СПОСОБ ИЗОЛЯЦИИ ВОД В ТРЕЩИНОВАТЫХ ПЛАСТАХ Российский патент 1998 года по МПК E21B43/32 E21B33/13 

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и может быть использовано при изоляции вод в трещиноватых пластах.

Известен способ изоляции притока пластиковых вод из трещиноватых пластов в скважину путем закачки суспензии резиновой крошки (PK) в нефти [1].

Достоинством способа является надежное перекрытие каналов поступления воды в скважину за счет защемления PK в трещинах пласта.

Недостатком способа является низкая эффективность изоляции притока воды в скважину из-за незначительной глубины проникновения в пласт изоляционного материала. Это обусловлено тем, что для создания прочного гидроэкрана размеры частиц PK в суспензии должны быть соизмеримы или превышать раскрытость трещин. При закачке частицы PK сжимаются и деформируются, что обеспечивает поступление суспензии в трещины пласта. В процессе движения суспензии по трещине имеет место большее фильтрационное сопротивление, что приводит к росту давления закачки. Последнее не должно превышать давления раскрытия трещин, ибо в противном случае образуются новые трещины, являющиеся источниками проникновения воды в скважину.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ изоляции притока воды в скважину путем закачки в пласт полимерно-глинистого раствора [2].

Достоинство способа состоит в том, что происходит довольно глубокое проникновение изоляционного материала (полимерно- глинистого раствора) в глубину пласта, при этом исключается поступление воды в скважину в обход созданного экрана и образование новых трещин.

Недостаток данного способа заключается в том, что его применение из-за малой стабильности изоляционного материала не обеспечивает создание прочного гидроэкрана. После пуска скважины в эксплуатацию из-за больших градиентов давления в призабойной зоне изоляционный материал, представляющий собой полимерно-глинистый раствор, выдавливается из трещин в скважину.

Целью предлагаемого изобретения является повышение эффективности изоляции трещиноватых пластов за счет создания прочного гидроэкрана, препятствующего проникновению пластовой воды в скважину.

Поставленная цель достигается тем, что в описываемом способе, включающем закачку в пласт изоляционного материала (полимерно-глинистый раствор), дополнительно закачивают суспензию PK.

Такая последовательность технологических операций при изоляции трещиноватых пластов позволяет осуществить глубокое проникновение изолирующего материала без образования новых трещин и исключить вынос его в скважину из-за больших градиентов давления в призабойной зоне пласта.

Используемые в суспензии частицы PK для образования гидроупругого экрана характеризуются способностью снижаться и деформироваться, что позволяет проникать в трещины пласта, а после прекращения закачки давление падает и частицы, стремясь приобрести свою естественную форму (расправиться), защемляются при этом в трещинах и создают твердый упругий барьер выхода изоляционного материала в скважину.

В промысловых условиях способ осуществляется в следующей последовательности. После определения путей водопритока в зависимости от приемистости пласта и ожидаемого давления на эксплуатационную колонну нижний конец насосно-компрессорных труб, устанавливаемый в интервале перфорации, оборудуют пакером или воронкой. Полимерно-глинистый раствор готовится на пресной или сточной воде на устье скважины или растворных узлах и переводится на скважину. Содержание глины в растворе составляет 60-300 кг/м³. При содержании глины меньше 60 кг/м³ раствор имеет малую вязкость и низкие изоляционные свойства; при содержании свыше 300 кг/м³ технически трудно осуществить закачку в скважину.

В качестве полимера в растворе используется водорастворимый частично гидролизованный высокомолекулярный полиакриламид с концентрацией 0,01-0,05 мас. % или водорастворимые эфиры целлюлозы с концентрацией 0,01-0,1 мас.%. Такие концентрации полимеров обеспечивают устойчивость суспензии.

Закачку раствора производят с помощью существующего оборудования в количестве 3-10 м³ на метр толщины пласта при общем количестве не менее 10 м³.

Во время закачки раствора ведется контроль за давлением по показанию манометра и объемным расходом.

После окончания закачки расчетного объема полимерно-глинистого раствора переходят на закачку суспензии PK в жидкости. Она готовится в пескосмесителе и заканчивается в скважину существующими на промысле насосными агрегатами.

Концентрация частиц PK в суспензии изменяется в пределах 8-30 мас.%, а размер частиц составляет 0,1-3,5 мм. Концентрация и размер частиц выбираются в зависимости от раскрытия трещин и приемистости скважины.

В качестве жидкости - носителя частиц PK используются жидкости, обеспечивающие стабильность суспензии PK, например нефть, нефтепродукты, глинистый раствор, растворы полимеров и др.

Количество PK, заканчиваемое в одну скважину, составляет 0,5-5 т и ограничено давлением закачки, не превышающим давления раскрытия существующих и образования новых трещин.

В процессе закачки контролируется давление на устье и расход суспензии PK.

После продавливания суспензии PK водой в пласт срывается пакер, скважина промывается и осваивается известными методами.

Закачанное количество PK предотвращает вынос изоляционного материала, представляющего собой полимерно-глинистый раствор, тем самым обеспечивает надежную изоляцию притока пластовой воды в скважину.

Эффективность предлагаемого способа определяли в лабораторных условиях.

Пример 1. Подготовили суспензию PK в растворе полиакриламида концентрацией 0,1 мас.%. Размер частиц PK в суспензии составлял 0,3-3 мм, концентрацию PK меняли от 8 до 30 мас.%.

Подготовленную суспензию PK прокачивали через медную трубку длиной 2000 мм и внутренним диаметром 4 мм и определяли минимальный перепад давления, при котором имело место движение суспензии в трубке. Замеренную величину перепада давления делили на длину трубки и определяли величину градиента давления (МПа/м), при котором происходило течение суспензии PK по трубке.

Для сопоставления проводились испытания по прототипу, когда через трубку прокачивали подготовленный полимерно-глинистый раствор с содержанием глины 260 кг/м³ и концентрацией полиакриламида 0,03 мас.%.

Результаты испытаний представлены в таблице.

Из таблицы следует (колонка 2), что величина градиента давления при прокачке суспензии PK по трубке на порядок больше, чем при прокачке полимерно-глинистого раствора (прототип).

В случае закачки суспензии PK в реальные пласты высокие градиенты давления приводят к росту давления на забое скважины, которое не должно превышать давление раскрытия существующих и образования новых трещин. Ограничение давления закачки не позволяет суспензии проникнуть глубоко в пласт и создать надежный гидроэкран.

Раскрытость трещин пласта обычно составляет меньше 0,1 мм и редко достигает 1 мм.

Зависимость между скоростью и перепадом давления при движении жидкости в трещине выражается уравнением

где
V - скорость движения жидкости (суспензии), м/с;
b - раскрытость трещины, м;
μ - вязкость жидкости (суспензии), мПа • с;
ΔP - перепад давления, Па;
L - длине трещины, м,
где
сопротивление течению жидкости (суспензии).

Из уравнения (1) видно, что сопротивление обратно - пропорционально квадрату раскрытости трещины (b²).

При движении суспензии в трубке (цилиндрическом капилляре) радиусом (r) зависимость между скоростью и перепадом давления выражается формулой Пуайзеля

где
- сопротивление движению суспензии в трубке (капилляре), L - длина трубки.

Если взять максимальную раскрытость трещины b = 1 мм, то сопротивление движению суспензии в трещине (при одной и той же вязкости) в 6 раз больше, чем в трубке (r = 2 мм)
.

Тогда минимальный градиент давления при движении суспензии в трещине (колонка 3 в таблице) должен быть в шесть раз больше, чем в трубке. Данные в колонке 3 получены путем умножения на шесть значений колонки 2. При допустимом давлении закачки на забое скважины P₃ = 22-25 МПа и пластовом давлении P_пл = 5-10 МПа максимальный период давления составит P₃-P_пл = 20 МПа, а глубина проникновения суспензии PK в трещину не превысит 3,53 м (20:5,66).

Такая величина гидроэкрана является недостаточной для надежной изоляции притока воды в скважину.

При закачке изоляционного материала по прототипу (полимерно-глинистый раствор) глубина изоляции трещины может достигать более 50 м (20:0,39).

Пример 2. Подготовили полимерно-глинистый раствор с содержанием глины 260 кг/м² и концентрацией полиакриламида 0,03 мас% и суспензию PK в нефти вязкостью 80 мПа • с с концентрацией PK 20 мас.%.

Подготовительный полимерно-глинистый раствор помещали в медную трубку длиной 2000 мм и внутренним диаметром 4 мм. Затем с выходного конца в трубку задавливали суспензию PK в нефти в количестве, обеспечивающем заполнение на глубину 100 мм при открытом входном сечении. Закрыли входное сечение и уплотнили PK на выходе путем ее задавливания при давлении 6,0 МПа. Частицы PK в суспензии представляли собой различные фракции размером от 0,3 до 3 мм.

Заполненную таким образом трубку испытывали на устойчивость состава к выдавливанию под влиянием перепада давления (прочность на сдвиг). Для этого с входного конца трубки повышали давление до начала сдвига состава и его выдавливания из трубки. При этом другой конец трубки был открыт.

Началу сдвига состава соответствовала определенная величина давления. Замеренную величину сдвигаемого давления делили на длину трубки и определяли величину градиента давления (в МПа/м), которая является показателем устойчивости состава к выдавливанию из пласта за счет перепада давления между пластом и скважиной.

Для сравнения идентичным образом проводились испытания по прототипу, т. е. с трубкой, заполненной таким же полимерно-глинистым раствором, но без суспензии PK на выходе.

Результаты испытаний следующие:
Способ - Градиент сдвига, МПа/м
Предлагаемый - 2,55
Известный - 0,065
Как видно по результатам, величины градиента сдвига у предлагаемого способа в 39,2 раза (2,55:0,065) больше, чем у известного способа.

Более высокая устойчивость изоляционного материала к выдавливанию в предлагаемом способе позволяет предотвратить обратный вынос изоляционного материала из пласта. Это способствует повышению эффективности и качества работ по изоляции пластовых вод в скважинах.

Технологическая эффективность предлагаемого способа изоляции вод в трещиноватых пластах была проверена также в промысловых условиях.

Скважиной N 6569 вскрыт трещиноватый пласт турнейского яруса залежи N 91 Ромашкинского месторождения Республики Татарстан. Толщина нефтенасыщенного пласта 15 м (глубина залегания 1121,8-1136,8 м интервал перфорации 1122-1128 м). Ниже расположен водонасыщенный пласт толщиной 19,2 м (глубина залегания 1136,8-1156 м).

Скважина освоена в эксплуатацию в 1983 г. с начальным дебитом 5 т/сутки безводной нефти. За 10 лет эксплуатации из нее добыто 9960 т нефти (вязкость 45 мПа • с) и 1840 и воды. В начале 1993 г. продукция скважины в течение трех месяцев резко обводнилась с 25 до 99%, после чего были проведены работы по ограничению притока воды в скважину по предлагаемому способу, согласно которому было сделано следующее:
- подняли внутрискважинный насос;
- осуществили промывку скважин и спустили НТК до интервала перфорации с установкой пакера на глубине 1118 м;
- приготовили на поверхности изоляционный материал, представляющий собой полимерно-глинистый раствор с содержанием глины 250 кг/м³ и полиакриламида с концентрацией 0,03 мас.% марки "Аккотрол-623" на пресной воде;
- с помощью агрегата ЦА-320 закачали 50 м³ указанного изоляционного материала при давлении от 4,5 до 7,0 МПа;
- тем же агрегатом закачали 15 м³ суспензии PK в нефти с концентрацией 15% при давлении на устье от 7,0 до 10,0 МПа. Размер частиц PK - 0,3-3 мм.

Для условий залегания обрабатываемого пласта давление раскрытия трещин равно 21,0 МПа.

С учетом столба суспензии PK максимальное давление закачки на забое P₃ при давлении на устье 10,0 МПа составило:
P₃=10,0+ ρ • g • H = 10,0+900 • 9,8 • 1120 = 10,0+9,9=19,9 МПа
где
ρ = 900 кг/м³ - плотность суспензии PK;
g = 9,8 м/c² - ускорение силы тяжести;
H = 1120 м - глубина залегания пласта.

Следовательно, давление закачки на забое P₃ = 19,9 МПа меньше давления раскрытия трещин 21,0 МПа.

На заключительном этапе продавили суспензию PK в HTK соленой водой, сорвали пакер, промыли и освоили скважину, пустили ее в эксплуатацию.

После проведения изоляционных работ по предлагаемому способу скважина работает 1 год 10 месяцев с дебитом 4,3 т/сутки при обводненности продукции до 10 мас.%.

Дополнительная добыча составляет около 2000 т нефти при сокращении затрат на добычу и утилизацию попутно добываемой воды.

В предлагаемом способе наряду с полимерно-глинистым раствором могут использоваться другие изоляционные материалы: нефти и нефтепродукты, вязкоупругие составы из полимеров, жидкое стекло и др.

Преимущества предлагаемого способа заключаются в высокой эффективности и надежности изоляции притока воды в скважину за счет образования экрана из суспензии PK в приствольной зоне трещин, который препятствует выносу в скважину предварительно закачанному в глубь пласта изоляционному материалу.

Сущность способа изоляции вод в трещиноватых пластах заключается в том, что вначале в скважину, подготовленную к обработке, вводится изоляционный материал, в качестве которого используются известные составы: суспензия глины, в том числе с полимером; вязкоупругие составы из полимеров; жидкое стекло; нефть и нефтепродукты и др. Для предотвращения выноса изоляционного материала из трещин в скважину из-за больших градиентов давления в призабойной зоне пласта после него дополнительно закачивается суспензия резиновой крошки (РК). При закачке частицы РК сжимаются и деформируются, что позволяет проникать в трещины пласта, а после прекращения закачки давление падает и частицы РК защемляются в трещинах и создают прочный барьер выносу в скважину изоляционного материала. 1 табл.

Способ изоляции вод в трещиноватых пластах путем закачки изоляционного материала, отличающийся тем, что после него дополнительно закачивают суспензию резиновой крошки в жидкости с размером частиц 0,1 - 3,5 мм.