Способ снижения или полного прекращения притока воды в эксплуатационную скважину при добыче нефти и/или газообразных углеводородов

 

Изобретение относится к способу снижения или полного прекращения притока воды из месторождения в по крайней мере одну часть скважины для добычи нефти и/или газообразных углеводородов, которая проходит через (пересекает) месторождение, причем, исходя от скважины в часть месторождения, в которой хотят снизить или прекратить приток воды, вводят водный раствор сополимера и затем скважину вводят в действие для получения нефти и/или газообразных углеводородов, причем флюиды, которые имеются в месторождении, вступают в контакт с указанной, содержащей адсорбированный сополимер частью месторождения и нефть и/или газообразные углеводороды проходят эту часть месторождения и попадают в скважину, в то время как проход месторождения снижается. Способ отличается тем, что водный раствор содержит сополимер на основе акриламидалкиленсульфоната, винилацетамида и в случае необходимости других мономеров. 7 з. п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к способу снижения или полного прекращения притоков воды в случае подземной формации, которая содержит углеводороды, в процессе бурения. С помощью этого способа осуществляется преграждение от воды, без уменьшения поэтому пропускания нефти и/или газообразных углеводородов в буровую скважину.

Часто вода находится в виде солевого раствора в той же самой формации, что и нефть или газ. Добыча нефти или газообразных углеводородов, следовательно, влечет за собой получение воды в таком количестве, что оно создает значительные проблемы, оно вызывает прямо или косвенно отложение солей по соседству с буровой скважиной или в самой скважине; оно значительно увеличивает коррозию всех металлических деталей под землей или на поверхности; оно без нужды увеличивает количества выкачиваемых, переводимых и складируемых жидкостей и оно образует с нефтью эмульсии, которые трудно разбиваются на поверхности и которые под землей, в пустотах формации образуют блокировки.

Согласно уровню техники, предложены и применяются многочисленные способы, которые предназначены для того, чтобы снизить приток воды в буровые скважины для добычи нефти или газообразных углеводородов. Они часто состоят в том, что в формацию между водой и скважиной, или между водой и нефтью, или газообразными углеводородами вводят непроницаемую перегородку. Обычно вносимые средства блокируют почти столько нефти или газообразных углеводородов, сколько и воды. Составными частями этого заграждения могут быть: цемент, смолы, суспензии твердых частиц, парафины или водорастворимые полимеры, которые за счет введения так называемых средств сшивки (cross-linker) в месторождение сшиваются.

В настоящее время применяют полимеры, которые вносятся в пористую среду в растворе, адсорбируются на поверхности твердого вещества и проникают в поровое пространство, так что они пригодны для того, чтобы снижать приток воды за счет трения. В противоположность этому неводные флюиды, как нефть или прежде всего газообразные углеводороды, проходят через адсорбированные макромолекулы, которые теперь занимают ничтожно малый объем на станке (перегородке) и таким образом полностью освобождают проход.

Известно применение гидролизованных полиакриламидов [1] Однако этот тип полимеров в основном эффективен по отношению к воде с незначительным содержанием солей. При более высоких температурах эти полимеры в присутствии многовалентных ионов склонны к образованию осадков, которые могут засорять поры формаций горных пород.

Известно применение полисахаридов [2] Эти соединения, которые плохо нагнетаются в поровое пространство, правда, вызывают замедление или уменьшение притока воды, однако позволяют осуществлять только неполную разработку имеющихся месторождений, соответственно, при более высоких температурах их действие ухудшается.

Известно применение негидролизованных акриламидных полимеров или сополимеров [3] которые гидролизуются за счет дополнительного введения водно-основного раствора. Этот способ обладает недостатками в отношении дополнительных рабочих затрат на введение другого раствора, а также за счет проблем достигаемости нагнетаемого полимерного раствора благодаря прибавлению основного раствора и в отношении повышенной подверженности коррозии используемых инструментов. К тому же эффективность полимерного раствора достигается только при происшедшем взаимодействии с водно-основным раствором, причем степень эффективности определяется степенью превращения.

Задачей изобретения являлась разработка способа снижения притока воды в эксплуатационные скважины, без снижения добычи нефти или газообразных углеводородов.

Неожиданно оказалось, что водорастворимые сополимеры на основе акриламидоалкиленсульфокислоты, винилацетамида и в случае необходимости других мономеров отличаются высокой адсорбцией на горных породах месторождений, обладают эластичным поведением при растяжении сжатии, обладают особой стабильностью по отношению к солям в пластовых водах месторождений и могут использоваться в широком температурном интервале, в особенности при более высоких температурах.

Предлагаемый согласно изобретению способ не нужно путать со способом для третичной добычи нефти, согласно которому полимерный раствор, который в общем имеет слабую концентрацию (некоторые 100 ррт), вводят в одну или несколько нагнетательных скважин, а именно с помощью достаточного давления, чтобы раствор проникал в формацию и заменял часть нефти этой формации, которая затем добывается с помощью другого ряда эксплуатационных скважин. Вводимые количества порядка величины объема формации. Хорошо известно, что содержащая полимер вода для этого способа добычи намного эффективнее, так как она более вязкая, чем пластовая вода месторождения.

Предлагаемый в изобретении способ, далее, не нужно путать со способом, который состоит в том, что к буровым растворам (жидкостям) добавляют полимер. Эти жидкости (растворы) имеют целью смазывать буровой агрегат, позволять вынос обломков горных пород, оказывать противодавление, которое в заметной степени равно давлению формации под землей, и вызывать давление на стенках скважины. Они циркулируют в замкнутом цикле между почвой и поверхностью, где они фильтруются и их состав дополнительно регулируется. Используемые количества незначительны, а именно порядка величины объема скважины.

Предлагаемый в изобретении способ, целью которого является снижение притока воды в скважину во время эксплуатации, состоит в том, что в месторождение исходя от этой скважины закачивают количество полимерного раствора.

Предметом изобретения является способ снижения или полного прекращения притока воды из месторождения в по крайней мере часть скважины для добычи нефти и/или газообразных углеводородов, которая проходит через месторождение, причем исходя от этой скважины в часть месторождения, в которой хотят уменьшить или прекратить приток воды, вводят водный раствор сополимера, и затем скважину вводят в эксплуатацию для добычи нефти и/или газообразных углеводородов, причем флюиды, которые имеются в месторождении, вступают в контакт с указанной, содержащей адсорбированный полимер, частью месторождения и нефть и/или газообразные углеводороды проходят эту часть месторождения и попадают в скважину, в то время как проход для воды месторождения уменьшается, отличающийся тем, что водный раствор содержит сополимер, который содержит 5-90 мас. структурных единиц формулы (I): -chr¹- (I) где R¹ означает водород или метил; R² означает С₂-С₁₀ алкилен, предпочтительно С₂-С₆ алкилен, особенно предпочтительно С₄ алкилен, и Ме обозначает аммоний или ион щелочного металла; 5-95 мас. структуры единиц формулы (II): (II) где R³ и R⁴, независимо друг от друга, обозначают водород, метил или этил, или R³ и R⁴ вместе обозначают пропиленовую группу, которая при включении остатка: -N-C(O)- образует пирролидиновый остаток; 0,5-90 мас. структурных единиц формулы (III): -CH=CH-CH₂-R⁵R⁶-CH₂-CH=CH- (III) где Х обозначает галоген, предпочтительно хлорид; R⁵ и R⁶, независимо друг от друга, обозначают С₁-С₆ алкил, предпочтительно С₁-С₃ алкил, в особенности метил или этил и 5,0-90 мас. структурных единиц формулы -chr⁷-chr⁸, (IV) где R⁷ обозначает водород или метил;
R⁸ CONH₂ CON(CH₃)₂; циано SO₃H, SO₃Me; C₆H₄SO₃H; C₆H₄SO₃Me; CH₂SO₃H;
CH₂SO₃Me; COOH; COOMe или сложноэфирную группу COOR, причем R обозначает С₁-С₁₅-алкил, предпочтительно С₁-С₈- алкил.

Предпочтительные водорастворимые сополимеры состоят из 40-90 мас. структурных единиц формулы (I); 10-60 мас. структурных единиц формулы (II) и 0,5-40 мас. структурных единиц формулы (III).

Пригодные сополимеры содержат мономеры: 2 акриламидо-2-метил-пропансульфокислоту (АМПС), диаллилдиметиламмоний- хлорид (ДАДМАХ), N-винил-N-метилацетамид (ВМА), N-винилпирролидон (ВиПи), акриламид (АМ), винилацетамид (ВА) и винилформамид (ВФ).

Примерами являются сополимеры с 40-70 мас. 2-акриламидо-2-метил-пропансульфокислоты, 10-30 мас. винилацетамида и 0-60 мас акриламида или 5-60 мас. 2-акриламидо-2-метил-пропансульфокислоты или винилсульфокислоты, 2-20 мас. винилацетамида и 45-90 мас. акриламида.

Молекулярные массы используемых сополимеров составляют от 50 000 до 20 x x10⁶. Молекулярные массы для сополимеров с более низким молекулярным весом находятся в области от 50 000 до 3 ^. 10⁶, предпочтительно 200 000 1 ^. 10⁶. Сополимеры с более высокой молекулярной массой имеют молекулярные массы в области более, чем 3 ^.10⁶ 20 ^. 10⁶.

В случае горных пород с незначительной проницаемостью предпочтительно использование сополимеров с более незначительной молекулярной массой. Такого рода сополимеры могут легко нагнетаться и проникать, по сравнению с сополимерами с более высокой молекулярной массой и одинаковой вязкостью, глубже в горную породу с маленьким диаметром пор, без необходимости слишком высоких давлений.

Концентрация водного полимерного раствора может выбираться в широких пределах и предпочтительно составляет 100-20000 ррт мас.ч. Количество сополимера, которое вводят в эксплуатационную зону вокруг скважины, зависит от местных условий. В большинстве случаев оно составляет 50-5000 кг и предпочтительно 200-1000 кг на вертикальный метр обрабатываемой зоны. В качестве другой составной части полимерный раствор может содержать одну или несколько солей щелочных или щелочноземельных металлов, в особенности NaCl, KCl, MgCl₂, CaCl₂, Na₂SO₄, K₂SO₄ и/или NaNO₃ и, вообще хлориды, сульфаты, или нитраты металлов, как, например, натрия, калия, кальция или магния. Предпочитают растворы, которые содержат по крайней мере большей частью хлорид натрия. Соли щелочноземельных металлов менее желательны, особенно в больших количествах, так как они могут давать нежелательные осадки, например, когда среда содержит карбонаты или имеет рН-значение, равное или выше, чем 9.

Точно так же целесообразно избегать наличия существенных количеств других ионов металлов, чем щелочные или щелочноземельные металлы, так как такие ионы могут сшиваться с известными полимерами; причем эта сшивка может приводить к полному тампонированию обработанной зоны.

Концентрация солей солесодержащего полимерного раствора может выбираться в широких пределах. Она зависит от природы и концентрации соли в воде месторождения и также от природы соли, которая имеется в полимерном растворе, так что невозможно указать общую область применяемых величин. Простой предварительный опыт позволяет определить лучшую концентрацию соли. В качестве общего правила имеет значение то, что соли щелочных металлов должны применяться в более сильной концентрации, чем соли щелочноземельных металлов. Относительно высокие концентрации в общем особенно благоприятны, например, для случая хлорида натрия по крайней мере 20 г/л и предпочтительно по крайней мере 75 г/л воды, в особенности 100-200 г/л. Хлорид кальция обычно применяют в концентрации по крайней мере 5 г/л, предпочтительно 10-20 г/л. Нет никакого верхнего предела, кроме тех, которые препятствовали бы растворению полимера. Вообще, для заданной соли вязкость полимерного раствора падает, когда концентрация этой соли растет. Когда вода месторождения содержит большей частью хлорид натрия, то, следовательно, предпочтительно, согласно настоящему способу, можно применять полимерный раствор, содержание солей в котором по хлориду натрия выше, чем соленость воды месторождения.

Повышенное содержание соли в общем повышает абсорбцию растворенного полимера. Это улучшение абсорбции достигается прежде всего за счет добавки солей щелочноземельных металлов.

Эффективность способа может повышаться, если, например, сополимер растворяют в присутствии формалина и кислорода, или во время введения осуществляют механический сдвиг внутри раствора за счет скорости.

На полимерный раствор оказывают давление, которое выше, чем давление, которое оказывается флюидами, как пластовая вода, нефть и газообразные углеводороды в месторождении, которое выбирается для способа обработки (пластовое давление). Это позволяет раствору проникать в месторождение вплоть до заметных удалений от скважины, предпочтительно по крайней мере на 20 м ниже вышеуказанных соотношений.

Водорастворимые сополимеры предпочтительно используются для снижения или полного прекращения притока воды в скважины в песчаниках карбонатных породах или силикатах.

Благодаря модификации используемых сополимеров можно приспособить абсорбционную способность полимера к имеющемуся типу породы. Благодаря так называемой анионной модификации используемых полимеров можно улучшить абсорбцию карбонатсодержащих пород. Анионная модификация обычно достигается за счет повышенной доли структурных звеньев формулы I и в особенности формулы III в полимерах.

Благодаря так называемой катионной модификации используемых полимеров можно улучшить абсорбцию силикатсодержащих пород. Катионная модификация обычно достигается за счет повышенной доли структурных звеньев формулы IV в полимерах.

Повышенная доля составляет величину выше 40 мас. предпочтительно 50-80 мас. структурных звеньев формул II; III и IV.

Предпочтительное введение водорастворимых сополимеров показало также в отношении высокой эффективности сополимеров вследствие эластичного поведения при растяжении сжатии непосредственно в адсорбированном состоянии, отличную стабильность относительно к солям в пластовой воде и в широком температурном интервале, в особенности при повышенных температурах.

Нижеприведенные исследования подтверждают эффективность водорастворимых сополимеров на сопротивление течению соленой воды и газа в пористой среде. В случае применяемого газа речь идет об азоте, который служит в качестве замены для природного газа. В качестве пористых сред применяют Vogesen песчаник с проницаемостью К 58 (53 ^. 10^-15 м²) и oberkirchner песчаник с проницаемостью К= 5,4 (5,4 ^. 10^-15 м²). В качестве пластовой воды и одновременно в качестве растворителя для сополимеров служит водный раствор с содержанием солей 97,5 г NaCl и 2,5 г CaCl₂ на 100 г воды. В качестве сополимеров используют ® Hostamer.

Исследования делятся на следующие частичные стадии.

Измерение проницаемости для азота безводного породного керна, К₁.

Насыщение пористой среды с помощью пластовой воды (поровая вода) определение градиента давления Δ Р₁/е для потока воды с постоянной скоростью q₁;
Насыщение пористой среды с помощью водного раствора сополимера: вытеснение избыточного раствора сополимера пластовой водой происходит вплоть до равновесия между этой поровой водой и адсорбированным сополимером. Измерение градиента давления Δ Р₂/е для воды при скорости потока q₁ в присутствии адсорбированного полимера.

Вытеснение воды азотом и измерение проницаемости для азота в присутствии адсорбированного полимера К₂.

Вслед за этими подготовительными рабочими процессами, которые доступны специалисту в осуществлении и вследствие этого их не нужно подробнее пояснять, проводят определение остаточного гидравлического сопротивления для "пластовой воды" и азота. R RF_w Δ P₂/Δ P₁ RRF_E K₁/K₂, где К проницаемость породы, в зависимости от размера пор
(Darcy) 1 μ м² 1 Darcy;
RRF остаточный фактор сопротивления;
RRF_w фактор сопротивления пластовой воды месторождения;
RRF_G фактор сопротивления газа (азот);
l длина породного керна, м;
Р падение давления в керне, (Па);
q скорость потока воды, м^{3 .} с^-1.

На фиг. 1 и 2 представлены адсорбированное действие Hostamer и перемешивающийся поэтому остаточный фактор сопротивления для воды и азота в Vogesen-песчаснике (фиг. 1) и Oberkirchner песчанике (фиг. 2). В то же время как RRF-значение для газа вплоть до концентрации полимера 750 мг/л поддерживается примерно постоянным, оно для воды повышается до 6-кратного значения (фиг. 1). Фиг. 2 показывает окончательные результаты в Oberkirchner-песчанике. По сравнению с Vogesen песчаником снижается критическая концентрация полимера с 750 до 250 мг/л, что сводится к незначительной проницаемости песчаника.

На фиг. 3 и 4 представлены результаты, полученные для R Hostadri ll в Vogesen и Oberkirchner-песчанике. Для достижения такого же адсорбционного действия требуется более высокая концентрация полимера.

Предлагаемый способ осуществлялся с успехом в полевом испытании на эксплуатационной скважине месторождения природного газа в северной Германии. Нагнетание осуществляли в газовую скважину (температура 130^оС, соленость 300 г пластовых солей/л воды, средняя проницаемость 10 м Darcy). Использовали 200 м³ Hostamer 3213 (концентрация полимера 1 г/л), содержание солей в полимерном растворе составляло 180 г NaCl/л воды. Полимерный раствор нагнетали с постоянной скоростью нагнетания под давлением месторождения. Благодаря использованию предлагаемого раствора сополимера смогли повысить стационарную добычу газа до 100 000 м³/день; добыча воды (конденсационной воды) составила 1 м³/день.

Формула изобретения

1. Способ снижения или полного прекращения притока воды в эксплуатационную скважину при добыче нефти и/или газообразных углеводородов, включающий закачку водного раствора сополимера с последующим введением скважины в эксплуатацию, отличающийся тем, что в качестве сополимера используют сополимер, содержащий 5,0 90,0 мас. структурных единиц формулы I

где R¹ водород или метил;
R² С₂ С₁₀-алкилен;
Ме аммоний или ион щелочного металла, 5,0 95,0 мас. структурных единиц формулы II

где R³ и R⁴ независимо друг от друга, водород, метил или этил или R³ и R⁴ вместе обозначают пропиленовую группу, которая при включении остатка N C(O)- образует пирролидоновый остаток, 0,5 90,0 мас. структурных единиц формулы III
CH CH CH₂ N⁺ R⁵ R⁶ CH₂ CH CH X^-
где Х галоген;
R⁵ и R⁶ независимо друг от друга, С₁ - С₆-алкил, 5,0 90,0 мас. структурных единиц формулы IV
chr⁷ CNR⁸
где R⁷ водород или метил;
R⁸ CONH₂ CON(CH₃)₂, циано, SO₃H, SO₃Me, C₆H₄SO₃H, C₆H₄SO₃ Me, CH₂SO₃H, CH₂SO₃Me, COOH, COOMe или сложноэфирную группу COOR, причем R С₁ С₁₅-алкил, причем мол.м. используемых сополимеров составляет от 50000 до 20 · 10⁶.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве R² используют С₂ С₆-алкилен, в качестве R⁵ и R⁶ используют С₁ С₃-алкил, а в качестве R С₁ С₈-алкил.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве сополимера используют сополимеры, содержащие 40,0 90,0 мас. структурных единиц формулы I, 10,0 - 60,0 мас. структурных единиц формулы II.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве сополимера используют сополимеры, содержащие
40,0 90,0 мас. структурных единиц формулы I;
10,0 60,0 мас. структурных единиц формулы II и
0,5 40,0 мас. структурных единиц формулы III.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве сополимера используют сополимеры, содержащие
40,0 70,0 мас. 2-акриламидо-2-метилпропансульфокислоты;
1,0 30,0 мас. винилацетамида и
0,5 60 мас. алкиламида.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве сополимера используют сополимеры, содержащие
5,0 60,0 мас. 2-акриламидо-2-метилпропансульфокислоты или винилсульфокислоты;
2,0 20,0 мас. винилацетамида и
4,0 90,0 мас. акрилоамида.

7. Способ по пп. 1 6, отличающийся тем, что сополимеры используют с концентрацией 100 20000 ррт в мас.ч.

8. Способ по пп. 1 7, отличающийся тем, что водный раствор сополимера используют с более высоким содержанием солей, чем пластовая вода.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4