СПОСОБ ДОБЫЧИ НЕФТИ Российский патент 1997 года по МПК E21B43/22 

Изобретение относится к области нефтедобывающей промышленности, в частности к способам добычи нефти из неоднородного пласта с проведением изоляционных работ для выравнивания профиля приемистости нагнетательных и уменьшения водопритока добывающих скважин с помощью вязко-упругих составов на основе полиакриламида.

Известны способы выравнивания профиля проницаемости неоднородного пласта путем закачки в пласт смеси раствора полимера, например полиакриламида (ПАА), со сшивающим агентом, в качестве которого применяют соли хрома. При этом для регулирования времени сшивки в состав вводят неорганическую кислоту [1] Однако эти способы имеют ограниченное применение по ряду причин: 1) высокая токсичность солей шестивалентного хрома, 2) отсутствие отечественного производства солей трехвалентного хрома и как следствие необходимость дорогостоящего импорта.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ [2] предусматривающий закачку водного раствора полиакриламида и соли алюминия. Соли алюминия в отличие от солей трехвалентного хрома производятся в СНГ, дешевы и экологичны. Однако скорость сшивки ПАА алюминием гораздо выше, чем сшивка хромом (несколько минут для алюминия и до суток для хрома). Поэтому сложно регулировать время гелеобразования в пласте.

Кроме того, для обоих известных способов характерен еще один недостаток: высокая механическая и солевая деструкция полиакриламида. При закачке в пласт растворов ПАА 40-60% его вязкоупругих свойств теряется в результате механической (при прохождении по трубам и через перфорационные отверстия) и солевой (при контакте в пласте с соленой водой) деструкции.

Целью предлагаемого способа является повышение эффективности добычи нефти за счет регулирования времени гелеобразования в пласте и снижения механической и солевой деструкции ПАА.

Поставленная цель достигается тем, что в способе добычи нефти путем последовательной закачки в пласт раствора полиакриламида и соли алюминия между оторочками полиакриламида и соли алюминия закачивают оторочку пресной воды, размер которой определяют из уравнения (1):
V_воды = π[X²-(X-l_1,2)²]•h•m,
где V_воды объем промежуточной оторочки воды, м³
X расстояние от забоя скважины до места образования вязко-упругого состава, м
l зона смешения закачиваемых реагентов с водой (l₁ раствора ПАА с водой, l₂ соли алюминия с водой), м
h толщина обрабатываемого высокопроницаемого участка, м
m пористость обрабатываемого высокопроницаемого участка, доли единицы.

Другим отличием способа является то, что раствор ПАА закачивают в пласт концентрацией, определяемой из уравнения (2):

С концентрация закачиваемого в пласт раствора ПАА, вес.

С₁ концентрация ПАА в пласте после разбавления водой, вес.

V₁ объем оторочки ПАА, м³,
V₁ объем промежуточной оторочки воды, м³,
V₁ объем оторочки соли алюминия, м³.

Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом позволяет сделать вывод о том, что заявляемый способ соответствует критерию изобретения "новизна".

Закачка между оторочками полиакриламида и соли алюминия оторочки пресной воды строго определенного размера позволяет перенести зону смешения ПАА и ионов Al на требуемое расстояние и таким образом регулировать время гелеобразования (образования вязко-упругой системы).

Получение в пласте необходимой для гелеобразования концентрации ПАА путем разбавления более концентрированного деструктированного раствора позволяет снизить его механическую и солевую деструкцию.

В лабораторных условиях обнаружен эффект повышения качества некоторых марок ПАА путем разбавления до требуемой (стандартной) концентрации предварительно деструктированных более концентрированных растворов. Такое повышение качества составляет по механической деструкции 1,4 1,7 раза, а по солестойкости 2-4 раза.

Закачиваемый с поверхности концентрированный раствор ПАА, проходя через скважинное оборудование и пористую среду, подвергается деструкции, но затем при разбавлении в пласте водой следующей за ним оторочки до более низкой концентрации он частично восстанавливает свои вязкостные свойства и превосходит по этому показателю раствор ПАА, который был бы закачан в пласт сразу такой же низкой концентрации.

Таким образом, оторочка воды между раствором ПАА и солью алюминия несет двойную функцию: отодвигает зону смешения ПАА и Al на требуемое расстояние и разбавляет концентрированный раствор ПАА до необходимой концентрации.

Признаки, отличающие заявляемое техническое решение от прототипа, не выявлены в других технических решениях при изучении данной области техники и, следовательно, обеспечивают заявляемому решению соответствие критерию "существенные отличия".

В промысловых условиях способ осуществляют следующим образом.

На участках неоднородного нефтяного пласта, пробуренного как минимум одной нагнетательной (Н) и одной добывающей (Д) скважинами, расположенными на расстоянии L м, разработка которого ведется путем закачки воды в H скважину, проводят комплекс гидродинамических исследований (снимают профиль приемистости Н и профиль притока Д скважины). На основании этих исследований определяют наличие в пласте высокопроницаемого обводненного пропластка, его протяженность по отношению к забою скважины (Х), а также его параметры: толщину (h) и ширину (S), проницаемость (k); толщину (h₁) и проницаемость остальной части продуктивного пласта (k₁), вязкость нефти (μ_н).

На основании проведенных ранее лабораторных исследований определяют оптимальные концентрации и соотношения используемых в данном конкретном случае реагентов модификации ПАА и соли алюминия, а также замеряют вязкость раствора ПАА (μ_ПАА) соли алюминия (μ_Al), образующегося вязко-упругого состава (μ_ВУС) и воды в разделительной оторочке (μ_воды).

Из соотношений находят зоны смешения раствора ПАА с водой (l₁) и раствора соли Al с водой (l₂). Далее рассчитывают объемы промежуточной оторочки для l₁ и l₂ по уравнению (1), при этом из двух рассчитанных оторочек выбирают меньшую по объему. Как показали исследования, при этом уменьшается адсорбция полимера на поверхности породы.

Закачиваемый с поверхности раствор ПАА концентрацией С разбавляется в пласте до оптимальной концентрации гелеобразования С₁ водой промежуточной оторочки и раствором соли Al. Поэтому на поверхности готовят раствор ПАА, концентрация которого во столько раз превосходит пластовую, во сколько раз суммарный объем всех реагентов больше объема закачиваемого раствора ПАА. Закачиваемую концентрацию раствора ПАА рассчитывают из уравнения (2). В этом уравнении неизвестными величинами являются объем раствора ПАА (V₁) и объем раствора соли Al (V₃). Объем раствора ПАА рассчитывают из уравнения (3) [3]

Объем раствора соли алюминия (V₃) рассчитывают из эмпирически установленных оптимальных соотношений между разбавленным раствором ПАА и солью алюминия.

На поверхности в одной емкости готовят раствор ПАА концентрацией С, в другой раствор соли алюминия. Приготовленные реагенты закачивают в пласт в такой последовательности: сначала оторочку ПАА, за ней оторочку пресной воды и затем оторочку соли алюминия. После закачки расчетных объемов реагентов скважину останавливают на время, достаточное для протекания гелеобразования.

В случае если высокопроницаемый участок обнаружен в призабойной зоне скважины (например, добывающей), т.е. расстояние до него практически равно нулю и таким образом времени гелеобразования достаточно для продвижения сшивающейся системы на всю глубину обрабатываемой зоны, тогда отпадает необходимость в разделительной оторочке. На поверхности готовят раствор ПАА 0,5% -ной концентрации, каким он должен быть в пласте.

Во избежание преждевременного перемешивания растворов в скважине их заканчивают совместно-раздельно: раствор ПАА по насосно-компрессорным трубам, а раствор сульфата алюминия по затрубью. На забое скважины, т.е. в призабойной зоне, эти растворы начнут перемешиваться.

Пример конкретного исполнения способа. Участок Сармановской площади Ромашкинского месторождения разбурен по рядной системе 10 нагнетательными и 40 добывающими скважинами и разрабатываются в течение 15 лет закачкой воды. По прошествии этого времени резко, в течение 1 года, обводненность добывающей скважины N 12149 увеличилась с 40 до 70%
В результате гидродинамических исследований обнаружено наличие высокопроницаемого пропластка, расположенного на расстоянии (Х) 20 м от забоя нагнетательной скважины.

Определяют параметры пласта и пластовых флюидов: h₁=3 м; h₂=5 м; k₁=1 мкм²; k₂=0,2 мкм²; m=23% L=300 м, μ_н60,0 мПа•с.

Для его закупорки и выравнивания фильтрационного сопротивления пропластков используют ПАА марки Mylock-310, являющегося водорастворимым гидролизованным полимером молекулярного веса 4,8 млн.ед. соль сернокислого алюминия (ГОСТ 19-966-75) и пресную воду.

В лабораторных условиях установлено, что оптимальные концентрации исходных реагентов и их объемные соотношения с точки зрения образования прочного вязко-упругого состава следующие: концентрация Mylock-310 0,5% концентрация сульфата алюминия 5% при их объемных соотношениях 10:1. Вязкость 0,5%-ного раствора Mylock-310 составляет 15 мПа•с, 5% -ного раствора Al₂(SO₄)₃ 1,3 мПа•с, пресной воды 1,0 мПа•c, образующегося ВУС 20000 мПа•с.

Рассчитывают зоны смешения l₁ и l₂ по формуле l = C•X^α, где С и α эмпирические коэффициенты, определяемые из соотношения вязкостей смешиваемых оторочек [4] При X=20 м для оторочек ПАА и воды при m_ПАА/μ_воды 15 зона смешения l₁ 12 м. Для оторочек соли Al и воды при μ_Al/μ_воды 1,3 зона смешения l₂ 5,0 м.

Отсюда рассчитывают по уравнению (1) два значения промежуточной оторочки воды V_1вода= 3,14/20²-(20-12)²/•3,0•0,23= 728 м³; V_2вода= 3,14/20²-(20-5)²/•3,0•0,23=380 м³.

Из двух расчетных значений V₁ и V₂ выбирают наименьшее.

Далее рассчитывают объем оторочки Mylock-310

Объем оторочки сульфата алюминия составляет 1/10 часть от разбавленного раствора ПАА, т.е. 1/10(248,3+380)=62,8 м³.

Концентрация исходного раствора Mylock-310
.

На поверхности в одной емкости готовят 250 м³ раствора Mylock-310 концентрацией 1,4% в другой емкости 63 м³ раствора сернокислого алюминия концентрацией 5% Приготовленные реагенты закачивают в пласт в следующей последовательности: 250 м³ 1,4%-ного раствора Mylock-310, 380 м³ пресной воды и 63 м³ 5%-ного раствора Al₂(SO₄)₃. После этого останавливают скважину на время, достаточное для протекания гелеобразования (в данном конкретном случае 3 сут), после чего возобновляют процесс добычи нефти.

В лабораторных условиях проведены испытания предлагаемого способа в сравнении с известным. Моделировали двухслойный пласт, для этого использовали двухтрубную систему (длина труб 1,5 м, внутренний диаметр 25 мм), набитую кварцевым песком с разным размером зерен. Трубы были соединены таким образом, что имели общий вход и раздельные выходы. Пористую среду насыщали нефтью, которую вытесняли водой.

Известный способ степень отмыва нефти водой 66% В модель последовательно закачали 63 см³ 0,5% раствора Mylock-310 и 6 см³ 5% раствора Al₂(SO₄)₃.

Предлагаемый способ. Степень отмыва нефти водой 68% В модель последовательно закачали 25 см³ 1,4% раствора Mylock-310, 38 см³ пресной воды и 6,3 см³ 5% раствора Al₂(SO₄)₃.

После закачки указанных реагентов модели оставляли в покое на трое суток для прохождения гелеобразования, затем из обеих моделей продолжили вытеснение нефти водой при перепаде давления 1,5 атм. В 1-й модели (известный способ) через сутки перепад давления упал до 1,0 атм произошел прорыв воды, конечный коэффициент нефтеотдачи составил 69% т.е. прирост ΔK69-66=3%
Во 2-й модели (предлагаемый способ) перепад давления 1,5 атм поддерживался до конца процесса вытеснения. Конечный коэффициент нефтеотдачи составил 78% прирост ΔK₂78-68=10%
Таким образом, применение предлагаемого способа позволило увеличить прирост коэффициента нефтеотдачи в 3,3 раза по сравнению с известным.

Влияние разбавления концентрированных растворов на механическую и солевую деструкцию изучали следующим образом.

По стандартным методикам готовили 1%-ный раствор полимера Mylock-310 в пресной воде, производили его механическое деструктирование путем интенсивного перемешивания на механической мешалке, затем разбавляли его пресной и минерализованной (100 г/л) водой в соотношении 1:1, т.е. доводили до концентрации 0,5% после чего измеряли вязкость полученных растворов - предлагаемый способ. Таким образом, моделировали механическую деструкцию концентрированного раствора ПАА, которая обязательно имеет место при движении его в наземном оборудовании, через перфорационные отверстия и прискважинную часть пласта, с последующим разбавлением деструктированного раствора пресной или минерализованной водой до величины концентрации, оптимальной с точки зрения гелеобразования (в нашем случае 0,5%).

Одновременно готовили 0,5%-ные растворы Mylock-310 на пресной и минерализованной (с содержанием солей 50 г/л) водах, подвергали их механической деструкции и определяли вязкости полученных растворов известный способ.

Полученные величины динамической вязкости приведены в таблице.

Как видно из таблицы, повышение стойкости раствора полимера по предлагаемому способу к механической деструкции составляет 22,5 15,0 1,5 раза, а к солевой деструкции 18,0 4,8 3,75 раза по сравнению с известным способом.

Технико-экономическое преимущество предлагаемого способа в сравнении с известным заключается в возможности регулирования времени гелеобразования в пласте и снижения механической и солевой деструкции.

Изобретение относится к области нефтедобывающей промышленности, в частности к способам добычи нефти из неоднородных пластов с проведением изоляционных работ для выравнивания профиля приемистости нагнетательных и уменьшения водопритока добывающих скважин с помощью вязко-упругих составов на основе полиакриламида. Способ включает последовательную закачку в пласт растворов полиакриламида и соли алюминия. Между оторочками полиакриламида и соли алюминия закачивают оторочку пресной воды, размер которой определяется из уравнения. Раствор полиакриламида закачивают в пласт с концентрацией, определяемой из уравнения. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

1. Способ добычи нефти путем последовательной закачки в пласт растворов полиакриламида и соли алюминия, отличающийся тем, что между оторочками полиакриламида и соли алюминия закачивают оторочку пресной воды, объем которой определяют из уравнения
Y_воды = π[X²-(X-l_1,2)²]•h•m,
где Y_{в о д ы} объем промежуточной оторочки, м³;
X расстояние от забоя скважины до места образования вязкоупругого состава, м;
l зона смешения закачиваемых реагентов с водой (l₁ раствора полиакриламида с водой, l₂ соли алюминия с водой), м;
h толщина обрабатываемого высокопроницаемого участка, м;
m пористость обрабатываемого высокопроницаемого участка, доли единицы,
при этом из двух рассчитанных оторочек выбирают меньшую по объему. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что раствор полиакриламида закачивают в пласт концентрацией, определяемой из уравнения

где C концентрация закачиваемого в пласт раствора полиакриламида, мас.

C₁ концентрация полиакриламида в пласте после разбавления водой, мас.

Y₁ объем оторочки полиакриламида, м³;
Y₂ объем промежуточной оторочки воды, м³;
Y³ объем оторочки соли алюминия, м³.