Способ изоляции воды в призабойной зоне добывающей скважины

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности. Обеспечивает повышение эффективности изоляции притока воды. Согласно способу вначале определяют объем водоизоляционного материала. Закачивают водоизоляционный материал в скважину. Продавливают его в пласт. При этом водоизоляционный материал размещают в кольцевом пространстве призабойной зоны скважины, ограниченном эквипотенциалями. Давления на эквипотенциалях составляют от 0÷1/3 и до 1/2 от общего перепада давления между пластовыми и забойными величинами. Радиусы эквипотенциалей рассчитывают по формуле.

 

Предложение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к способам ограничения водопритока и изоляции пластовых и закачиваемых вод в добывающих скважинах.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу является способ изоляции воды в призабойной зоне добывающей скважины, включающий закачку водоизоляционного материала в скважину с предварительным определением объема водоизоляционного материала и продавку его в пласт (Изоляционные работы при заканчивании и эксплуатации нефтяных скважин / И.И.Клещенко, А.В.Григорьев, А.П.Телков. - М.: Недра. - 1998, с.143-147).

Эффективность способа изоляции воды в призабойной зоне добывающей скважины зависит от точности создания интервала изоляционного экрана, который выбирается по результатам геофизических и гидродинамических исследований. Сложность выбора интервала создания экрана иногда обусловливается невозможностью однозначно выделить нефтенасыщенные и обводненные интервалы пласта, несмотря на значительный объем исследований. Радиус экрана определяется из условия, что частная производная депрессии по радиусу депрессионной воронки не должна превышать величины:

где ρ_в - плотность пластовой воды.

Частную производную, после предварительного расчета величины депрессии по радиусу депрессионной воронки по формуле Лейбензона и предварительного определения по формуле Дюпюи установившейся забойной депрессии на стенке скважины, определяют графическим дифференцированием кривой депрессионной воронки. Далее интерполяционным путем подбирают такую протяженность радиуса экрана, на внешней границе которого будет выполняться условие (1). Эффективность данного способа изоляции воды полностью зависит от точного предварительного определения целого ряда величин, погрешность расчета которых составляет большие величины. Таким образом, недостатки данного способа очевидны - большая погрешность в расчетах определения объема закачки водоизоляционного материала, сложность, громоздкость и субъективизм расчетов, необходимость проведения комплекса предварительных трудоемких скважинных исследований и расчетов. В результате: либо перерасход, либо недостаточный объем закачки изоляционного материала. В первом случае - повышаются экономические затраты, во втором - снижается эффективность водоизоляционных работ.

Технической задачей является повышение эффективности изоляции притока воды в добывающей скважине за счет увеличения надежности блокирующего эффекта путем повышения точности определения оптимального по размерам водоизоляционного экрана, а также расширения технологических возможностей способа изоляции воды в призабойной зоне добывающей скважины, упрощения операций и снижения экономических затрат.

Поставленная задача решается описываемым способом, включающим закачку водоизоляционного материала в скважину с предварительным определением объема водоизоляционного материала и продавку его в пласт. Новым является то, что водоизоляционный материал размещают в кольцевом пространстве призабойной зоны скважины, ограниченном эквипотенциалями, давления на которых составляют от 0÷1/3 и до 1/2 от общего перепада давления между пластовыми и забойными величинами, а радиусы эквипотенциалей рассчитывают по формуле:

где R_а - радиусы эквипотенциалей, где происходит 1/2 и 0-1/3 потерь подводимого перепада давления на преодоление фильтрационных сопротивлений;

R_κ - радиус условного контура питания;

r_c - радиус скважины по долоту;

α - коэффициент, учитывающий распределение давления в призабойной зоне пласта, равный соответственно 0÷1/3 и 1/2.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемый способ обладает отличительными признаками, отсутствующими у известного способа изоляции водопритока. Эти признаки обеспечивают соответствие нового технического решения критерию «новизна». При сравнении способа не только с прототипом, но и другими известными техническими решениями в области водоизоляционных работ в добывающих скважинах не обнаружены решения, обладающие совпадающими с отличительными признаками предлагаемого изобретения, выполняющие аналогичную техническую задачу. Это позволяет сделать вывод о соответствии нового технического решения критерию «изобретательский уровень».

В заявляемом способе решается задача повышения эффективности изоляции воды в призабойной зоне добывающих скважин. Задача решается нестандартными взаимосвязанными операциями расчета размещения водоизодяционного материала в строго определенном кольцевом пространстве вокруг ствола скважины, представляющем собой по геометрии коаксильный цилиндр, высота которого равна толщине обводненного пласта, а наружный и внутренний радиусы цилиндра равны расстояниям в радиальном направлении от оси скважины, где происходит соответственно 0÷1/3 и 1/2 часть потерь подводимого перепада давления на преодоление фильтрационных сопротивлений, при этом расчет этих расстояний (радиусы эквипотенциален) ведут по предлагаемой формуле. Эквипотенциаль - условная изолиния вокруг скважины, на которой перепад давления между пластовыми и забойными значениями составляет одну величину. Внешний радиус коаксильного цилиндра соответствует эквипотенциали с величиной 1/2 доли полного перепада давления, а внутренний радиус цилиндра может изменяться (соответствовать эквипотенциалям) от 0 до 1/3 доли полного перепада давления.

Предлагаемый способ позволяет достичь нового технического эффекта за счет установки в призабойной зоне пласта оптимального по размеру водоизоляционного экрана, обеспечивающего изоляцию водопритока по определяющему эффективность критерию энергетики пласта - перепаду давления; при этом экран обеспечивает нейтрализацию от 1/6(1/2-1/3) до 1/2(1/2-0) доли полного перепада давления. Аналогичных решений (одновременно простых, универсальных и эффективных) в области оптимизации водоизоляционных работ в скважинах в мире пока нет.

Способ на практике реализуется следующим образом.

Объемы водоизоляционного состава и продавочной жидкости определяются исходя из текущих значений приемистости скважины и следующих параметров:

- условного радиуса контура питания - R_K, м (определяют по сетке скважин и принимают как среднее расстояние между скважинами);

- радиуса скважины по долоту - r_C, м;

- толщины нефтенасыщенной части пласта - h_HH, м;

- пористости - m, доли ед.;

- вязкости нефти и воды в пластовых условиях - μ_н и μ_в, мПа·сек;

- обводненности - В, доли ед.

В качестве водоизоляционного материала используют, например, гипан, жидкое стекло, их смеси, фенолформальдегидные смолы, нефтецементные смеси и другие известные материалы. Порядок расчета объема изоляционного материала основан на представлении о геометрической форме изоляционного экрана в виде коаксиального цилиндра, габаритные размеры которого определяют такие параметры, как высота цилиндра h_ИЗ, м; наружный радиус R_Н, м; внутренний радиус R_Â, м.

Объем изоляционного материала V_из, м³, вычисляют по формуле:

где π=3,14; m - пористость, доли ед.

Изоляционный материал размещают в кольцевой зоне с наружным радиусом R_H=R_1/2, и внутренним радиусом R_B=R₀...R_1/3, где R_1/2 и R_1/3 - расстояния в радиальном направлении от оси скважины, где происходит половина и одна треть потерь подводимого перепада давления (разница между пластовым и забойным давлением) на преодоление фильтрационных сопротивлений. Внутренний радиус может быть от R₀ (внутренний радиус коаксильного цилиндра равен в этом случае радиусу скважины по долоту) до R_1/3. Объем водоизоляционного материала, обеспечивающего достижение наружного радиуса более R_1/2 (эквипотенциали с более 1/2 доли полного перепада давления), энергетически и экономически нецелесообразен.

Расчет радиуса R_α, определяющего размер зоны заданных потерь полного перепада давления, определяют по формуле:

Значение параметра h_ИЗ определяют по формуле:

где δ=-0,4...0,6 - поправочный коэффициент на продуктивную часть пласта толщиной h_НН, доли ед.

Поправочный коэффициент δ определяет долю нефтенасыщенной части пласта по разрезу, эффективно проявляющей нефтью при вводе скважины в эксплуатацию;

ξ_max - поправочный коэффициент, определяющий долю обводненной части продуктивного пласта, доли ед.

Значение поправочного коэффициента ξ определяют по формуле:

Объем продавочной жидкости рассчитывают по формуле:

V_ПЖ=V_MB+V_НКТ

где V_МВ - объем продавочной жидкости, м³;

V_НКТ - объем продавочной жидкости на основе жидкости глушения (внутренний объем колонны насосно-компрессорных труб), м³.

Пример конкретного исполнения (проектирования) способа.

Предлагаемый способ испытан на скважине №1544 Ромашкинского месторождения.

Исходные данные: плотность сетки скважин - 600×600 м, радиус скважины по долоту - 0,11 м, интервал перфорации 1700-1705 м, эффективная толщина пласта - 5 м, пористость - 20%, содержание воды в продукции скважины - 90%, вязкость нефти и воды в пластовых условиях - соответственно 4,0 и 1,0 мПа·сек, длина 2,5^// колонны НКТ - 1706 м.

Алгоритм расчета

R_1/3=300^1/3·0,11^1-1/3=1,54 м

R_1/2=300^1/2·0,11^1-1/2=5,74 м

h_ИЗ=0,6×0,692×5=2,1

Объем изоляционного материала, м³:

V_из=3,14×0,2×(5,74²1,54²)×2,1=40,3

Объем продавочной жидкости, м³:

V_МВ=3,14×0,2×(1,54²-0,11²)×2,1+3,14×0,11²×5=3,3

V_НКТ=3,14×0,031²×1706=5,5

V_ПЖ=3,3+5,5=8,8.

По спущенной до интервала нижних перфорационных отверстий колонне насосно-компрессорных труб (НКТ) закачали водоизолирующий материал гипан-жидкое стекло при открытой задвижке на межтрубье. Закачку в скважину водоизоляционного материала вели до приподъема уровня жидкости (водоизоляционного материала) в межтрубье до интервала кровли пласта. Закрыли задвижку на межтрубье. Продавили водоизоляционный материал в расчетном объеме - 40,3 м³ в интервал водопритока. Расчетный объем продавочной жидкости 8,8 м³ обеспечил отодвигание оторочки водоизоляционного материала на заданное расстояние от стенки скважины, в данном случае на 1,54 м. Далее скважину оставили под давлением на время структурирования и схватывания водоизоляционного материала. Необходимо отметить, что весь расчет необходимых объемов технологических жидкостей занял всего 15 мин. Водоизоляционный экран сформировался в кольцевом пространстве призабойной зоны скважины, ограниченного эквипотенциалями, давления на которых составили 1/3 и 1/2 от общего перепада давления между пластовыми и забойными величинами.

После выхода скважины №1544 на режим получены следующие результаты: обводненность снизилась в 3 раза, с 95-97% до 33-35%; дебит скважины по нефти увеличился в 5 раз, с 0,9-1,2 т/сут до 4,5-5,5 т/сут. Эффект стабильно продолжается в течение 9 мес.

На соседней скважине №1542 (аналогичной со скважиной №1544 конструкции) был испытан известный способ по прототипу. Расчет потребного объема водоизоляционного материала был выполнен в течение 7 суток (по результатам гидродинамических исследований были уточнены следующие исходные данные: проницаемости, гидропроводность, дебиты по жидкости и нефти, упрогоемкость жидкости нагнетания, пьезопроводность, определялась приемистость скважины, упругоемкость породы-коллектора и др). Протяженность радиуса экрана (при плотности пластовой воды 1170 кг/м³) оказалась равной 120 см при частной производной равной 0,02. Потребный объем изоляционного материала при этом составил 20 м³.

В скважину закачали 20 м³ изоляционного материала гипан + жидкое стекло, продавили в пласт 5 м³ продавочной жидкости. Оставили на реагирование (схватывание) растворов. После изоляционных работ скважина была пущена в эксплуатацию.

После выхода скважины на постоянный режим эксплуатации получены следующие результаты: произошло снижение обводненности продукции с 93% до 78%, увеличение дебита нефти составило с 1,1 т/сут до 2,0-2,3 т/сут. Эффект продолжался в течение 3 мес. Затем потребовалось проведение повторных операций по изоляции воды.

Сравнительный анализ результативности предлагаемого способа изоляции воды показал, что новый способ в 2,5-3 раза эффективнее известного способа изоляции воды в призабойной зоне добывающей скважины.

Таким образом, промысловые испытания предлагаемого нового способа изоляции воды в призабойной зоне добывающей скважины показали его высокую технологическую и экономическую эффективность. Планируется широкое промышленное внедрение данного способа изоляции воды на промыслах ОАО «Татнефть», которое обеспечит снижение обводненности продукции, увеличение дебита скважин по нефти за счет повышения надежности блокирующего эффекта путем повышения точности определения оптимального по размерам водоизоляционного экрана, а также расширения технологических возможностей способа изоляции воды в призабойной зоне добывающей скважины, упрощения операций и снижения экономических затрат.

Способ изоляции воды в призабойной зоне добывающей скважины, включающий закачку водоизоляционного материала в скважину с предварительным определением объема водоизоляционного материала и продавку его в пласт, отличающийся тем, что водоизоляционный материал размещают в кольцевом пространстве призабойной зоны скважины, ограниченного эквипотенциалями, давления на которых составляют от 0÷1/3 и до ¹/₂ от общего перепада давления между пластовыми и забойными величинами, а радиусы эквипотенциалей рассчитывают по формуле

где R_α - радиусы эквипотенциалей, где происходит 1/2 и 0÷1/3 потерь подводимого перепада давления на преодоление фильтрационных сопротивлений;

R_κ - радиус условного контура питания;

r_с - радиус скважины по долоту;

α - коэффициент, учитывающий распределение давления в призабойной зоне пласта, равный соответственно 0÷1/3 и 1/2.