Харин, Александр Юрьевич. Комплексный подход к выбору технологических жидкостей при глушении скважин

Краткое описание

Харин, Александр Юрьевич. Комплексный подход к выбору технологических жидкостей при глушении скважин : диссертация ... кандидата технических наук : 05.15.06.- Уфа, 1998.- 188 с.: ил. РГБ ОД, 61 99-5/489-7

УФИМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЯНОЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
На правах рукописи
ХАРИН АЛЕКСАНДР ЮРЬЕВИЧ
КОМПЛЕКСНЫЙ ПОДХОД к ВЫБОРУ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ЖИДКОСТЕЙ ПРИ ГЛУШЕНИИ СКВАЖИН
Специальность 05.15.06 - Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых
месторождений
Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук
Уфа 1998

СОДЕРЖАНИЕ

А.

С.
РЕФЕРАТ 4
ВВЕДЕНИЕ 6
1 СУЩНОСТЬ ПРОБЛЕМЫ СОХРАНЕНИЯ КОЛЛЕКТОРСКИХ
СВОЙСТВ ПРИЗАБОЙНОЙ ЗОНЫ ПЛАСТА ПРИ ГЛУШЕНИИ 14
СКВАЖИН
1.1 Влияние жидкостей глушения скважин на коллекторские свойст¬ва продуктивных пластов 14
1.2 Жидкости глушения скважин, используемые в отечественной и зарубежной практике 25
1.3 Постановка задач исследований 42
2 ВЛИЯНИЕ ОПЕРАЦИЙ ГЛУШЕНИЯ СКВАЖИН НА КОЛЛЕК¬
ТОРСКИЕ СВОЙСТВА ПЛАСТА 44
2.1. Оценка влияния операций глушений скважин на их гидродина¬
мическое совершенство 44
2.2 Особенности освоения скважин после глушения водными рас-творами 48
2.3 Статистический анализ влияния операций глушения скважин на показатели их эксплуатации 61
3 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ КОЛЛЕКТОРСКИХ
СВОЙСТВ ОБРАЗЦОВ ПОЛИМИКТОВЫХ ПЕСЧАНИКОВ ПРИ МОДЕ¬
ЛИРОВАНИИ ПРОЦЕССОВ ЭКСПЛУАТАЦИИ СКВАЖИН 67
3.1. Основные требования, предъявляемые к аппаратуре для иссле¬
дования процессов фильтрации нефти в образцах естественных пористых
сред 67
3.1.1 Установка для изучения особенностей фильтрации нефтей и различных жидкостей в полимиктовых песчаниках 68
3.1.2 Подготовка установки к исследованиям 72

3
3.1.3 Моделирование процессов фильтрации в водочувствительных
полимиктовых коллекторах 75
3.2 Экспериментальные исследования процессов фильтрации в гли-носодержащих коллекторах 79
3.3 Исследование набухания глинистого материала при контакте с различными жидкостями 91
3.4 Моделирование процессов эксплуатации скважин 99
3.5 Изучение влияния различных составов для глушения скважин на проницаемость образцов естественных горных пород 124
3.6 Пути сохранения коллекторских свойств призабойной зоны пла¬ста при эксплуатации скважин 135
3.7 Экспериментальные исследования фильтрации пластовых флюи¬дов в образцах терригенных пород при моделировании процессов глуше¬ния скважин новыми составами ЖГС 141
4 ОПЫТПО-ПРОМЫСЛОВЫЕ ИСПЫТАНИЯ НОВЫХ СОСТАВОВ ЖИДКОСТЕЙ ГЛУШЕНИЯ И ТЕХНОЛОГИИ ИХ 154 ПРИМЕНЕНИЯ
4.1 Технологии глушения и выбор рабочих параметров ЖГС с ис-пользованием составов УБИ-1 154
4.2 Результаты внедрения технологии глушения скважин с примене-нием состава УНИ-1 162
ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ 168
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 170
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 172
ПРИЛОЖЕНИЯ 182

4
РЕФЕРАТ
Диссертационная работа на тему "Комплексный подход к выбору техно¬логических жидкостей при глушении скважин" состоит из введения, четырех разделов и заключения, изложена на 185 страницах машинописного текста и содер-жит 42 рисунка, 27 таблиц, список литературы из 89 наименований.
В первом разделе рассмотрена сущность проблемы сохранения коллек-торских свойств в зависимости от условий вскрытия нефтянык пластов и при¬меняемых составов технологических жидкостей в процессе эксплуатации сква¬жин. Приведен литературный обзор жидкостей глушения, используемых в оте¬чественной и зарубежной нефтепромысловой практике. Проводится классифи¬кация жидкостей глушения по типу, рассматриваются различные составы, их преимущества и недостатки, технологии их применения в тесной связи с про¬блемой сохранения коллекторских свойств призабойной зоны нефтяного пла¬ста.
На основании проведенного обзора определено основное направление и сформулированы задачи исследований.
Во втором разделе приведены результаты анализа промысловых данных о влиянии операций глушения скважин водными растворами минеральных со¬лей на коллекторские свойства пласта и произведена статистическая оценка влияния операций глушения скважин на их работу.
Установлено, что причиной трудностей освоения скважин после ремонт¬ных работ является попадание значительных объемов фильтрата водных рас¬творов минеральных солей, используемых для глушения скважин, в результате завышения их рабочих параметров - объема и плотности.
В третьем разделе приведены результаты экспериментальных исследова¬ний динамики фильтрационных характеристик естественных образцов терри-генных пород при моделировании процессов глушения и освоения скважин. Получена физическая модель процесса многократного замещения нефти вод-

3
ными составами при моделировании операций глушения-освоения скважин. Установленные закономерности динамики фильтрационных показателей по-зволили уточнить механизм снижения коэффициентов продуктивности добыва¬ющих скважин в процессе их эксплуатации.
С целью сохранения коллекторских свойств продуктивных пластов пред¬лагается новый подход к выбору типа и состава жидкости глушения, В качестве искомой жидкости предлагается состав УНИ-1 с хорошей растворимостью как в воде, так и нефти, представляющий собой продукт отхода производства гли¬церина.
Испытания состава УНИ-1 на естественных образцах пористых сред с моделированием пластовых условий показывают, что использование углеводо¬родных жидкостей, основой которых являются многоатомные спирты, позво¬лит сохранить коллекторские свойства пласта.
В четвертом разделе приводятся результаты опытно-промысловых испы¬таний предлагаемого состава жидкости глушения УНИ-1 и технологий его применения. Практическое внедрение таких технологий проведено на объек¬тах разработки НГДУ "Чекмагушнефть". Основными результатами испытаний состава УНИ-1 в качестве жидкости глушения явились: сокращение сроков ос¬воения скважин и вывода их на плановый режим эксплуатаци после ремонтных работ; увеличение межремонтного периода работы скважин; сохранение и при¬рост коэффициентов продуктивности скважин.
В заключении сформулированы основные результаты выполненных тео¬ретических, лабораторных и. промысловых исследований, позволяющие реко¬мендовать предлагаемый состав УНИ-1 для внедрения на скважинах АО Тат¬нефть, нефтяных компаний ЛУКОЙЛ и ЮКОС.

6
ПЕРЕЧЕНЬ СОКРАЩЕНИЙ, УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИИ, СИМВОЛОВ, ТЕРМИНОВ

6)ГКЖ-10
7) ГЭЦ
8)ЖГС
9)КД
10)КМГЭЦ
11)КМЦ
12)КСС
13)КССБ
14) Ь
15)МПВ
16)МЦ
17)НГДУ
18)НЖР
19)НКТ
20) НСВ
21)НЧК
22) Ннак.
23)ПАА
24) ПАВ
25) ПЗП
26) ПО

1) АПК - акционерная нефтяная компания
2) АНПД - аномально-низкие пластовые давления
3) АО - акционерная компания
4) ДЖМ - дифференциальный жидкостный манометр
5) диет, вода - дистиллированная вода
реагент олигоалкилсиликонат натрия
гидроэтилцеллюлоза
жидкость глушения скважин
кернодержатель
карбоксиметилгидроксиэтилцеллюлоза
- карбоксиметилцеллюлоза
коэффициент гидродинамического совершенства скважины
- конденсированная сульфатспиртовая барда
- отход забоя от вертикали
- модель пластовой воды
- метилцеллюлоза
- нефтегазодобывающее управление
- насос жидкостный разделительный
- насосно-компрессорные трубы

- насос скважинный вставной
- нейтрализованный черный контакт
- длина ствола скважины
- полиакриламид
- поверхностно-активное вещество
- призабойная зона пласта
- производственное объединение

7

27) ПОЭ
28)ПХІД
29)ПРС
30)PVT
1 Л ~XJ ~> X j jJx і
~J-^ J V-'XViJ.
33) СЖК
34) СМАД
35) СНС
36) РНГМ
рождений
37) УГНТУ
ситет
38) УИПК
39) УЭДН
40) УЭЦН
41) фактич.
42) ФЕХ
43) І1НИПР
44) ЭС-2
45) ЭЦИ

- полиоксиэтилен
- поддержание пластового давления
- подземный ремонт скважин
- давление, объем, температура
- показатель щелочности
- скважина
- синтетические жирные кислоты
- смесь гудронов растительных и животных масел
- статическое напряжение сдвига
- кафедра разработки и эксплуатации нефтегазовых место-
-Уфимский государственный нефтяной техический универ-
- установка по исследованию проницаемости кренов
- установка электроцентробежного насоса
- фактический
- фильтрационно-емкостные характеристики
- цех научно-исследовательских производственных работ
- эмхльгатор-стабилизатор
- электроцентробежный насос

8
ВВЕДЕНИЕ
В настоящее время наблюдается значительное снижение объемов добычи нефти по многим нефтегазодобывающим регионам. Особенно это заметно по районам со сложными геолого-физическими условиями эксплуатации скважин. Причинами данного снижения являются нехватка оборудование, несовершен¬ство технологий, сложность контроля за происходящими процессами. Но од¬ной из основных причин является ухудшение коллекторских характеристик прискважинных зон дренирования жидкостей и увеличение обводненности продукции скважин. Анализ промысловых данных по различным нефтяным залежам Башкортостана, Татарстана и Тюменской области выявил тенденцию снижения коэффициентов продуктивности скважин в процессе их эксплуата¬ции. На изменение коэффициента продуктивности влияет множество факторов технического и технологического характера. Одной из главных причин сниже¬ния коэ(Ь(Ьициентов продуктивности является снижение гидропроводности пла¬ста в результате нарушения естественной нефтегазонасыщенности. Изменение естественной нефтегазонасьщенности пластовой системы может происходить из-за протзыва закачиваемых в пласт вод системы поддержания пластового дав¬ления или из-за попадания сЬильтрата водосодержаптих технологических жид-костей в процессе вскрытия пласта или проведения ремонтных работ в сква-ткине
Определение основных закономерностей процессов, происходящих в призабойной зоне пласта (ПЗП) в процессах вскрытия пластов и освоения скважин, а также в процессе их эксплуатации, является важной и актуальной проблемой, решение которой име-ет большое значение для топливно-энергетического комплекса.
Данной проблеме посвящено множество работ таких ученых, как Г.Т.Овнатанов, В.А.Амиян, Н.П.Васильева, В.А.Сидоровский, Ю.А.Балакиров, И.В.Кривоносов, А.Д.Амиров, Г.А.Орлов, С.А.Рябоконь и др.

9
Однако в работах этих авторов не рассмотрена динамика процессов, про¬исходящих в ПЗП при эксплуатации скважин и, в частности, при многократ¬ных операциях глушения скважин во время ремонтных работ.
Поэтому изучение механизма взаимодействия различных технологичес¬ких жидкостей с породами продуктивных пластов и насыщающими их флюи¬дами и, па основе этого выбор типа жидкостей глушения скважин (ЖГС), составов и технологий их применения, обеспечивающих максимальное сохра¬нение коллекторских характеристик пород пласта, приобретает особую важ¬ность.
Целью работы является исследование взаимодействия различных техно¬логических жидкостей с продуктивными пластами и насыщающими их жид¬костями и обоснование подхода к выбору типа, составов ЖГС и технологий их применения.
В соответствии с поставленной целью основные задачи цсследований формулируются следующим образом:
1) выявление причин снижения коэффициентов продуктивности, труд-ностей освоения и вывода на плановый режим эксплуатации скважин;
2) исследование влияния различных технологических жидкостей на фильтрационно-емкостные характеристики (ФЕХ) пород продуктивных плас¬тов различных нефтяных месторождений с моделированием пластовых усло¬вий;
3) обоснование нового подхода к выбору типа, составов и технологий примения жидкостей глушения скважин;
4) разработка рецептур новых составов ЖГС.
Автор диссертации более 10 лет занимался исследованиями, связанными с проблемой выбора составов жидкостей для глушения скважин, использование которых позволило бы сохранять ФЕХ ПЗП при проведении ремонтных работ в скважине. За это время им и при его непосредственном участии были созданы

10
новые и модифицированы уже существующие оригинальные установки по ис¬следованию процессов фильтрации и вытеснения нефтей и различных техно¬логических жидкостей через естественные и искусственные модели пористых сред. Разработаны методики проведения экспериментальных работ с соблю¬дением критериев подобия, с моделированием пластовых термодинамических условий. Большая часть работ проводилась в рамках комплексной научно-тех¬нической программы Минвуза РСФСР «Нефть и газ Западной Сибири», утвержденной приказом Минвуза РСФСР от 21.12.77 за №558 (1980-1985г. Приказ от 15.10.81 №559, 1986-1990г. Приказ от 10.10.86 №641) для место¬рождений Когалымского нефтяного региона, где выявленные проблемы про¬являли себя наиболее остро в связи со сложным строением продуктивных пла¬стов. В дальнейшем работы были продолжены в рамках межвузовской научно-технической программы «Комплексное решение проблемы разработки, тран¬спорта и глубины переработки нефти и газа» (Приказ Госкомвуза РФ от 20.03.96 №468, Указание Госкомвуза РФ от 20.03.96 №59-14). При непо¬средственном участии автора были выполнены научно-исследовательские хоз¬договорные работы по договорам с АО "Когалымнефтегаз", АПК "Башнефть" и АО "Татнефть".
Автор выносит на зашиту следующие положения:
1) одной из причин снижения коэффициентов продуктивности скважин с высоким содержанием в составе пород водочувствительных минералов явля¬ется использование в качестве ЖГС водных составов минеральных солей;
2) механизм снижения коэффициента продуктивности скважины при ис-пользовании водных ЖГС заключается в скачкообразном изменении насыщен¬ности призабойной зоны пласта по нефти и воде;
3) новый подход к выбору составов ЖГС основан на использовании в ка¬честве ЖГС жидкостей с хорошей растворимостью как в воде, так и нефти (на¬пример, полупродуктов производства многоатомных спиртов), что позволяет

11
сохранить ФЕХ призабойной зоны нефтяного пласта.
Автор диссертации выражает большую признательность научным руко¬водителям: доктору геол.-минерал. наук, профессору Токареву М.А. и канд. техн. наук, доценту Зейгману Ю.В. в выборе направления и помощи в решении задач диссертационной работы, а также всем сотрудникам кафедры РНГМ Уфимского Государственного нефтяного технического университета.
Методы решения проблемы:
Поставленные задачи решались путем лабораторных и промысловых ис¬следований, а также статистической обработкой полученных данных с приме¬нением ЭВМ.
При решении задач использовались данные по основным параметрам ра¬боты скважин, результаты исследования скважин. Для их анализу взяты стан¬дартные методики. Моделирование процессов взаимовытеснения было прове¬дено с созданием условий эксплуатации скважин. Результаты цромысловых испытаний подтверждены справкой о внедрении данной технологии в НГДУ "Чекмагушнефть".
Научная новизна работы заключается в следующем:
1) установлены причины снижения ФЕХ призабойной зоны нефтяного пласта и уточнен механизм изменения коэффициентов продуктивности в про-цессе эксплуатации скважин;
2) экспериментально на естественных образцах горных пород иссле-дованы процессы взаимодействия различных технологических жидкостей с пластовыми системами. Получена динамика фильтрационных характеристик пород при моделировании многократных глушений и освоений скважин;
3) осуществлен новый подход к выбору типа и составов жцдкостей глу-шения скважин, обеспечивающий достижение целей и задач глушения продук¬тивных пластов с одновременным сохранением коллекторских характеристик пласта;

12
4) предложен и опробирован новый состав ЖГС (состав УНИ-1), по-зволяющий сохранить коллекторские характеристики пород ПЗП в процессе глушения скважин перед вторичным вскрытием пласта и ремонтными рабо-тами.
Практическая ценность и реализация работы:
Разработана и внедрена в НГДУ «Чекмагушнефть» технология глушения скважин с применением состава УНИ-1. В результате внедрения сократился срок освоения скважин, увеличился межремонтный период их работы и дебиты по нефти.
Апробация работы:
Основные положения диссертации обсуждались на технических сове-тах АПК «Башнефть», АО «Когалымнефтегаз», АО "Татнефть", на заседаниях кафедры РНГМ УГНТУ, конференциях по данной специальности.
По результатам работы опубликовано 18 печатных трудов.
При предварительном обсуждении работы ряд замечаний и рекомен-даций были сделаны на заседании кафедры разработки и эксплуатации нефте¬газовых месторождений доцентами Кабировым М.М., Гафаровым Ш.А., Рогачевым М.К., Салимгареевым Т.Ф., Шамаевым Г.А. При написании данной работы большинство из них были учтены. Всем перечисленным сотрудникам автор вьгоажает свою искреннюю благодарность.
Автор выражает большую признательность промысловым работникам НГДУ "Чекмагушнефть", оказавшим помощь в проведении исследований и промысловых испытаний технологий, рассматриваемых в работе.

13 Автор выражает большую признательность промысловым работникам НГДУ "Чекмагушнефть", оказавшим помощь в проведении исследований и промысловых испытаний технологий, рассматриваемых в работе.

Список литературы

ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Рассмотренная в первом разделе сущность проблемы сохранения коллекторских свойств в зависимости от условий вскрытия нефтяных пластов и применяемых составов технологических жидкостей в процессе эксплуатации скважин подтвердила актуальность рассматриваемой задачи. Была выявлена тенденция снижения коэффициентов продуктивности скважин в процессе их эксплуатации, причиной которой явилось изменение естественной нефтенасыщенности при попадании в пласт фильтрата ЖГС.
Проведенный литературный обзор ЖГС, используемых в отечественной и зарубежной нефтепромысловой практике, их преиму-щества и недостатки, технологии их применения в тесной связи с проблемой сохранения коллекторских свойств ПЗП показал, что рациональный выбор жидкости глушения скважины должен осуществляться с учётом геолого-физических и технических условий работы скважин. Это позволит предотвратить поглощение ЖГС продуктивным пластом, нефтегазопроявления, снижение продуктивности скважин в послеремонтный период, коррозионные разрушения подземного оборудования и др.
Подтверждена гипотеза о значительном снижении добывных воз¬
можностей скважин за счет скачкообразного изменения
нефтегазонасыщенности при проникновении в ПЗП фильтрата водных ЖГС.
Приведенные во втором разделе диссертации результаты промысловых исследований влияния операций глушения скважин водными растворами минеральных солей на коллекторские свойства пласта позволили установить зависимость продожительности освоения скважин после ремонтных работ от степени завышения рабочих параметров ЖГС.
Статистическая обработка промысловой иформации по
трудноосваиваемым скважинам показала, что наиболее информативными параметрами, влияющими на время освоения скважин, являются рабочие параметры ЖГС - объем и плотность. В большинстве случаев значения этих

171
параметров превышали требуемые на 15-20%. Для облегчения выбора
рабочих параметров ЖГС с учетом фактических условий эксплуатации была разработана и внедрена простая и удобная инструция. Тем не менее, выбор объема и плотности на промыслах осуществляется приблизительно, что обусловлено невозможностью точного определения пластового давления в окрестностях скважины и ограничено возможностями приготовления растворов минеральных солей необходимой плотности и в требуемом объеме. В связи с этим, решение проблемы возможно при использовании в качестве ЖГС составов, которые бы не проникали в пласт, либо их проникновение не ухудшало бы фильтрационные свойства пород. Поиску таких составов посвящены следующие разделы диссертации.
Для уточнения механизма изменения коэффициента продуктивности скважин в третьем разделе приведены результаты экспериментальных исследований изменения фильтрационных характеристик естественных образцов терригенных пород при моделировании многократных операций глушения и освоения скважин. Исследования проводились на естественных образцах полимиктовых песчаников, где картина ухудшения ФЕХ при моделировании многократных глушений-освоений проявляла себя наиболее ярко. Получены закономерности изменения фильтрационных показателей с увеличением количества операций глушения-освоения.Установлено, что по мере увеличения количества операций глушения модели пласта, темп ухудшения фильтрационных характеристик модели замедляется, и на момент 3-5 глушения наблюдается стабилизация фильтрационных параметров. Показано, что каждое новое глушение модели пласта сопровождается снижением вытесняющей способности ЖГС и увеличением градиентов давления, необходимых для извлечения ЖГС из модели при освоении. Расчёты относительных фазовых проницаемостей показали, что по мере увеличения количества циклов глушения модели пласта имеет место резкое увеличение проницаемости по ЖГС при одновременном снижении проницаемости по нефти. Увеличение количества глушений приводит к снижению конечного

172
значения водонасыщенности модели, при которой фильтрация
нефти прекращается. Изменение этих параметров является необратимым, так как восстановление их не наблюдается даже при длительной фильтрации нефти через модель пласта.
Проверка эффективности водных ЖГС с добавлением различных реагентов (КССБ, КМЦ, ГКЖ-10, ЭС-2) для повышения вязкости показали невозможность их использования из-за ухудшения фильтрационных свойств пластовой системы.
С целью сохранения коллекторских свойств был осуществлен новый обоснованный подход к выбору типа и составов ЖГС. Установлено, что в качестве ЖГС необходимо использовать жидкости класса спиртов, обладающие хорошей растворимостью и в воде, и в нефти. Предлагаемый состав УНИ-1, представляющий собой продукт отхода производства глицерина, обладает достаточной плотностью, представляет собой экологически чистый продукт и обладает дополнительными функциональными свойствами.
Испытания состава УНИ-1 на естественных образцах пористых сред с моделированием пластовых условий показали, что использование углеводо-родных жидкостей на основе многоатомных спиртов, начиная от момента вскрытия пласта и даллее в процессе эксплуатации скважин, позволит сохранить коллекторские свойства пласта на первоначальном уровне.
Представленные в четвертом разделе результаты опытно-промысловых испытаний предлагаемого состава УНИ-1 и технологий его применения в НГДУ «Чекмагушнефть» подтвердили эффективность его использования в качестве ЖГС для сохранения коллекторских свойств пласта.
Выполненная работа позволяет рекомендовать предлагаемый состав УНИ-1 для внедрения на скважинах АО Татнефть, нефтяных компаний ЛУКОЙЛ и ЮКОС.