СПОСОБ ИЗОЛЯЦИИ ПРИТОКА ПЛАСТОВЫХ ВОД Российский патент 1998 года по МПК E21B43/32 

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и может быть использовано для изоляции притока пластовых вод в скважинах при разработке месторождений заводнением с целью увеличения нефтеотдачи пластов.

Известен способ изоляции притока пластовых вод, включающий циклическую закачку водных растворов хлорида кальция и кальцинированной соды с концентрациями (мас.%) соответственно 20 - 21 и 19 - 20 в соотношении 1:1 [1]. Недостатком способа является низкая эффективность на пластах с зональной неоднородностью, обусловленная образованием осадка карбоната кальция в прискважинной зоне пласта (ПЗП).

Наиболее близким техническим решением, взятым за прототип, является способ изоляции притока пластовых вод, включающий последовательную закачку водного раствора хлорида кальция и 6 - 10%-ного раствора сульфата натрия с соотношением реагентов 1:1 [2].

Основным недостатком способа является низкая эффективность при использовании на высокопроницаемых пористых и трещиновато-пористых коллекторах, что обусловлено отсутствием изолирующего действия способа в ПЗП скважины и замедленным образованием осадка в объеме пласта. Кроме того, недостатком способа является необходимость использования растворов в ограниченной области концентраций реагентов и при их эквивалентном соотношении.

Задачей предлагаемого изобретения является снижение проницаемости водопромытых интервалов нефтяного пласта с целью перераспределения фильтрационных потоков в прискважинной зоне пласта скважины и в объеме пласта и подключения к разработке слабодренируемых и застойных зон.

Поставленная задача решается путем использования способа изоляции притока пластовых вод, способствующего образованию в водопромытых интервалах малорастворимых осадков и увеличения в них фильтрационного сопротивления закачиваемой в пласт воде.

Сущностью предлагаемого способа изоляции притока пластовых вод является закачка в пласт соли многоосновной кислоты и водного раствора соли щелочноземельного металла, при этом предусматривают, что первоначально закачивают водный раствор или суспензию в воде, содержащие 1 - 30 мас.% соли многоосновной кислоты или смеси солей многоосновных кислот, приготовленных на воде, содержащей до 20 г/л солей кальция и магния, а затем закачивают водный раствор соли щелочноземельного металла и одноосновной кислоты, при этом соотношение последовательно закачиваемых солей составляет 1:(0,1-1). В рамках способа в качестве соли многоосновной кислоты используют преимущественно натрия сульфат, натрия карбонат, натрия метасиликат, натрия гексафторсиликат, алюминия натрия сульфат, кальция дигидрофосфат или составы на их основе, а в качестве соли щелочноземельного металла и одноосновной кислоты используют преимущественно хлорид кальция или магния, или бария.

Предложенная последовательность закачки реагентов, содержание соли многоосновной кислоты или смеси солей многоосновных кислот в растворе или суспензии, а также предлагаемые для закачки вода и соотношение реагентов обеспечивают снижение проницаемости водопромытых интервалов пласта вблизи прискважинной зоны пласта и в объеме пласта и способствуют перераспределению фильтрационных потоков с целью увеличения нефтеотдачи. Указанная направленность действия способа обусловлена протеканием в пластовых условиях ряда процессов. Закачиваемые в пласт соли многоосновных кислот при взаимодействии с солями кальция и магния, содержащимися в пластовой или закачиваемой воде, а также с дополнительно закачиваемой солью щелочноземельного металла и одноосновной кислоты способны образовывать осадки, блокирующие поры и трещины пласта. Образование осадков происходит исключительно в водопромытых интервалах, так как соли многоосновных кислот закачиваются на первом этапе, что предотвращает их проникновение в нефтенасыщенные интервалы. При закачке солей многоосновных кислот в виде суспензии в воде возможно увеличение концентрации солей в закачиваемой воде выше растворимости при обычной температуре за счет нагрева воды по мере ее продвижения по стволу скважины. Это позволяет увеличить количество осадка, образующегося в объеме закачиваемой жидкости и усилить воздействие на пласт. При неполном растворении соли многоосновной кислоты в воде или в случае взаимодействия соли многоосновной кислоты с солями кальция и магния с образованием осадка в пласт закачивается твердая фаза, которая обеспечивает предварительную кольматацию наиболее крупных пор и трещин.

Существенными отличительными признаками являются:
1. Предлагаемая последовательность закачки реагентов в пласт. Первоначально закачивают соль многоосновной кислоты или смесь солей многоосновных кислот. Затем закачивают раствор соли щелочноземельного металла и одноосновной кислоты. Выбор указанной последовательности закачки реагентов обусловлен их различным характером взаимодействия с породой пласта. Анионы солей многоосновных кислот способны адсорбироваться на поверхности породы, катионы щелочноземельных металлов адсорбируются в меньшей степени. Поэтому скорость их распространения в объеме пласта различная. Предложенная последовательность закачки обеспечивает возможность наиболее эффективного смешения и взаимодействия реагентов в пористой среде с образованием осадка. Кроме того, первоначальная закачка соли многоосновной кислоты или смеси солей многоосновных кислот предотвращает их попадание в нефтенасыщенные интервалы и обеспечивает образование осадка только в водопромытых интервалах.

2. Закачка соли многоосновной кислоты или смеси солей многоосновных кислот в виде раствора или суспензии в воде с содержанием соли 1 - 30 мас.%. Использование различных форм (раствор или суспензия) для закачки в пласт солей многоосновных кислот и их различную растворимость в воде позволяет регулировать концентрацию соли в растворе, долю нерастворившейся соли, количество образующегося осадка и глубину его проникновения в пласт. Нерастворившаяся часть соли способствует временной кольматации водопромытых интервалов. При закачке смеси солей многоосновных кислот образуются осадки различной дисперсности и плотности и, как следствие, проникающей и кольматирующей способности.

3. Использование для приготовления водного раствора или суспензии в воде соли многоосновной кислоты или смеси солей многоосновных кислот воды, содержащей до 20 г/л солей кальция и магния. Это позволяет получать часть осадка в стволе скважины и с его помощью снижать проницаемость наиболее крупных пор и трещин непосредственно в ПЗП скважины, создавая условия для ограничения притока пластовых вод в водопромытые интервалы и перераспределения фильтрационных потоков в пласте.

4. Выбор соотношения соли многоосновной кислоты или смеси солей многоосновных кислот и соли щелочноземельного металла и одноосновной кислоты в пределах 1: (0,1-1). Такое соотношение последовательно закачиваемых солей позволяет регулировать скорость осадкообразования и глубину проникновения осадка в пласт. Полнота выделения осадка достигается за счет наличия естественного реагента - солей кальция и магния в закачиваемой и/или пластовой воде.

5. Использование в качестве соли многоосновной кислоты (СМК) натрия сульфата, аммония сульфата, натрия карбоната, натрия метасиликата, натрия гексафторосиликата, натрия-алюминия сульфата, натрия фосфата, кальция дигидрофосфата и т.п. Указанные вещества образуют с солью щелочноземельного металла и одноосновной кислоты малорастворимые осадки, различающиеся проникающим и кольматирующим действием, что позволяет воздействовать на пласты с различными геолого-физическими характеристиками.

6. Использование в качестве соли щелочноземельного металла и одноосновной кислоты кальция хлорида, кальция нитрата, магния хлорида, бария хлорида. Указанные вещества способны эффективно высаждать анионы многоосновных кислот с образованием осадков различной дисперсности.

Для реализации разработанного способа используют товарные реагенты и составы на их основе:
соль многоосновной кислоты: натрия сульфат, аммония сульфат, натрия-алюминия сульфат, натрия карбонат, натрия метасиликат, натрия гексафторосиликат, натрия фосфат, кальция дигидрофосфат, жидкое стекло, сульфатно-содовая смесь (технический продукт - смесь натрия сульфата и натрия карбоната) и т.п.;
соль щелочноземельного металла и одноосновной кислоты: кальция хлорид, кальция нитрат, магния хлорид, бария хлорид.

Эффективность предлагаемого и известного способов исследовали в лабораторных условиях путем оценки их изолирующего действия и влияния на процесс фильтрации жидкости, прокачиваемой через неоднородную модель нефтяного пласта. Оценку эффективности проводили по изменению скорости фильтрации через высокопроницаемый и низкопроницаемый пропластки и по приросту коэффициентов нефтевытеснения.

Исследования проводили на установке, сконструированной на базе стандартной установки типа УИПК. Установка моделирует реальные пластовые условия и позволяет поддерживать необходимые давление и температуру, а также контролировать расход воды и нефти, фильтрующихся через модель пласта.

В качестве модели пласта использовали две стальные колонки длиной 60 см и диаметром 3,7 см, заполненные дезинтегрированным керном и имитирующие пропластки различной проницаемости. Проницаемость колонок варьировалась от 217 до 948 мД, соотношение проницаемостей в модели составляло 1,8 - 3,3. Подготовку модели пласта и жидкостей к экспериментам проводили в соответствии с СТП 0148070-013-91 "Методика проведения лабораторных исследований по вытеснению нефти реагентами".

Пример 1. Определение эффективности изолирующего действия способа и прироста коэффициента нефтевытеснения в условиях, моделирующих пластовые.

Модель пласта с соотношением проницаемостей колонок, равным 2,9, насыщают минерализованной водой с содержанием солей кальция и магния 5 г/л, а затем нефтью. Далее модель термостатируют при температуре 75^oC и вытесняют нефть минерализованной водой до 100%-ного обводнения извлекаемой жидкости. По окончании замеряют скорости фильтрации жидкости через колонки, давление в системе и рассчитывают коэффициент вытеснения нефти водой.

Затем в соответствии с разработанным способом в модель пласта закачивают подогретый до 75^oC 25%-ный раствор соли многоосновной кислоты - сульфата натрия (в реальных промысловых условиях это соответствует закачке суспензии сульфата натрия при температуре 20^oC и последующего растворения сульфата натрия за счет нагрева воды в стволе скважины) в минерализованной воде с содержанием солей кальция и магния 5 г/л объемом 10% Vпор. Далее закачивают буфер воды и 10%-ный раствор соли щелочноземельного металла и одноосновной кислоты - хлорида кальция объемом 10% Vпор (опыт 6, соотношение реагентов ≈ 1: 0,4). По окончании через модель прокачивают минерализованную воду до прекращения выделения нефти из модели пласта. Замеряют скорости фильтрации жидкости через колонки, давление в системе и рассчитывают прирост коэффициента нефтевытеснения.

Пример 2. Определение эффективности изолирующего действия способа и прироста коэффициента нефтевытеснения в условиях, моделирующих пластовые.

Модель пласта с соотношением проницаемостей колонок, равным 2,7, насыщают минерализованной водой с содержанием солей кальция и магния 10 г/л, а затем - нефтью. Далее модель термостатируют при температуре 75^oC и вытесняют нефть минерализованной водой до 100%-ного обводнения извлекаемой жидкости. По окончании замеряют скорости фильтрации жидкости через колонки, давление в системе и рассчитывают коэффициент вытеснения нефти водой.

Затем в модель пласта в соответствии с предлагаемым способом закачивают раствор, содержащий смесь солей многоосновных кислот 5 мас.% карбоната натрия и 5 мас. % фосфата натрия) в минерализованной воде с содержанием солей кальция и магния 10 г/л объемом 10% Vпор. Далее закачивают буфер воды и 10%-ный раствор соли щелочноземельного металла и одноосновной кислоты - хлорида бария объемом 10% Vпор (опыт 7, соотношение реагентов ≈1:0,6). По окончании через модель прокачивают минерализованную воду до прекращения выделения нефти из модели пласта. Замеряют скорости фильтрации жидкости через колонки, давление в системе и рассчитывают прирост коэффициента нефтевытеснения.

Аналогичным образом в рамках предложенного способа, изменяя объемы и концентрации закачиваемых реагентов, проводят испытания при других соотношениях реагентов. Эффективность способа по прототипу оценивают в тех же условиях, при этом первоначально закачивают раствор хлорида кальция. Результаты опытов представлены в таблице.

В опытах 1, 11 и 12 (см. таблицу) представлены результаты испытаний разработанного способа при запредельных значениях выбранных параметров, а в опытах 2 и 9 - при предельных значениях параметров, определяющих область наиболее эффективного использования способа.

Выбранные значения параметров и полученные результаты обусловлены следующими причинами. Диапазон используемых концентраций солей многоосновных кислот определен, исходя из различной растворимости СМК в воде и эффективности воздействия на пласт образующихся осадков. Закачка растворов с содержанием СМК <1 мас.% малоэффективна (опыт 1), что обусловлено делокализацией образующегося осадка в объеме пласта. Однако использование в рамках разработанного способа высокореакционноспособных солей многоосновных кислот и солей с ограниченной растворимостью позволяет получать положительный эффект при содержании СМК ≥1 мас.% (опыт 2, 3). Высокореакционноспособные соли, например натрия силикат, при контакте с минерализованной водой сразу же образуют осадок, воздействующий на водопромытые интервалы, а соли с ограниченной растворимостью, например натрия гексафторосиликат (растворимость в воде 0,65¹⁷), первоначально выступают в роли дисперсного наполнителя, снижающего проницаемость водопромытого интервала, а затем по мере растворения в нагнетаемой воде и последующего реагирования образуют новые, более нерастворимые соединения. Использование растворов и суспензий солей многоосновных кислот с содержанием соли свыше 30 мас.% нецелесообразно, так как могут возникнуть технические трудности в процессе их приготовления и закачки. При этом дополнительный эффект получен не был (опыт 11).

Водный раствор или суспензию в воде, содержащие соль многоосновной кислоты или смесь солей многоосновных кислот, готовят на воде, содержащей до 20 г/л солей кальция и магния, что позволяет получать часть осадка предварительно до проникновения закачиваемой жидкости в модель пласта (пласт). За счет этого происходит кольматация наиболее крупных пор и трещин, предотвращающая основные прорывы воды.

Граничное значение содержания солей кальция и магния, равное 20 г/л, определено с учетом количества образующегося осадка при взаимодействии солей многоосновных кислот с водой такой минерализации, а именно не более 2 - 3% от массы закачиваемой жидкости. Как показывает промысловый опыт, указанное содержание осадка в закачиваемой жидкости является допустимым при обработке высокопроницаемых и трещиноватых коллекторов с целью изоляции притока пластовых вод. Получаемые в процессе закачки жидкости осадки имеют малые размеры частиц и поэтому не высаждаются в стволе скважины, а проникают в ПЗП скважины и объем пласта. Более высокое (>20 г/л) содержание солей кальция и магния в закачиваемой воде может привести к преждевременному образованию большого количества осадка, который может закольматировать как водопромытый интервал, так и нефтенасыщенный, что приведет к снижению проницаемостей обоих интервалов и окажет влияние на прирост коэффициента нефтевытеснения. Это установлено в опыте 12.

Предлагаемое в разработанном способе соотношение соли многоосновной кислоты и соли щелочноземельного металла и одноосновной кислоты, равное 1: (0,1-1), позволяет регулировать скорость образования осадка и глубину его проникновения в объем пласта (пласт). Использование для закачки СМК воды, содержащей соли кальция и магния, позволяет эффективно воздействовать на пласт с целью изоляции притока пластовых вод и выравнивания скоростей фильтрационных потоков в различных интервалах при соотношении СМК/СЩМ <1. Недостающее до стехиометрического по отношению к СМК количество соли щелочноземельного металла и одноосновной кислоты, необходимое для полного высаждения СМК, компенсируется наличием указанных солей в минерализованной пластовой или закачиваемой воде, что в свою очередь обеспечивает образование осадка исключительно в водопромытых зонах пласта. Выбор соотношения СМК/СЩМ <0,1 приведет к замедленному образованию осадка в объеме пласта, что не позволит эффективно перераспределить потоки жидкости. В реальных пластовых условиях это не приведет к заметному изменению профиля приемистости скважины и подключению к разработке застойных и слабодренируемых зон.

При использовании предлагаемого способа на практике необходимые количества реагентов, концентрации и их соотношение выбирают с учетом геолого-физических особенностей пласта, характера прорыва воды в скважине, особенностей опытного участка и состава закачиваемой воды.

На практике различные варианты предлагаемого способа реализованы на нефтяных месторождениях Западной Сибири.

1. Закачка в пласт водного раствора смеси солей многоосновных кислот. 10%-ный раствор смеси солей многоосновных кислот: сульфата натрия и карбоната натрия (7 и 3 мас.% соответственно), приготовленный на воде с содержанием солей кальция и магния 2,1 г/л объемом 100 м³ закачали в нагнетательную скважину высокопродуктивной нефтяной залежи. Продавили буфером воды, затем закачали 37 м³ 10%-ного раствора кальция хлористого (соотношение реагентов ≈1: 0,4). После этого продолжили закачку воды. Обработка скважины привела к снижению приемистости на 14% и снижению обводненности добываемой продукции в целом на опытном участке на 4,5% (с 92,5 до 88,0%). Дополнительная добыча нефти за 14 месяцев после обработки скважины составила 10604 т.

2. Закачка суспензии в воде, содержащей соль многоосновной кислоты. Кристаллический сульфат натрия в количестве 20 т с помощью эжектора при давлении нагнетания дозировали в поток нагнетаемой в пласт жидкости в расчете на 22%-е содержание по массе соли многоосновной кислоты в закачиваемой суспензии. Для закачки суспензии в нагнетательную скважину использовали воду с содержанием солей кальция и магния 4,3 г/л. Суспензию продавили в пласт буфером воды. Затем в пласт закачали раствор хлорида кальция, содержащий 9,6 т реагента (соотношение реагентов 1: 0,48). После этого продолжили закачку воды. Обработка скважины привела к снижению приемистости скважины на 11% и снижению обводненности добываемой продукции в целом на опытном участке на 4,6% с 96,1 до 91,5. Дополнительная добыча нефти за 3 месяца после обработки скважины составила 2652 т.

В целом предлагаемый способ за счет предложенной совокупности признаков обладает высокой универсальностью и позволяет эффективно воздействовать на нефтяные пласты с различными геолого-физическими параметрами с целью изоляции
Источники информации.

Авторское свидетельство СССР N 1747680, кл. E 21 B 43/22, 43/20, 1992.

Авторское свидетельство СССР N 1700199, кл. E 21 B 33/12, 43/32, 1991 - прототип.

Способ изоляции притока пластовых вод в нагнетательных и добывающих скважинах, обеспечивающий блокирование водопромытых интервалов пласта, достигаемое последовательной закачкой растворов щелочного агента и соли алюминия в соотношении (1 - 6) : 1 и последующей закачкой раствора щелочного агента или раствора хлорида кальция. При этом в качестве щелочного агента используют натриевую соль многоосновной кислоты или натриевое анионоактивное ПАВ, а в качестве соли алюминия используют алюминия хлорид, алюминия сульфат или алюминия-натрия сульфат. Способ реализуют путем закачки в пласт водных растворов реагентов. 2 з.п.ф-лы, 1 табл.

1. Способ изоляции притока пластовых вод, включающий последовательную закачку в пласт водных растворов щелочного агента и соли алюминия, отличающийся тем, что растворы щелочного агента и соли аммония закачивают в соотношении (1 - 6) : 1, после чего дополнительно закачивают раствор щелочного агента или раствор хлорида кальция. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве щелочного агента используют натриевую соль многоосновной кислоты или натриевое анионоактивное поверхностно-активное вещество, преимущественно натрия метасиликат, натрия карбонат, сульфонол или составы на их основе. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве соли алюминия используют преимущественно алюминия хлорид, алюминия сульфат, алюминия-натрия сульфат или составы на их основе.