Способ разработки неоднородного нефтяного пласта
Владельцы патента RU 2299319:
ООО "Сервис-Уфа" (RU)
ООО "Нефтехимсервис-Самара" (RU)
Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к разработке нефтяных месторождений, и может быть использовано для увеличения нефтеотдачи и снижения обводненности продукции скважин, эксплуатирующих проницаемостно неоднородный пласт, имеющий в своем разрезе суперколлекторы или трещины. Способ разработки неоднородного нефтяного пласта включает закачку в пласт водного раствора полимера и соли поливалентного катиона с применением дисперсии гель-частиц. Дисперсию гель-частиц в водном растворе полимера закачивают в виде первой оторочки, а в виде второй оторочки закачивают водный раствор полимера и соли поливалентного катиона. Дополнительно возможно осуществление форсированного отбора жидкости. Техническим результатом является повышение эффективности разработки неоднородного пласта. 1 з.п.ф-лы, 6 фиг., 7 табл.
Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к разработке нефтяных месторождений, и может быть использовано для увеличения нефтеотдачи и снижения обводненности продукции скважин, эксплуатирующих проницаемостно неоднородный пласт, имеющий в своем разрезе суперколлекторы или трещины.
Известны различные составы и технологии обработки пласта вязкоупругими композициями на основе анионных полимеров и солей поливалентных металлов /1, 2/; полимердисперсными системами, содержащими, например, полиакриламид (ПАА) и бентонитовую глину /3/ или биополимер с крахмалом /4/.
Их недостатком является низкая эффективность снижения проницаемости трещин и суперколлекторов.
Известен способ обработки неоднородного пласта составом из смеси водного раствора анионного полимера и соли поливалентного катиона, дополнительно содержащим дисперсию гель-частиц, набухающих в 100-5000 раз, но не растворимых в воде /5 - прототип/.
Недостатком известного способа является низкая селективность воздействия на неоднородный пласт, имеющий в своем разрезе суперколлекторы или трещины, и невозможность форсированного отбора жидкости из добывающих скважин после обработки нагнетательных скважин.
Низкая селективность известного способа обусловлена тем, что все компоненты состава закачиваются в пласт одновременно; таким образом, дисперсия набухших гель-частиц в сшитом поливалентным катионом анионном полимере, попадая в средне- и низкопроницаемые интервалы пласта, приводит к практически полному затуханию фильтрации, что делает невозможной закачку больших объемов состава (1500-3000 м3) и исключает возможность эффективного применения последующего форсированного отбора жидкости из-за уплотнения при фильтрации гель-частиц в среде сшитого полимерного состава.
Решаемая предлагаемым изобретением задача и ожидаемый технический результат заключаются в повышении эффективности способа разработки неоднородного пласта, содержащего в своем разрезе суперколлекторы или трещины, за счет повышения селективности воздействия со снижением проницаемости суперколлекторов и трещин при сохранении проницаемости средне- и низкопроницаемых интервалов пласта. Соответственно, обеспечивается возможность форсированного отбора жидкости из добывающих скважин после обработки нагнетательных скважин.
Поставленная задача решается тем, что в способе разработки неоднородного нефтяного пласта, включающем закачку в пласт водного раствора полимера и соли поливалентного катиона с применением дисперсии гель-частиц, дисперсию гель-частиц в водном растворе полимера закачивают в виде первой оторочки, а в виде второй оторочки закачивают водный раствор полимера и соли поливалентного катиона.
Дополнительно возможно осуществление форсированного отбора жидкости.
Способ осуществляется следующей последовательностью операций.
1. Закачка оторочки дисперсии гель-частиц в водном растворе полимера.
2. Закачка оторочки водного раствора полимера и соли поливалентного катиона.
Дополнительно возможно осуществление форсированного отбора жидкости.
Применение в качестве первой оторочки дисперсии гель-частиц не в воде, а в водном растворе линейного полимера, обеспечивает синергетический эффект реологических свойств (эффективной вязкости и модуля упругости) дисперсии гель-частиц в водном растворе полимера относительно ее составляющих - водной дисперсии гель-частиц и водного раствора полимера. Применение в качестве второй оторочки водного раствора полимера и соли поливалентного катиона позволяет достичь необходимых реологических свойств, не уступающих прототипу.
Эффективность заявляемого способа определялась с применением следующих промышленно выпускаемых реагентов.
Для приготовления дисперсии полученных химическим путем гель-частиц использован анионный полимер акриламида водопоглощающий, серия АК-639, марка В-415, производства ООО "Гель-сервис" (г.Саратов), ТУ 6-02-00209912-592003, представляющий собой порошок белого или близкого к белому цвета, показатели качества приведены в таблице 1.
| Таблица 1 | ||
| Показатель | По ТУ | Фактически |
| Массовая доля нелетучих веществ, %, не менее | 90 | 90,2 |
| Массовая доля остаточного акриламида, %, не более | 0,2 | 0,09 |
| Равновесное поглощение в дистиллированной воде, г/г, не менее | 600 | 690 |
| Массовая доля растворимой части, %, не более | 15 | 3,9 |
Также для приготовления дисперсии полученных химическим путем гель-частиц использован продукт FS-305 по техническому паспорту ООО "СНФ С.А." (г.Москва), представляющий собой порошок белого цвета с абсорбцией дистиллированной воды 400 г/г.
Для приготовления раствора полимера использован анионный полимер FP-107 - сополимер акриламида и акрилата натрия, производства ООО "СНФ Балтреагент" (г.Никольское Ленинградской области), представляющий собой белый порошок, который, в соответствии с Техническим паспортом, характеризуется примерной вязкостью по Брукфилду, сП:
при концентрации 5,0 г/л - 1500;
при концентрации 2,5 г/л - 600;
при концентрации 1,0 г/л - 140.
Также для приготовления раствора полимера использован анионный полимер акриламида, серия АК-642, марка АП-9405 производства ООО "Гель-сервис" (г.Саратов), ТУ 6-02-00209912-65-99, представляющий собой порошок белого или близкого к белому цвета с предельным числом вязкости полимера в 10%-ном растворе NaCl при 25°С 4,4 дл/г.
Соль поливалентного катиона АХ - ацетат хрома (III) технический, производства АО "ХИМЕКО-ГАНГ" (г.Москва), ТУ 0254-031-17197708-96, показатели качества приведены в таблице 2.
| Таблица 2 | |||
| Показатель | По ТУ водный раствор | По ТУ порошок | Фактически |
| Внешний вид | Темная вязкая жидкость | Кристаллы зеленого цвета | соответствует |
| Массовая доля хрома (III), %, не менее | 11,35 | 20,0 | 11,54 |
| Массовая доля не растворимых в воде веществ, %, не более | 0,50 | 1,00 | 0,044 |
Бентонитовая глина (бентонит, для воспроизведения аналога) производства ОАО "Альметьевский завод глинопорошка" г.Альметьевск, Республика Татарстан, по ТУ 39-0147001-105-93.
Использовалась модель пластовой воды с минерализацией 15 г/л и 20 г/л (20% CaCl2 и 80% NaCl) в дистиллированной воде.
Эффективность заявляемого способа в сравнении с прототипом и аналогами определялась с использованием объемной и щелевой моделей пласта.
Методика тестирования с использованием простейшей объемной модели.
Простейшая объемная модель неоднородного пласта (фиг.1) состоит из двух кернодержателей с пористыми средами различной проницаемости, имеющими общий ввод и раздельный отбор флюидов.
На фиг.1:
1 - Датчик постоянного расхода (ДПР).
2 - Емкость для масла и воды.
3 - Обжим.
4 - Емкость для закачиваемого флюида.
5 - Поршневая емкость.
6, 7 - Кернодержатели (КД).
8 - Фильтры.
9 - Мерник "вода" (MB); мерник "нефть" (МН).
10 - Азот.
11 - Сборная колонка.
12 - Блок питания (БП).
13 - Дифференциальный манометр (ДФМ).
14 - Аналого-цифровой преобразователь (АЦП).
15 - Компьютер.
Модель гранулярного суперколлектора представляла собой пористую среду, полученную набивкой пропантом диаметром 0,540-0,994 (в среднем 0,766) мм, и имела проницаемость по воде от 3743 мД до 3263 мД.
Низкопроницаемая пористая среда была представлена полиминеральным песчаником пласта БС10 Мамонтовского месторождения с проницаемостью от 310 до 336 мД.
Эффективность способа определялась по степени снижения проницаемости высоко- и низкопроницаемых пористых сред, после фильтрации через объемную модель 0,3 объемов пор тампонирующих составов.
Результаты экспериментов по определению эффективности тампонирования гранулярных суперколлекторов представлены в таблице 3. Видно, что заявляемый способ значительно превосходит прототип по сохранению проницаемости средне- и низкопроницаемых интервалов. Заявляемый способ при этом достаточно эффективно снижает проницаемость гранулярного суперколлектора; причем проницаемость суперколлектора становится меньше проницаемости низкопроницаемой пористой среды; а проницаемость последней практически не меняется: кратность снижения всего в 1,1-1,3 раза (опыты 5-6 в таблице 3).
Дополнительным преимуществом заявляемого способа является сохранение проницаемости средне- и низкопроницаемых интервалов в условиях форсированного отбора жидкости (в таблице 3 - увеличение скорости фильтрации). Применение способа-прототипа в условиях увеличения скорости фильтрации приводит к полному блокированию средне- и низкопроницаемых интервалов (опыт 2 в таблице 3) за счет уплотнения гель-частиц в сшитом полимерном составе и торцевой забивки пористых сред.
| Таблица 3 | |||||
| Определение эффективности тампонирования гранулярного суперколлектора на объемной модели | |||||
| № опыта | Тампонирующий состав, %мас. | Проницаемость пористых сред, мД, до воздействия | Проницаемость пористых сред, мД, после воздействия | Кратность снижения проницаемости | Скорость фильтрации, м/год |
| 1 Прототип | Гель-частицы АК-639 - 0,1 | 3350 | 12 | 279 | 300 |
| Анионный полимер FP-107 - 0,25 | |||||
| Соль поливалентного катиона AX - 0,025 | 326 | 0,11 | 2964 | ||
| Остальное - вода | |||||
| 2 - Прототип с последующей форсировкой | - //- | 3743 | 15 | 246 | 300 |
| 319 | 0,02 | 15950 | 1285 | ||
| 3 Аналог /1/ | Анионный полимер FP-107 - 0,25 | 3448 | 622 | 5,5 | 300 |
| Соль поливалентного катиона AX - 0,025 | |||||
| Остальное - вода | 310 | 119 | 2,6 | ||
| 4 - Аналог /1/ с последующей форсировкой | -//- | 3263 | 843 | 3,9 | 300 |
| 336 | 287 | 1,2 | 1285 | ||
| 5 Предлагаемый способ | 1 оторочка: | 3547 | 196 | 18,1 | 300 |
| Гель-частицы АК-639 - 0,1 | |||||
| Анионный полимер FP-107 - 0,25 | 334 | 261 | 1,3 | ||
| Остальное - вода | |||||
| 2 оторочка: | |||||
| Анионный полимер FP-107 - 0,25 | |||||
| Соль поливалентного катиона AX - 0,025 | |||||
| Остальное - вода | |||||
| 6 - Предлаг. способ с последующей форсировкой | -//- | 3517 325 | 154 298 | 22,8 1,1 | 300 1285 |
Сравнение с аналогом (опыты 3-4 в таблице 3) показывает, что заявляемый способ, имея примерно равные с ним показатели по сохранению проницаемости средне- и низкопроницаемых интервалов, заметно эффективнее снижает проницаемость гранулярного суперколлектора.
Методика тестирования с использованием щелевой модели трещины.
При тестировании с использованием щелевой модели последняя представляла собой калиброванную щель прямоугольной формы, вырезанную из тампонажного цемента, с размерами:
Длина - 15 см,
Ширина- 1,5 см,
Толщина - 0, 005 см.
Щелевая модель изготовлялась из двух металлических полуколец с залитым цементным раствором; толщина щели задается металлической фольгой. Щелевая модель помещалась в кернодержатель со встроенным обжимом и подключалась к фильтрационной установке (фиг.2).
На фиг.2 обозначения аналогичны обозначениям на фиг.1 и, кроме того:
16 - металлические полукольца;
17 - цемент;
18 - щель;
19 - фольга.
Для определения эффективности тампонирования трещин через модель сначала фильтровали воду, затем один поровый объем тампонирующего состава, затем - снова воду, фиксируя при этом перепад давления по воде ΔРн (начальный) и ΔРк (конечный). Определяли фактор остаточного сопротивления R, при такой постановке опыта равный отношению перепадов давления по воде:
Rост.=ΔРк/ΔРн.
Результаты экспериментов по определению эффективности тампонирования трещин представлены в таблице 4. Видно, что заявляемый способ снижает проницаемость трещины не менее эффективно, чем прототип.
| Таблица 4 | ||
| Определение эффективности тампонирования трещин на щелевой модели | ||
| № опыта | Тампонирующий состав, %мас. | Фактор остаточного сопротивления Rост. |
| 1 прототип | Гель-частицы АК-639 - 0,1 | 7755 |
| Анионный полимер FP-107 - 0,25 | ||
| Соль поливалентного катиона AX - 0,025 | ||
| Остальное - вода | ||
| 2 Аналог /1/ | Анионный полимер FP-107 - 0,2 | 14,3 |
| Соль поливалентного катиона AX - 0,02 | ||
| Остальное - вода | ||
| 3 Аналог /3/ | Анионный полимер FP-107 - 0,05 | 5,13 |
| Бентонит - 0,5 | ||
| Остальное - вода | ||
| 4 Аналог /4/ | Биополимер БП-92 - 10,0 | 15,3 |
| Крахмал - 2,0 | ||
| Остальное - вода | ||
| 5 | 1 оторочка - диперсия гель-частиц в водном | 7239 |
| растворе полимера: | ||
| Гель-частиц АК-639 - 0,1 | ||
| Анионный полимер FP-107 - 0,25 | ||
| Остальное - вода | ||
| 2 оторочка: | ||
| Анионный полимер FP-107 - 0,25 | ||
| Соль поливалентного катиона AX - 0,025 | ||
| Остальное - вода | ||
| 6 | 1 оторочка - диперсия гель-частиц в водном растворе полимера: | 8329 |
| Гель-частиц АК-639 - 0,5 | ||
| Анионный полимер FP-107 - 0,25 | ||
| Остальное - вода | ||
| 2 оторочка: | ||
| Анионный полимер FP-107 - 0,25 | ||
| Соль поливалентного катиона AX - 0,025 | ||
| Остальное - вода |
Результаты реологического тестирования полимерных систем на основе FS-305 и FP-107 приведены на фиг.3-4 и в таблицах 5-6, а на основе АК-639 и АК-642 - на фиг.5 и в таблице 7.
На фиг.3 представлены зависимости модуля упругости G' от момента силы f как композиций FS-305 (10 г/л) и ПАА линейного строения марки FP-107 (2,5 г/л), так и их исходных составляющих.
На фиг.4 показан эффект улучшения эффективной вязкости (дисперсии FS-305 в минерализованной воде за счет добавки FP-107.
Добавка линейного полиакриламида позволяет примерно в два раза повысить модуль упругости G' и эффективную вязкость η дисперсии (табл.5-6). Увеличение этих параметров неаддитивно, то есть G' или η для заявляемой смесевой системы выше, чем сумма G' или сумма η раствора FP-107 и дисперсии FS 305 по отдельности, что говорит о структурообразовании за счет флокулирующих свойств полиакриламида.
| Таблица 5 | |||||
| Упругие свойства (исследование проводилось на реометре Carry-Med CSL2 производства компании ТА Instruments) | |||||
| Композиция, в воде | Минерализация, г/л | Температура измерения, °С | Модуль упругости G' (Па) при моменте силы f 5 мН·м | ||
| 1% FS-305 | 20 | 20 | 0,56 | ||
| 0,25% FP-107 | 20 | 20 | 0,08 | ||
| 1% FS-305+0,25% FP-107 | 20 | 20 | 1,06 | ||
| Таблица 6 | |||||
| Вязкостные свойства (исследование проводилось на реометре Carry-Med CSL2 производства компании ТА Instruments) | |||||
| Композиция, в воде | Минерализация, г/л | Температура измерения, °С | Эффективная вязкость ((Па·c) при скорости сдвига γ, с-1 | ||
| 0,3 | 1,6 | 14,5 | |||
| 1% FS-305 | 20 | 20 | 0,51 | 0,09 | 0,01 |
| 0,25% FP-107 | 20 | 20 | 0,11 | 0,07 | 0,04 |
| 1% FS-305+0,25% FP-107 | 20 | 20 | 1,03 | 0,34 | 0,1 |
На сравнительной фиг.5 представлены кривые эффективной вязкости как композиций АК-639 с ПАА линейного строения АК-642, так и их исходных составляющих. Как видим, увеличение эффективной вязкости композиции во всем диапазоне измерения неаддитивно, то есть значение ее эффективной вязкости выше, чем сумма эффективных вязкостей исходных растворов АК-642 и дисперсии АК-639.
В таблице 7 представлены показатели эффективной вязкости композиций на основе АК-639 и АК-642.
| Таблица 7 | |||||
| Значения эффективной вязкости (исследование проводилось на реометре RheoStress-1 "Haake", Германия) | |||||
| Композиция, в воде | Минерализация, г/л | Температура измерения, °С | Эффективная вязкость ((Па·с) при скорости сдвига γ, с-1 | ||
| 0,35 | 1,91 | 15,71 | |||
| 0,5% АК-639+1,5% АК-642 | 15 | 20 | 0,19 | 0,17 | 0,13 |
| 1,5% АК-642 | 15 | 20 | 0,12 | 0,1 | 0,13 |
| 0,5% АК-639 | 15 | 20 | 0,002 | 0,0005 | 0,0002 |
| 1% АК-639+1,5% АК-642 | 15 | 20 | 0,39 | 0,35 | 0,26 |
| 1,5% АК-642 | 15 | 20 | 0,12 | 0,1 | 0,08 |
| 1% АК-639 | 15 | 20 | 0,03 | 0,02 | 0,009 |
| 0,5% АК-639+1,8% АК-642 | 15 | 20 | 0,40 | 0,37 | 0,27 |
| 1,8% АК-642 | 15 | 20 | 0,15 | 0,14 | 0,12 |
| 0,5% АК-639 | 15 | 20 | 0,002 | 0,0005 | 0,0002 |
| 1% АК-639+1,8% АК-642 | 15 | 20 | 1,3 | 1,1 | 0,67 |
| 1,8% АК-642 | 15 | 20 | 0,15 | 0,14 | 0,12 |
| 1% АК-639 | 15 | 20 | 0,03 | 0,017 | 0,009 |
Таким образом, и для водной дисперсии гель-частиц АК-639 в "носителях" - растворах полимеров линейного строения АК-642 показан синергетический эффект улучшения эффективной вязкости по сравнению с дисперсией АК-639 и раствором АК-642 в минерализованной воде (таблица 7).
Сопоставление реологических свойств водополимерной системы способа-прототипа и второй оторочки заявляемого способа наглядно иллюстрирует фиг.6, где представлены зависимости от скорости сдвига эффективной вязкости водополимерных систем:
- полимера АК-642, сшитого ацетатом хрома АХ (вторая оторочка по заявляемому способу);
- смеси сшитого ацетатом хрома АХ полимера АК-642 с гель-частицами АК-639 (прототип).
Видно, что кривые эффективной вязкости двух указанных водополимерных систем практически совпадают, т.е. способ-прототип по эффективной вязкости равноценен применению второй оторочки по заявляемому способу.
Таким образом, результаты сравнительных фильтрационных и реологических тестов позволяют сделать следующие выводы.
1. Заявляемый способ значительно превосходит прототип по селективности воздействия на проницаемостно неоднородный пласт, содержащий пропластки суперколлекторов или трещины; при этом эффективность снижения проницаемости суперколлекторов и трещин по заявляемому способу и по прототипу практически одинакова, а сохранение проницаемости средне- и низкопроницаемых интервалов по заявляемому способу значительно превышает прототип.
2. Реологические свойства первой оторочки по заявляемому способу обеспечивают надежную изоляцию трещин и суперколлекторов за счет обнаруженного синергетического эффекта.
3. Реологические свойства второй оторочки по заявляемому способу не уступают способу-прототипу.
4. За счет последовательной закачки первой и второй оторочек удается значительно - на порядок - увеличить объемы закачки полимерной системы и одновременно форсировать добычу жидкости из добывающих скважин, что значительно повышает технологический эффект.
Эффективность предлагаемого способа подтверждена в промысловых условиях.
Пример 1. В четыре выбранные по карте текущих отборов нагнетательные скважины пласта АС4 месторождения "А" закачано по 200 м3 оторочки дисперсии гель-частиц в водном растворе полимера (ПАА), в качестве второй оторочки был закачан водный раствор полимера (ПАА) со сшивателем в объеме 6000 м3 в каждую скважину.
Всего в четыре нагнетательные скважины закачано 26291 м3 рабочего раствора ПАА с концентрацией в растворе 0.1% мас. Расход товарных реагентов составил 38,099 т ПАА марки Sedipur и 1,8 т суперабсорбента FS-305 для приготовления дисперсии гель-частиц.
Анализировалась динамика показателей работы скважин участка до и после воздействия по заявляемой технологии.
Анализ показал, что после воздействия обводненность снизилась с 94 до 89%, увеличилась добыча нефти. Расчет технологического эффекта по интегральной характеристике вытеснения (Камбаров; vн=4.1072E+6-1.0878E+13/Vж) показал, что дополнительно добыто 23,2 тыс. т нефти. Продолжительность эффекта составила 19 месяцев.
Пример 2. Комплексное воздействие по заявляемому способу осуществлено на участке пласта БС6 месторождения "Б". В 13 нагнетательных скважин закачали по 100 м3 первой оторочки - дисперсии гель-частиц в растворе ПАА, затем по 2400 м3 второй оторочки - раствора ПАА со сшивателем. Применялся полиакриламид марки Sedipur, в качестве сшивателя использовали ацетат хрома. Для приготовления дисперсии гель-частиц применяли ограниченно растворимый в воде полимер FS-305 с высоким коэффициентом набухания, с концентрацией 0,2-0,5% мас. Одновременно на 20 добывающих скважинах проводились мероприятия по форсированному отбору жидкости. В результате комплексного воздействия стабилизировалась обводненность, дополнительно добыто 133,3 тыс. т нефти. Продолжительность эффекта составила 32 месяца.
Источники информации
1. А.с. СССР №985255, Е 21 В 33/138, опубл.30.12.1982.
2. Патент №2039225, Е 21 В 43/22, Е 21 В 33/138, опубл.09.07.1995.
3. А.с. СССР №1710708, Е 21 В 43/22, Е 21 В 33/138, опубл.07.02.1992.
4. Патент РФ №2223396, Е 21 В 43/22, опубл.10.02.2004.
5. Патент РФ №2167281, Е 21 В 43/22, опубл.20.05.2001.
1. Способ разработки неоднородного нефтяного пласта, включающий закачку в пласт водного раствора полимера и соли поливалентного катиона с применением дисперсии гель-частиц, отличающийся тем, что дисперсию гель-частиц в водном растворе полимера закачивают в виде первой оторочки, а в виде второй оторочки закачивают водный раствор полимера и соли поливалентного катиона.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что дополнительно осуществляют форсированный отбор жидкости.
