Нигматуллин, Эмиль Наилевич Совершенствование технологии блокирования обводненных зон пласта гелеобразующими составами

Короткий опис

ОАО «Азимут» и Татарский научно-исследовательский и проектный институт нефти (ТатНИПИнефть) ПАО «Татнефть» им. В.Д. Шашина

На правах рукописи

Нигматуллин Эмиль Наилевич
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ БЛОКИРОВАНИЯ ОБВОДНЕННЫХ ЗОН ПЛАСТА ГЕЛЕОБРАЗУЮЩИМИ СОСТАВАМИ
Специальность 25.00.17
«Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений»
Диссертация
на соискание ученой степени кандидата технических наук
Научный руководитель: доктор технических наук Ленченкова Любовь Евгеньевна
Бугульма-2016
СОДЕРЖАНИЕ
Введение.............................................................................................................. 5
1 Опыт применения осадкогелеобразующих композиций для ограниче­ния водопритоков и регулирования коэффициента приемистости на
различных нефтепромысловых объектах страны....................................... 11
Выводы к первой главе................................................................................. 28
2 Геолого-физическая характеристика и динамика показателей разра­
ботки продуктивных пластов Восточно-Лениногорской площади Ро- машкинского месторождения.......................................................................................... 29
2.1 Физико-химические свойства пластовых жидкостей и газа................. 33
2.2 Анализ фонда скважин.......................................................................... 37
2.3 Краткая характеристика осуществляемой системы разработки Во-
сточно-Лениногорской площади Ромашкинского месторождения ..... 38
Выводы ко второй главе............................................................................... 41
3 Реализация технологии ограничения водопритоков на основе компо­
зиции силиката кальция в скважинах на Восточно-Лениногорской площади Ромашкинского месторождения.............................................................. 42
3.1 Техника и технология приготовления и закачки гелеобразующей
композиции............................................................................................. 43
3.2 Выбор объекта воздействия для закачки гелеобразующего состава.. 46
3.3 Обоснование основных параметров закачки технологических жид­костей гелеобразующей композиции...................................................... 48
3.4 Обоснование технологической эффективности применения геле­
образующей композиции на основе силиката кальция и соляной кислоты 51
Выводы к третьей главе................................................................................ 80
4 Экспериментальное исследование по подбору технологии на основе
гелеобразующего состава для водоизоляционных работ в условиях Восточно-Лениногорской площади Ромашкинского месторождения.................... 81
4.1 Регулирование процессов гелеобразования в технологиях при воз­действии различных кислот.......................................................................... 84
4.2 Анализ термохимических исследований в растворах поликремние­вых кислот 89
4.3 Подбор ингибиторов процесса гелеобразования из полисиликата
натрия..................................................................................................... 93
Выводы к четвертой главе.......................................................................... 101
5 Анализ экспериментальных исследований по оценке физико-химичес­ких и фильтрационных свойств гелеобразующих составов........................... 102
5.1 Установление времени перемешивания и времени загеливания........ 102
5.2 Исследование влияния концентраций компонентов композиции
на время гелеобразования и на прочность образуемых гелей........... 106
5.3 Влияние температуры и минерализации на процесс гелеобразова­ния 113
5.4 Результаты исследования реологических свойств гелеобразующих
составов.................................................................................................. 117
5.5 Результаты изучения изменения пластической прочности геля со­става № 1 во времени........................................................................................ 122
5.6 Результаты фильтрационных экспериментов с водоизоляционны­ми составами 124
Выводы к пятой главе................................................................................. 137
6 Анализ результатов применения композиции на основе силиката каль­
ция на Восточно-Лениногорской площади Ромашкинского месторож­дения с использованием процессов моделирования.......................................... 139
6.1 Расчет объемов гелеобразующей композиции, состоящей из сили­ката кальция и соляной кислоты, на основе применения гидроди­намического моделирования...................................................................................... 150
Выводы к шестой главе ............................................................................. 164
Выводы............................................................................................................ 165
Список литературы

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность проблемы. Длительная разработка основных месторож­дений Урало-Поволжья привела к значительной истощенности их запасов нефти. Начальные суммарно извлекаемые ресурсы нефти в регионе оценивают­ся более чем в 17 млрд. тонн. В настоящее время степень выработанности запа­сов нефти промышленной категории рассматриваемого региона превысила 70 %. Учитывая то обстоятельство, что большая часть месторождений находит­ся на поздней стадии разработки и характеризуется низкими дебитами скважин, высокой степенью обводнения добываемой продукции, особую актуальность приобретают технологии, направленные на блокирование промытых зон пласта путем применения эффективных водоизоляционных составов. Известно значи­тельное количество подобных составов и имеется колоссальный опыт их внед­рения в различных геолого-физических условиях. Однако технологическая эф­фективность их невысока и не превышает 40-50 %. Существует ряд недостат­ков применяемых технологий на основе осадкогелеобразующих составов для водоизоляционных работ. Как правило, это невысокая устойчивость составов в пластовой среде, незначительная проникающая способность в поровые каналы, высокая чувствительность к минерализации пластовых вод, температуре, типу коллектора, отсутствие эффективных технологических приемов регулирования процессов загеливания состава и т. д. В связи с этим возникает необходимость в разработке новых гелеобразующих составов, способных создавать прочный во­доизоляционный барьер, стабильный длительное время, с учетом особенностей конкретных геолого-физических условий пласта.
Целью диссертационной работы является повышение эффективности выработки запасов нефти, представленных слоисто-неоднородными пластами, путем блокирования высокопроницаемой промытой зоны пласта гелеобразую­щим составом на основе полисиликатов с высокими прочностными характери­стиками и регулируемым временем гелеобразования.
Задачи исследований:
1. Выполнить анализ и обобщить результаты современного состояния формирования водоизоляционных экранов на пути фильтрации воды на эксплу­атационных объектах, находящихся на поздней стадии разработки.
2. Провести анализ технологии ограничения водопритоков и регули­рования коэффициента приемистости на основе применения гелеобразующей композиции состоящей из полисиликата кальция и соляной кислоты в условиях Восточно-Лениногорской площади Ромашкинского месторождения. Выявить факторы влияющие на технологичность процесса.
3. Изучить влияние показателя щелочности (рН), показателя кислот­ности (рКа), силикатного модуля полисиликата натрия (m) и его концентрации на время загеливания с целью выявления механизма гелеобразования в пласто­вых условиях.
4. Обосновать и подобрать замедлитель образования геля в полисили­катных системах. Изучить механизм гелеобразования в композиции полисили­ката натрия в присутствии кислоты и замедлителя.
5. Обосновать оптимальный состав гелеобразующей композиции на основе полисиликата натрия с регулируемым временем загеливания, селектив­ными свойствами, и высоким фактором остаточного сопротивления (с высоки­ми прочностными характеристиками).
6. На основе использования гидродинамического моделирования внутрипластового гелеобразования обосновать и предложить математический прием расчета объемов гелеобразующей композиции и радиуса проникновения ее в пласт с целью блокирования высокопроницаемых, промытых водой зон по­слойно-неоднородного пласта.
Методы исследований включали математическое моделирование про­цессов, происходящих в системе «скважина - неоднородный пласт» по стан­дартным и разработанным методикам. Обработка результатов экспериментов проводилась на основе методов математической статистики с учетом погреш­ностей используемых лабораторных приборов.
Научная новизна работы:
1. Для гелеобразующих составов на основе силиката натрия, приме- няе-мых для блокирования промытых зон нефтяных пластов экспериментально установлены:
- области замедления процесса гелеобразования в кислой и щелочной среде при действии различных кислот на полисиликат натрия, причем область быстрого гелеобразования, находящаяся в интервале от 6,7 до 7,9, соответству­ющая диапазону молярных отношений ионов водорода и полисиликата натрия от 1,38 до 1,68, позволяет предложить кластерный механизм процесса гелеобра­зования полисиликатных гелей;
- три механизма гелеобразования в зависимости от концентрации по­лисиликата натрия в реакционной системе с участием кластеров, определяю­щих временной интервал формирования пространственного каркаса геля в ре­акционной смеси;
- возможность регулирования времени загеливания путем введения замедлителя - моноэтаноламина; предложен возможный механизм гелеобразо­вания в присутствии замедлителя.
2. Выявлена способность гелеобразующего состава на основе полиси­ликата натрия, сульфаминовой кислоты и моноэтаноламина повышать градиент давления на естественных кернах модели неоднородного пласта терригенных коллекторов Восточно-Лениногорской площади Ромашкинского месторожде­ния. Подтверждены селективные свойства рассматриваемых гелей при взаимо­действии с водной и нефтяной фазами на основе изучения фильтрационных ха­рактеристик.
3. На основе гидродинамического моделирования неоднородных тер- ригенных коллекторов предложены математические зависимости для расчета объемов гелеобразующих оторочек и радиуса проникновения их в пласт с це­лью блокирования обводнившихся, высокопроницаемых пропластков.
4. Определены геолого-физические и технологические критерии приме­нения технологии на основе полисиликата натрия в промысловых условиях, обеспечивающих снижение обводненности, увеличение дебита по нефти и по­вышение охвата пласта заводнением.
Защищаемые положения:
1. Механизм внутрипластового гелеобразования в обводненных про­пластках неоднородного пласта на основе применения композиции полисили­ката натрия в кислой и щелочной среде, при котором процессу образования пространственного каркаса геля предшествует стадия образования кластеров, содержащих в своем составе молекулы поликремниевой кислоты и полисили­кат анион с зарядом -1 в молярном соотношении от 1:2 до 2:1. Для полисилика­та натрия при концентрациях более 0,22 моль/л - механизм кластер-кластерной ассоциации; в интервале от 0,22 до 0,15 моль/л - лимитированной диффузии кластерной агрегации и менее 0,15 моль/л - лимитированной диффузии агрега­ции. Образование водородных связей внутри кластеров и между кластерами в процессе формирования пространственного каркаса геля.
2. Критерий подбора замедлителя для регулирования времени гелеоб­разования полисиликатных гелей в промысловых условиях - показатель кис­лотности (рКа) сопряженной кислоты, значение которого должно находиться близко к рКа поликремниевой кислоты (рКа = 9,89). Такими свойствами обла­дает моноэтаноламин (рКа = 9,5).
3. Технология ограничения водопритоков на основе композиции со­держащий полисиликат натрия, сульфаминовую кислоту и замедлитель процес­са гелеобразования (моноэтаноламин), позволяющая снижать обводненность добываемой продукции и повышать охвата пласта за счет внутрипластового перераспределения фильтрационных потоков.
4. Методика расчета объема гелеобразующей композиции на основе полисиликата натрия и радиуса проникновения её в неоднородный по проница­емости пласт при проведении водоизоляционных работ в обводнившихся про­пластках и основанная на использовании гидродинамической модели внутри­пластового гелеобразования.
Достоверность научных положений, выводов и определяется сходимо­стью результатов промысловых испытаний гелеобразующего состава на основе силиката кальция с теоретическими и экспериментальными исследованиями нового гелеобразующего состава, выполненными в условиях моделирования пластовой системы разработки нефтяного месторождения с использованием естественных образцов пород коллектора на современном лабораторном обору­довании и с привлечением лицензируемых компьютерных программ «Eclipse» и «Matlab».
Практическая значимость работы:
1. Обоснованы и обобщены параметры эффективного применения ге­леобразующей композиции на основе силиката кальция для ограничения водо­притоков и регулировании коэффициента приемистости при ее промысловых испытаниях на скважинах Восточно-Лениногорской площади Ромашкинского месторождения.
2. Установлены критерии выбора добывающих скважин для техноло­гии селективной изоляции обводнившихся пропластков гелеобразующим поли­силикатным составом на объектах представленных слоисто-неоднородными пластами.
3. Разработан новый состав для процессов внутрипластового гелеоб­разования в промытых зонах пласта путем применения композиции на основе полисиликата натрия в широком диапазоне пластовых температур, проявляю­щий селективные свойства в моделируемых условиях пласта Восточно- Лениногорской площади Ромашкинского месторождения (Пат. 2466172 РФ, С1 С 09 К 8/50, Заявл. 26.07.2011; Опубл. 10.11.2012, Бюл. № 3)
4. Результаты диссертационной работы использованы при выполне­нии курсовых и дипломных проектов, а также при чтении лекций студентам ФГБОУ «Уфимского государственного нефтяного технического университета» по дисциплинам «Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторожде- ний», «Техника и технология методов увеличения нефтеотдачи пластов».
Апробация работы. Основные результаты теоретических и эксперимен­тальных исследований докладывались: в Уфе на 62, 63-й научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых УГНТУ в 2011 г. и в 2012 г.; в Новосибирске на 19-й международной научной студенческой конфе­ренции «Студент и научно-технический прогресс» в 2011 г.; в Уфе на 3-й науч­ной конференции молодых ученых «Актуальные проблемы науки и техники» в 2011 г.; во Владимире на 15-й международной научно-практической конферен­ции «Эфиры целлюлозы и другие новые реагенты для строительства, эксплуа­тации, капитального ремонта нефтяных и газовых скважин» в 2011 г. и на 16-й международной научно-практической конференции «Реагенты и материалы, технологические составы для строительства, эксплуатации и капитального ре­монта нефтяных, газовых, газоконденсатных скважин» в 2012 г.
Публикации По теме диссертации опубликованы 10 печатных работ, в том числе 3 в рецензируемых научных изданиях , 1 патент и 6 в остальных научных работах.
Автор выражает искреннюю признательность научному руководителю д.т.н. Ленченковой Л. Е. и сотрудникам ОАО «Азимут»: к.т.н. Акчурину Х.И., к.х.н. Галимову И.М. - за помощь и полезные советы, высказанные в процессе формирования и выполнения диссертационной работы.

Список літератури

ВЫВОДЫ
1. На основе анализа и обобщения опыта применения осадкогелеоб­разующих композиций с целью блокирования промытых зон слоисто­неоднородного пласта в различных геолого-физических условиях определены направления поиска эффективных составов с регулируемым временем гелобра- зования.
2. Предложен механизм процесса гелеобразования силикатных гелей для условии неоднородных пластов, заключающийся в обеспечении присут­ствия молекул поликремниевой кислоты и полисиликат аниона с зарядом -1. Термохимическим методом определен тепловой эффект образования геля и подтвержден факт, что структурным звеном геля является кластер, состоящий из молекул поликремниевой кислоты и полисиликат аниона в молярном соот­ношении от 1:2 до 2:1, связанных с помощью водородных связей.
3. Предложен замедлитель процесса внутрипластового гелеобразова­ния в водонасыщенном пропластке, обеспечивающий регулирование скорости гелеобразования полисиликатных композиций и позволяющий реализовать технологический процесс в промысловых условиях с достаточным запасом времени для доставки реагентов в пласт. Пат. 2466172 РФ, С1,С 09 К 8/50 За- явл. 26.07.2011; Опубл. 10.11.2012, Бюл. № 31.
4. Обоснован технологический процесс на основе применения гелеоб- ра-зующей композиции полисиликата натрия с регулируемым временем заге- ливания, обеспечивающий формирование водоизоляционного барьера. Опреде­лены оптимальные соотношения компонентов указанной композиции. Компо­зиция № 1: полисиликат натрия - 8,4 % масс., сульфаминовая кислота - 1,9 % масс., моноэтаноламин - 2,7 % масс., и имеющий оптимальное время гелеобра­зования 11-14 часов, пластическую прочность геля - 5160 Па; композиция № 2: полисиликат натрия - 7,9 %масс., нитрилотриметиленфосфоновая кислота - 1,7 % масс., моноэтаноламин - 2,8 % масс., обеспечивающий время гелеобразова­ния при 25 °С - 10-12 часов, пластическую прочность - 5400 Па.
5. Для проектирования процессов внутрипластового гелеобразования обоснована и предложена методика расчетов технологических параметров (объема и радиуса его проникновения в пласт) при использовании методов гид­родинамического моделирования с учетом геолого-физических и технологиче­ских особенностей объекта разработки обеспечивающая повышение успешно­сти применения рассматриваемого технологического процесса.
Проведены промысловые испытания гелеобразующего состава на ос-нове силиката кальция и установлены оптимальные показатели реализуемо­го технологического процесса на 5-ти добывающих и 5-ти нагнетательных сква­жинах Восточно-Лениногорской площади Ромашкинского месторождения. До­полнительная добыча нефти от применения технологии на основе силиката кальция составила 16608 т. Обводненность по окружающим скважинам в сред­нем снизилась на 6 %, прирост дебита по нефти составил 30 %, коэффициент охвата увеличился на 45 %. Выявлены пути повышения эффективности техно­логии, исключающей образование осадка при смешивании реагентов с кислот­ными растворами.