР по отключению обводненных интервалов пласта.
3. Технологии получения тампонажных составов для ремонтно-изоляционных работ с использованием методов механохимии.
Практическая ценность и реализация в промышленности
Разработаны и запатентованы способы приготовления гелево-дисперсных тампонажных составов на основе мехактивированных материалов. Технология применения указанных составов используется в руководящем документе -Пурнефтегаз» «Инструкция по построению технологии РИР по ликвидации прорывов газа», утвержденном 28.12.2009 г. генеральным директором -Пурнефтегаз».
Разработана математическая модель и алгоритм выбора технологий РИР, использующиеся в методических указаниях «Роснефть» «Построение дизайна ремонтно-изоляционных работ» .03 М-0031.
Разработанные методические подходы использованы при составлении комплексной программы РИР по отключению обводненных интервалов пласта на 2010 г. для -Пурнефтегаз», а также в процессе проведения ремонтно-изоляционных работ.
Апробация работы
Материалы диссертации докладывались на шести всероссийских конференциях: XVI Менделеевской конференции молодых ученых, Уфа, 25-28 апреля 2006 г.; VI Международной конференции «Химия нефти и газа», Томск, 6-9 сентября 2006; II Международной научно-практической конференции «Современные технологии капитального ремонта скважин и повышения нефтеотдачи пластов. Перспективы развития», Геленджик, 21-26 мая 2007 г.; III Всероссийской научно-практической конференции «Нефтепромысловая химия», Москва, 28 июня 2007 г.; конференции «Наноявления при разработке месторождений углеводородного сырья: от наноминералогии и нанохимии к нанотехнологиям», Москва, 18-19 ноября 2008 г.; IV Всероссийской конференции молодых ученых «Материаловедение, технологии и экология в 3-м тысячелетии, Томск, 19-21 октября 2009 г.
Публикации
Содержание диссертационной работы опубликовано в 18 печатных трудах, в т. ч. 4 статьи опубликованы в рецензируемых изданиях, входящих в перечень ВАК, получено 3 патента на изобретения.
Вклад автора в работы, выполненные в соавторстве и включенные в диссертацию, состоит в проведении лабораторных исследований по разработке способов приготовления тампонажных составов и обобщении их результатов, участие в разработке положений, лежащих в основе математической модели, ее параметрическом тестировании и проведении расчетов по скважинам, анализе результатов, участии в составлении методик и алгоритмов по выбору скважин-кандидатов и технологий для РИР.
Структура и объем работы
Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов и списка использованных источников из 149 наименований. Работа изложена на 162 страницах и содержит 38 рисунков и 12 таблиц.
Автор выражает благодарность сотрудникам -УфаНИПИнефть»: к. х.н. , к. ф.-м. н. , к. ф.-м. н. , к. т.н. за методическую помощь и поддержку при выполнении работ.
Также автор выражает благодарность сотрудникам Института химии твердого тела и механохимии СО РАН к. х.н., доц. и д. х.н., проф. за помощь при проведении лабораторных исследований и обсуждении результатов.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении обоснована актуальность, цель работы, сформулированы задачи исследований, научная новизна и защищаемые положения, приведена практическая ценность.
В первой главе представлен анализ известных технологий ремонтно-изоляционных работ по отключению обводненных интервалов пласта с использованием гелеобразующих составов. Изучению проблем водоизоляции посвящены работы многих ученых как в России, так и за рубежом. Среди них , , ., , , , Daneshy A., Eoff L., Lakatos I., Lane R. H., Seright R. S. и др. При изучении их работ были рассмотрены основные преимущества и недостатки существующих технологий, показаны их области применения и предлагаемые подходы к их расширению. На основании изучения свойств гелеобразующих составов на основе полимеров сшитого полиакриламида (ПАА), неорганических и кремнийорганических гелантов, а также дисперсных реагентов показано, что наиболее эффективным способом совершенствования свойств гелей является сочетание в их составе органических (полимерных) и неорганических компонентов.
Также в главе проведен обзор методов исследования, применяемых для наиболее точной характеристики гелеобразующих составов. Основным методом является определение времени сшивания/отверждения, а также тестирование реологических свойств (вязкости и условий выноса геля) и фильтрационных характеристик. Показано, что для характеристики гелевых составов наиболее важными свойствами являются их реологические и фильтрационные характеристики, взаимосвязанные с промысловыми данными через эмпирические зависимости. Рассмотрены критерии выбора тампонажных составов с оптимальными свойствами для конкретных условий в системе скважина-пласт. В качестве оптимальной модели, позволяющей описывать поведение гелевых составов, выбрано уравнение Гершеля-Балкли (
, где t – напряжение сдвига, t0 – предельное статическое напряжение сдвига, K – коэффициент консистентности состава, 
– скорость сдвига, n – индекс течения).
Представлен анализ существующих подходов к математическому моделированию процессов водоизоляционных работ. Показаны применяемые алгоритмы и области ремонтно-изоляционных работ, в которых они используются. Несмотря на высокую проработанность отдельных направлений моделирования, следует отметить ряд недостатков существующих моделей, в частности, отсутствие учета ряда важных технологических параметров, в некоторых моделях не принимается во внимание характер работы скважины до проведения водоизоляционных работ; в более сложных пластовых симуляторах не оцениваются процессы, происходящие непосредственно в призабойной зоне и в стволе скважины (в связи с относительно большим размером ячейки моделирования).
Представленный анализ позволил определить перспективное направление по улучшению характеристик гелевых составов для водоизоляционных работ, заключающееся в комбинировании полимерных и неорганических составов. Составлен каталог базовых методов исследования гелеобразующих составов и изучена их взаимосвязь с технологическими параметрами эксплуатации скважин. В ходе анализа существующих математических моделей водоизоляционных работ показано, что актуальным направлением повышения успешности РИР является создание модели, сочетающей в себе простоту расчетов, учет приемистости объекта изоляции и других технологических параметров, а также возможность использования комбинаций тампонажных составов.
Во второй главе рассмотрено применение новых технологий в области механохимии для получения гелево-дисперсных составов на базе жидкого стекла, получаемого из песка или отходов производства и органических материалов.
Механическая активация проводится в вибрационно-центробежных мельницах с высоким ускорением подвижных элементов, обеспечивающим не только измельчение материала с увеличением поверхности реакции, но и разрушение кристаллической решетки оксида кремния в наноразмерном слое у поверхности частиц, в результате чего и повышается скорость его растворения в щелочи. После растворения при нагревании при атмосферном давлении образуется раствор силиката натрия с взвешенными нерастворенными микродисперсными частицами. В качестве органических материалов может использоваться торф или отходы пищевой промышленности. Они обеспечивают стабилизацию частиц в структуре геля и являются дополнительным структурирующим фактором.
Гель образуется при добавлении к полученному составу кислоты (соляной, сульфаминовой) или другого вещества с pH < 7. Образующиеся гели имеют высокие значения предельного напряжения сдвига, что свидетельствует о формировании прочной трехмерной структуры. Также механическая активация позволяет обеспечить высокую степень извлечения оксида кремния из растительного кремнеземсодержащего сырья (например, шелухи риса), позволяя его использовать для получения гелево-дисперсных составов.
На рисунке 1 представлены сравнительные данные исследования гелей на основе жидкого стекла и гелево-дисперсных составов на базе мехактивированных песка и торфа, а также шелухи риса c близкими концентрациями силиката натрия (около 4% мас.). При малых скоростях сдвига значения эффективной вязкости для всех составов близки. Однако для гелей жидкого стекла характерно быстрое разрушение структуры при сдвиге и резкое падение вязкости, причем оно является необратимым, так как гель теряет однородность. Для дисперсных же составов характерно восстановление своей структуры.
Показано, что при совместном использовании органического и неорганического компонентов наблюдается синергетический эффект: введение в систему силиката натрия в области pH его гелеобразования приводит к значительному увеличению ее вязкости, при этом смешанный дисперсный гель, в отличие от неорганического, обладает свойством тиксотропии и восстанавливается (по данным повторных реологических измерений снижение предельных сдвиговых напряжений не превышает 10%).
Математическое описание реологических свойств систем на основе торфа затруднено, так как структура геля неоднородна (торф является полидисперсным материалом). Поэтому основным параметром для сравнения служило предельное статическое напряжение сдвига (предел текучести, t0), определяемое на основании экспериментальных данных при их аппроксимации уравнением Гершеля-Балкли. Этот параметр показывает, при каких приложенных внешних напряжениях (например, перепаде давления) система начинает вести себя не как твердое тело, а как жидкость. С технологической точки зрения этот параметр определяет, при каком градиенте давления в пористой среде может происходить вынос геля в процессе эксплуатации скважины.
Рисунок 1. Сравнение характеристик гелей на основе жидкого стекла,
мехактивированных торфа и песка и мехактивированной шелухи риса.
Также в главе показано, что в соответствии с предложенным механизмом образования геля, в случае смешанных гелево-дисперсных составов, решающую роль играют частицы с адсорбционно-активной гидратированной поверхностью. Для частиц торфа подобное состояние характерно в щелочной среде за счет взаимодействия гуминовых кислот (ГК) с NaOH. При ионной реакции нейтрализации происходит увеличение числа анионов в объеме частицы торфа и частичный переход в раствор ГК. При этом происходит образование структуры геля за счет поверхностных взаимодействий между частицами и стабилизирующими их поверхность молекулами ГК. Для мехактивированного песка характерно наличие на поверхности частиц кремний-гидроксидных групп, образующихся при взаимодействии аморфизованных участков поверхности песка с водой (содержащейся в воздухе). Их наличие обеспечивает возможность включения частиц песка в структуру геля и ее упрочнение.
Таким образом, при введении в систему любых частиц с активной в щелочной среде поверхностью они также могут участвовать в образовании геля и служить «заместителями» структурообразующих частиц. Естественно, что они будут различаться по своей активности. Так, добавление некоторого количества обычного кварцевого песка или древесной муки несколько повышает прочность образующегося геля. Добавление же гидрофобных частиц (мелкодисперсного полиэтилена) понижает его прочность, несмотря даже на повышение объемной доли твердой фазы в суспензии.
Таким образом, в главе описаны разработанные гелево-дисперсные тампонажные составы на основе минерального и растительного сырья, обработанного с использованием методов механохимии. Предложен механизм образования объемно-структурированных дисперсных гелей на основе органо-неорганических материалов. При этом показано, что разработанные гелево-дисперсные составы обладают высокой структурно-механической прочностью по сравнению с составами-аналогами и могут быть использованы в осложненных условиях (при высоких поглощениях тампонажных растворов).
В третьей главе описан процесс создания математической модели ремонтно-изоляционных работ по отключению обводненных интервалов пласта. В качестве основных блоков математической модели выделены четыре составляющие, из которых первые три являются важнейшими.
1. Технологический блок – обобщающий параметры техники и технологии проведения РИР, которые могут меняться в определенных пределах при планировании процесса.
2. Геологический блок – обобщающий информацию о фильтрационно-емкостных свойствах пласта и его призабойной зоны, слоистой неоднородности, термобарической обстановке, гидродинамических характеристиках объекта изоляции.
3. Химический блок – обобщающий информацию о химических превращениях тампонажных составов, влиянии различных параметров на реологические и тиксотропные свойства составов, фильтрационных и др. свойствах.
4. Экономический блок – определяющий подходы к технологиям РИР с точки зрения окупаемости и экономической эффективности мероприятий, планируемой технологической эффективности.
При отключении обводненных интервалов пласта технологическая задача ставится следующим образом: в максимальной степени изолировать обводнившиеся интервалы пласта, не потеряв продуктивности нефтенасыщенных интервалов. Для этих целей могут использоваться тампонажные растворы с регулируемыми свойствами. Для многих составов фактор остаточного сопротивления по воде и нефти принимает различные значения. При этом в большей степени такой контраст характерен для проникновения в трещиноватые интервалы пластов (зоны высоких поглощений). Таким образом, закачивание гелеобразующих составов обеспечивает селективность воздействия на пласт.
Кроме того, в зависимости от установившейся депрессии, возможен вынос сформировавшегося гелевого экрана из нефтяных пропластков, что способствует восстановлению их продуктивности. В этом случае идеальным является такое распределение экранов по пропласткам, при котором гель устойчив в водонасыщенных интервалах и со временем выносится из нефтенасыщенных. Отключение обводненных интервалов пласта также можно производить отверждающимися составами – смолами или цементами или путем докрепления гелеобразующих составов (комбинированные технологии). При этом радиус водоизоляционных экранов в нефтенасыщенных участках пласта не должен превышать глубины отверстий последующей перфорации. Сочетания и способы закачивания тампонажных растворов, исследованные в данной работе, представлены на рисунке 2.
Задача разработки модели РИР по селективной изоляции и отключению обводненных интервалов пласта в рамках настоящей работы сводится, таким образом, к следующему:
· моделированию закачивания различных тампонажных растворов в полностью вскрытый пласт (включая учет изменения давления на забое, оценку объема раствора, который может быть закачан, размер водоизоляционных экранов в различных пропластках);
· моделированию распределения давлений на экраны в каждом пропластке и оценке их устойчивости;
· моделированию дебитов флюидов после РИР и оценке эффективности РИР.
Рисунок 2. Технологические схемы параметров закачивания различных
тампонажных составов
Для описания процесса РИР используется квазистационарная модель закачивания однофазной несжимаемой жидкости, основанная на схеме последовательной смены стационарных состояний. В случае слоистой неоднородности пластов, они группируются в два пласта со средневзвешенными параметрами. Предполагается, что имеет место поршневое вытеснение, и скорость распространения фронтов тампонажного состава в пластах определяется согласно закону Дарси.
В процессе закачивания учитывается зависимость вязкости тампонажного состава (h) от времени, где а – начальная вязкость геланта, Па∙с; b – темп набора вязкости, с-1.
Анализ прочности водоизолирующих экранов производится на основании сравнения перепадов давления на экранах с предельными давлениями сдвига или разрушения, характерными для данного изоляционного материала. Например, градиент давления G, приходящийся на экран гелевого состава в обводненной части пласта без докрепления, определяется по формуле (2)
, (2)
где P2p(1) – давление на границе гелевого экрана, Pwp – забойное давление, r2p(1) – радиус гелевого экрана, Rw – радиус скважины. При этом критический градиент давления Gcr, при превышении которого происходит вынос геля, определяется исходя из предельного статического напряжения сдвига.
В процессе расчетов учитывается характер работы скважины до начала резкого обводнения ее продукции, или, при отсутствии информации, режим работы соседних добывающих скважин. На конечном этапе расчетов производится определение дебитов воды и нефти из соответствующих интервалов пласта с учетом устойчивости тампонажных составов.
Для проверки адекватности представленной модели были выполнены расчеты параметров технологий РИР, проведенных на 10 скважинах месторождений Западной Сибири и Поволжья с использованием гелеобразующих и отверждающихся составов. При этом в 7 случаях из 10 отклонение по дебиту нефти после обработки не превышало 40%. Среднее отклонение дебита нефти по всей выборке в положительную сторону составило 31,3% (по 6 скважинам), в отрицательную сторону – 35,2% (по 4 скважинам). Результат показывает, что даже при высокой неопределенности исходных данных (в частности, проницаемости пластов) можно достичь хорошей сходимости расчетных и промысловых результатов за счет использования поправочных коэффициентов. В качестве примера расчетов представлен ретро-анализ работ по изоляции пласта составом на основе полиакриламида со сшивателем, выполненных на скважине 1578 Барсуковского месторождения (РИР проведены вне рамок настоящей работы). Анализ неуспешного ремонта (не был достигнут ожидаемый прирост дебита нефти и соответственно окупаемость работ) показал, что для обеспечения эффективности работ требуется комплексное регулирование оптимальных свойств состава и режима эксплуатации скважин. В данном случае оптимальным вариантом являлось использование гелеобразующих составов в сочетании с докреплением цементом.
Таким образом, разработана математическая модель водоизоляционных работ по отключению отдельных интервалов пласта, включающая учет параметров работы скважины до и после обводнения, свойств тампонажных материалов и важного технологического параметра – теста на поглотительную способность пласта. Кроме того, модель позволяет проводить расчеты для различных комбинаций гелеобразующих и отверждающихся составов. Разработанная модель позволяет производить расчет параметров работы скважины после проведения РИР, а также сравнивать изолирующий эффект различных тампонажных материалов.
В четвертой главе описаны методические подходы к построению технологий РИР по отключению обводненных интервалов пласта. При этом отмечено, что оптимальным вариантом является последовательное продвижение от списка проблемных скважин, эксплуатация которых осложнена высокой обводненностью продукции, по некоторому месторождению или пласту, к списку кандидатов, ранжированных по потенциальным запасам и обводненности. Алгоритм последовательности действий при выборе скважин, для которых будет характерен максимальный эффект от обработки, представлен на рисунке 3.
На первом этапе производится ранжирование скважин по величине функции ожидания «Продуктивность-обводненность» для группы скважин.
, (3)
где hc, Кс – соответственно значения текущей нефтенасыщенной толщины пласта в разрезе скважины и его средней проницаемости; hmax, Кmax – соответственно максимальные по залежи (месторождению) значения начальной толщины и средней проницаемости продуктивного пласта; Вс - значение текущей обводненности продукции скважины; Вi – средняя обводненность продукции скважины в первый месяц эксплуатации, связанная с присутствием в коллекторе рыхлосвязанной воды.
Скважины с повышенными значениями функции ожидания «Продуктивность-обводненность» ранжируются по величине доли невырабатываемых начальных извлекаемых запасов (НИЗ), приходящихся на каждую из них. На скважинах с повышенными значениями функции ожидания «Продуктивность-обводненность» и доли невырабатываемых НИЗ проводятся дополнительные исследования по определению источников обводнения.
Для выбранных скважин рекомендуется проведение математических расчетов с целью построения оптимальной технологии РИР. В работе представлен пример построения технологии ремонтно-изоляционных работ для 5 скважин-кандидатов Барсуковского месторождения -Пурнефтегаз», исходя из первоначально составленного списка.
Рисунок 3. Алгоритм выбора скважин для проведения мероприятий
по ограничению водопритоков в скважинах
Показано, что на 2 скважинах с высокой потенциальной приемистостью по жидкости максимальный эффект достигается использованием дисперсных гелеобразующих составов, характеристики которых описаны в главе 2, на 1 – с использованием составов на основе ПАА, и на двух – с применением жидкого стекла. Средний ожидаемый прирост дебита нефти составляет 6,3 т/сут на одну скважину, при этом ожидается снижение обводненности продукции скважин с 98,3 до 87,2%. Указанные скважины включены в программу проведения РИР в 2010 г.
Для унификации подходов к выбору технологий и тампонажных материалов предложено использовать схемы, основанные на граничных значениях технологических и эксплуатационных параметров. Алгоритм выбора технологий с учетом свойств каждого состава представлен на рисунке 4. При этом важным условием является расчет параметров изоляционного материала, при котором для данной скважины достигается надежная изоляция, с использованием математической модели.
Рисунок 4. Алгоритм выбора технологий РИР по отключению обводненных интервалов пласта.
Главным определяющим параметром для выбора технологий РИР, основанных на использовании химреагентов с различными свойствами, является величина удельной приемистости пласта-объекта изоляции. При этом следует разграничить области применения отверждающихся в полном объеме тампонажных составов и гелеобразующих составов, подвижных при определенном (высоком) градиенте давления. Другим важным параметром является диапазон изменения депрессии на пласт после проведения РИР. Кроме того, важную роль играет минерализация пластовой воды, в контакте с которой находится тампонажный материал. При этом к высокоминерализованым относятся пластовые воды месторождений Урало-Поволжского региона, минерализация которой достигает 300 г/л. К низкоминерализованным относятся пластовые воды месторождений Западной Сибири, содержание солей в которых составляет 15-20 г/л.
В качестве тампонажных растворов предлагается использовать химические составы, оптимальные для различных геолого-технических условий эксплуатации скважин. Так, гелеобразующие составы на основе жидкого стекла и алюмосиликатов (ГОС) и кремнийорганические составы (КОС) рекомендуется использовать при низких приемистостях, причем последние – при больших значениях депрессии. При удельной приемистости более 20 м3/(сут∙МПа) рекомендуется использовать полимерные гелеобразующие вязкоупругие составы (ВУС), полимер-дисперсные составы (ПДС), а также том числе гелево-дисперсные, в том числе описанные в главе 2. При этом технологию и объемы закачивания рекомендуется планировать с учетом их физико-химических свойств на основании проведенного комплекса тестирования, а также путем проведения расчетов с использованием математической модели.
Далее, исходя из параметров объекта изоляции, условий эксплуатации скважины и выбранных тампонажных материалов, производится непосредственно выбор технологии закачивания, как показано на рис. 4.
Методические подходы по планированию технологий РИР были использованы при проведении работ на месторождениях -Пурнефтегаз». Дополнительная добыча нефти на 4 скважинах (1855, 3031, 3109 Барсуковского и 161 Комсомольского месторождения) составила 5450 т. Разработанные методические подходы и алгоритмы выбора технологий РИР, а также математическая модель используются в методических указаниях «Роснефть» «Построение дизайна ремонтно-изоляционных работ» .03 М-0031.
Таким образом, представлена последовательность операций по выбору скважин-кандидатов для проведения РИР на основании выработанности пласта и опережающей обводненности продукции скважины. Предложен комплекс мероприятий для выбранных скважин, включающий диагностирование источников обводнения и проведение математических расчетов процесса водоизоляции на примере месторождений -Пурнефтегаз». Разработан алгоритм выбора технологий и тампонажных материалов, применяемых при ремонтно-изоляционных работах по отключению отдельных пластов.
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ
1. Разработана и апробирована математическая модель водоизоляционных работ по отключению обводненных интервалов пласта, с учетом параметров работы скважины до проведения РИР и свойств тампонажных материалов, позволяющая производить прогнозный расчет параметров работы скважины после проведения РИР, а также сравнивать изолирующий эффект различных тампонажных составов.
2. Предложен методический подход по выбору скважин-кандидатов для проведения РИР на основании функции ожидания «продуктивность-обводненность» с учетом степени выработки пласта, потенциала скважины по продуктивности и обводненности продукции скважины.
3. Разработан алгоритм выбора оптимальной технологии РИР по отключению обводненных интервалов пласта в зависимости от геолого-технических условий эксплуатации скважин (удельной приемистости, депрессии на пласт, минерализации пластовой воды).
4. Разработаны способы приготовления гелево-дисперсных тампонажных составов на основе минерального и растительного сырья (песок, торф, шелуха риса), обработанного с использованием методов механохимии, обладающих высокой структурно-механической прочностью по сравнению с составами-аналогами.
5. На основании полученных результатов диссертационного исследования разработаны нормативные документы на уровне предприятия и нефтяной компании, используемые при проведении РИР по отключению обводненных интервалов пласта.
Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:
В изданиях, рекомендованных ВАК:
1. Стрижнев, мирового опыта применения тампонажных материалов при ремонтно-изоляционных работах / , , [и др.] // Нефтепромысловое дело. – 2008. – № 4. - С. 28-34.
2. Тяпов, повышения эффективности ремонтно-изоляционных работ / , , [и др.] // Бурение и нефть. – № 9. – 2008. ‑ С. 44-47.
3. Политов, наноматериалов в создании тампонажных систем с новыми реологическими свойствами / , , // Управление качеством в нефтегазовом комплексе. – № 4. – 2008. – С. 13-14.
4. Федоров, ремонтно-изоляционных работ / , , [и др.] // Нефтяное хозяйство. – № 7. – 2009. – С. 108-111.
5. Патент РФ № 000. Способ приготовления гелеобразующего состава для ограничения водопритока и регулирования проницаемости пласта / , , [и др.] // Опубл. 10.12.2008 г.
6. Патент РФ № 000. Способ приготовления гелеобразующего состава для ограничения водопритока и регулирования проницаемости пласта / , , [и др.] // Опубл. 20.08.2009 г.
7. Патент РФ № 000. Способ приготовления гелеобразующего состава для ограничения водопритока и регулирования проницаемости пласта / , , [и др.] // Опубл. 20.08.2009 г.
В других изданиях:
8. Корнилов, экологически чистых реагентов для увеличения нефтеотдачи пласта на основе растительного и минерального сырья / // Тез. докл. XVI Менделеевской конф. молодых ученых. Уфа, 25-28 апреля 2006 г. – Уфа, 2006 – С. 119-120.
9. Политов, метод получения гелеобразующих композиций на основе низинного и верхового торфов / , , [и др.] // Тез. докл. VI Междунар. конф. «Химия нефти и газа». Томск, 6-9 сентября 2006 г. – Томск, 2006. ‑ С. 266-267.
10. Корнилов, мирового опыта применения тампонажных материалов при ремонтно-изоляционных работах / , , [и др.] // Тез. докл. II Междунар. науч.-практ. конф. «Современные технологии капитального ремонта скважин и повышения нефтеотдачи пластов. Перспективы развития». Геленджик, 21-26 мая 2007 г. – Краснодар, 2007. ‑ С. 47-55.
11. Корнилов, применения тампонажных материалов при ремонтно-изоляционных работах за рубежом в гг. / , , [и др.] // «Геофизика» Сборник статей аспирантов и молодых специалистов. –Уфа : «Новый стиль», 2007. – Вып. 4. ‑ С. 176-196.
12. Политов, технологии получения тампонажных материалов для водоизоляционных работ / , , [и др.] // Тез. докл. III Всероссийской науч.-практ. конф. «Нефтепромысловая химия». Москва, 28 июня 2007 г. – М., 2007. – С. 92-93.
13. Ломакина, математической модели селективной изоляции водопритока / , , [и др.] // «Геофизика». Сборник статей аспирантов и молодых специалистов. – Уфа : «Новый стиль». – 2008. – Вып. 5.– C. 205-217.
14. Политов, наноразмерных систем в создании тампонажных материалов с новыми реологическими свойствами / , , [и др.] // Тез. конф. «Наноявления при разработке месторождений углеводородного сырья: от наноминералогии и нанохимии к нанотехнологиям». Москва, 18-19 ноября 2008 г. – М. : Нефть и газ, 2008. ‑ С. 331-333.
15. Латыпов, методики выбора скважин для проведения работ по изоляции источников обводнения в добывающих скважинах / , , [и др.] // Нефть. Газ. Новации. – № 5-6. – 2009. – С. 91-95.
16. Ломакина, математического моделирования водоизоляционных работ / , , // «Геофизика». Сборник статей аспирантов и молодых специалистов. – Уфа : «НПФ «Геофизика». – 2009. – Вып. 6. – С. 71-79.
17. Ильясов, процесса ликвидации заколонной циркуляции жидкости / , , [и др.] // «Геофизика». Сборник статей аспирантов и молодых специалистов. – Уфа: «НПФ «Геофизика», 2009. ‑ Вып. 6. – С. 80-90.
18. Ломакина, моделирование технологических процессов как способ оптимизации подбора реагентов для нефтяной промышленности / , // Материаловедение, технологии и экология в 3-м тысячелетии: Материалы IV Всероссийской конференции молодых ученых. Томск, 19-21 октября 2009 г. – Томск: Изд-во Института оптики атмосферы СО РАН, 2009. – С. 533-537.
Совершенствование технологий ремонтно-изоляционных работ по отключению обводненных интервалов пласта
Автореферат
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Лицензия на издательскую деятельность
ЛР № 000 от 05.01.99 г.
Подписано в печать 29.04.2010 г.
Формат 60х84/16. Усл. печ. л. 1,38. Уч.-изд. л. 1,47.
Тираж 100 экз. Заказ 328.
Редакционно-издательский центр
Башкирского государственного университета
РБ, 2.
Отпечатано на множительном участке
Башкирского государственного университета
РБ, 2.
