СПОСОБ РАЗРАБОТКИ НЕОДНОРОДНОГО ПЛАСТА Российский патент 2001 года по МПК E21B43/22 

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к разработке нефтяных месторождений и добыче нефти, и может быть использовано для увеличения нефтеотдачи неоднородных пластов и изоляции обводнившихся скважин.

Известен способ повышения эффективности разработки неоднородных пластов при заводнении путем закачки в пласт состава из смеси водных растворов анионного полимера и соли полвивалентного катиона. При закачке в пласт такой композиции через некоторое время (индукционный период) в пористой среде происходит сшивка полимера через поливалентный катион с образованием или трехмерного геля во всем объеме, занимаемом раствором полимера, или с образованием высокодисперсных гель-частиц /1/. Однако этот способ может оказаться недостаточно эффективным в случае применения его в резко неоднородных пластах, имеющих пропластки высокой проницаемости (возможно трещиноватых), так как с увеличением проницаемости пористой среды реологические свойства данной композиции резко ухудшаются: фактор, остаточный фактор сопротивления и начальный (предельный) градиент давления снижаются по экспоненциальному закону с ростом проницаемости. В пропластках с проницаемостью выше 2 мкм² эти свойства практически достигают своего минимального значения. В этих условиях требуется повышать концентрацию полимера и сшивателя в растворе, что приводит к существенному снижению рентабельности применения полимеров при заводнении.

Известен способ добычи нефти путем закачки в пласт полимер-дисперсных систем, где в качестве дисперсной фазы предлагается применять глину, древесную муку, а дисперсионной средой служит раствор полимера /2, 3/. По мнению авторов этого способа увеличения добычи нефти и ограничения притока воды, эффект следует ожидать за счет осаждения глинистых частиц или древесной муки в призабойной зоне пласта, в случае наличия трещин за счет кольматации примыкающей к ним пористой среды. Однако многочисленные лабораторные эксперименты и промысловая практика показывают, что закачка в нагнетательные скважины глинистой суспензии во многих случаях не только не улучшает процесс нефтевытеснения, но и может привести к негативным последствиям, так как глинистая суспензия или древесная мука проникают не только в обводнившиеся высокопроницаемые пласты, но и снижают приемистость нефтенасыщенных пропластков в результате кольматирующих эффектов, причем этот процесс практически необратим. Кроме того, что немаловажно, полимер-дисперсными системами невозможно воздействовать на глубинные участки пласта, так как глинистые частицы или древесная мука осаждаются в непосредственной близости к призабойной зоне нагнетательной скважины.

Целью изобретения является повышение эффективности способа разработки неоднородного пласта за счет улучшения реологических и фильтрационных свойств полимерных систем, глубоко проникающих в пласт и обладающих селективным действием, обеспечивающим более полную изоляцию обводнившихся высокопроницаемых пропластков, не снижая при этом проницаемость нефтенасыщенной части пласта. Кроме того, предлагаемый способ позволяет существенно снизить расход дорогостоящих реагентов.

Указанная цель достигается путем закачки в пласт состава из смеси водного раствора анионного полимера и соли поливалентного катиона, дополнительно в пласт закачивают дисперсии гель-частиц, набухающих в 100-5000 раз, но не растворимых в воде.

В качестве водорастворимого полимера используют полиакриламиды, полисахариды, полиметакриламиды и производные целлюлозы с концентрацией 0,1-1,0 мас.%.

В качестве солей поливалентных катионов используют ацетаты, нитрилотриацетаты, тартраты, цитраты, хромат и бихромат аммония, хроматы и бихроматы щелочных металлов, хроматы и бихроматы щелочных металлов, хромовые и алюмокалиевые квасцы с концентрацией в растворе 0,001-0,5 мас.%.

В качестве сильно набухающих, но не растворимых в воде гель-частиц используют частично сшитые внутримолекулярными связями сополимеры, концентрация которых в смеси составляет 0,001-0,1 мас.%.

Дисперсии гель-частиц, набухающие в 100-5000 раз в водах различной минерализации, могут быть получены в заводских условиях путем сополимеризации, например, акрилатных мономеров с применением макромолекулярных, полифункциональных кросс-агентов, в качестве которых могут быть использованы водорастворимые непредельные эфиры целлюлозы, метиленбисакриламид и другие полифункциональные мономеры. Такие кросс-агенты обладают чрезвычайно высокой разветвляющей способностью в процессах трехмерной радикальной полимеризации акриловых мономеров и позволяют синтезировать сильно набухающие, но не растворимые в воде сополимеры, которые обладают хорошими деформационно-прочностными характеристиками. Возможен синтез и других сополимеров, способных при набухании поглощать воду.

Смешение раствора анионного полимера и соли поливалентного катиона вызывает реакцию взаимодействия катиона с полимером, которая приводит к образованию трех типов связей. Первый - сшивание нескольких полимерных цепей - называется межмолекулярной или межцепной сшивкой. Сшивки этого типа удерживают полимерные цепи вместе и ответственны за образование полимерной сетки, являющейся основой геля. Для гелеобразования по всему объему необходимо, чтобы концентрация полимера в растворе была выше некоторого критического значения для обеспечения соприкосновения отдельных макромолекул между собой. Концентрация полимера подбирается в зависимости от его молекулярной массы, степени гидролиза, свойств растворителя (воды), свойств пласта и желаемой подвижности образующегося геля. Когда в сетке прикладывается внешнее напряжение, межмолекулярные сшивки ограничивают деформацию геля и управляют упругостью сетки, поэтому эти системы называются вязкоупругими. Число эффективных сшивок определяет прочность геля. В пористой среде прочность сетки будет определять величину начального (предельного) градиента давления, ниже которого фильтрация жидкости в пласте отсутствует и только при градиентах давления выше предельного происходит разрушение гелевой сетки и создаются предпосылки фильтрации воды через область пласта, занятой гелем.

Вязкоупругие свойства геля полимера и реализация начального градиента давления определяют его селективность при закачке в неоднородные по проницаемости пласты. Очевидно, что в более проницаемые пропластки полимер внедрится на большую глубину, чем в малопроницаемые. Учитывая это, а также то, что при радиальной фильтрации градиент давления обратно пропорционален расстоянию от скважины, можно утверждать: при внедрении раствора в высокопроницаемые зоны пласта на определенную глубину после процесса сшивки фильтрация в этом пропластке может быть существенно снижена, а при определенном заданном объеме закачки раствора и прочности образовавшегося геля фильтрация может быть вообще прекращена на длительное время. В то же время в пропластках с пониженной проницаемостью, если даже в них и проникнет раствор, происходит движение жидкости после образования в них геля, так как чем ближе к забою скважины, тем выше градиент давления и, следовательно, ниже сопротивления, которые оказывает гель течению воды, фильтрующей вслед за ним: остаточный фактор сопротивления подчиняется псевдопластическому характеру течения.

Второй тип связи называют дальнодействующей внутримолекулярной сшивкой, при ней происходит сшивание двух полимерных сегментов, находящихся на некотором расстоянии друг от друга, но на одной макромолекуле полимера. Сшивки этого типа мало влияют на упругость геля и не ведут к образованию сетки, но заставляют гибкую полимерную цепь принимать более компактную конформацию.

Третий тип связи - ионы поливалентного катиона взаимодействуют только с одним звеном полимерной макромолекулы и при этом не происходит образование межмолекулярных сшивок, так как отсутствует соприкосновение отдельных макромолекул между собой из-за низкой концентрации полимера в растворе (концентрация полимера ниже критической).

Эффективность применения сшитых полимерных систем для повышения нефтеотдачи определяется прочностью гелей, образованных первым типом связей, проницаемостью, структурой пористой среды и степенью неоднородности пласта.

Данное техническое решение отличается тем, что для улучшения реологических характеристик гидрогелей и повышения эффективности их применения в неоднородных пластах (особенно в пластах с высокой проницаемостью с наличием развитой системой трещин) используются дисперсии гель-частиц, набухающих в 100-5000 раз, но не растворимых в воде.

Оценку эффективности и преимущества заявляемого изобретения по сравнению с прототипами проводили в лабораторных условиях по следующим показателям: по фактору и остаточному фактору сопротивления, по величине начального (предельного) градиента давления в пористой среде и в трещинах пласта, по приросту нефтеотдачи в сопоставлении с обычным заводнением и с прототипами в случае применения композиций в слоистонеоднородных и трещиноватых пластах.

Нижеприведенные примеры иллюстрируют преимущества предлагаемого способа по сравнению с прототипами.

Пример 1. В первой серии опытов исследовались фильтрационные и реологические характеристики рассматриваемых композиций при течении их в пористой среде. Использовалась модель пласта длиной 0,72 м и диаметром 0,026 м, представленная кварцевым песком. В начале модель насыщалась водой, которая вытеснялась нефтью вязкостью 20 сПз. Тем самым в пористой среде создавалась связанная вода. Конструкция моделей пласта предусматривала возможность измерения давления в двух точках вдоль пути фильтрации. Замеры давления на входном участке модели пласта позволяли определять способность композиции проникать в пористую среду. Опыты проводились при постоянной скорости фильтрации. В этих опытах определялись фактор, остаточный фактор сопротивления и начальный (предельный) градиент давления по замерам в промежуточных точках.

В опытах по прототипу 1 и предлагаемому способу в композиции использовался полиакриламид молекулярной массой 15•10⁶ и степенью гидролиза 4%. По предлагаемому способу к раствору добавлялся порошок сополимера, который набухал в 300-500 раз, но не растворялся в воде. В процессе опыта через модель прокачивали композицию в объеме 1,5 объема пор пласта, при этом определяли фактор сопротивления в пласте сшитой полимерной системы. После чего в модель закачивалась вода, фильтрация которой наступала только при превышении градиента давления выше предельного. В процессе фильтрации воды при установившемся режиме определялся остаточный фактор сопротивления. В прототипах 2 и 3 замерить фактор сопротивления не представлялось возможным, так как в опытах наблюдался непрерывный рост давления на входном участке керна и при прокачке около одного порового объема воды давление на входе возрастало в 100 и более раз, а в промежуточных точках при этом давление возрастало незначительно.

Экспериментальные данные представлены в таблице 1, из которой видно, что предлагаемый способ имеет ряд существенных преимуществ по сравнению с прототипами: фактор, остаточный фактор сопротивления и начальный градиент давления в несколько раз выше в предлагаемом способе по сравнению с прототипами. Кроме того, предлагаемые композиции достаточно хорошо проникают в пористую среду, в то время как по прототипам 2 и 3 происходит забивка входного участка пористой среды в результате кольматации нерастворимыми в воде дисперсными частицами глины или древесной муки, а фактор и остаточный фактор сопротивления остаются на очень низком уровне, начальный градиент давления при этом равен нулю.

Пример 2. Во второй серии опытов использовалась блочная модель трещиновато-пористого пласта, которая получена путем спекания кварцевого песка со стеклянным порошком, размер блока: 0,3х0,04х0,01 м. Проницаемость первого блока составляла 8 мкм², раскрытие трещины - 85-250 мкм. Модель пласта позволяла осуществлять замер расхода жидкостей в пористом блоке и в трещине раздельно.

Результаты опытов по фильтрации композиций в соответствии с прототипами и с предлагаемым способом показывают еще большее его преимущество, при закачке полимерно-дисперсных систем с глиной или древесной мукой процесс вытеснения и выравнивания неоднородности пласта не только не улучшается, но пласт становится еще более неоднородным, так как проницаемость пористой среды в блоке снижается в значительно большей степени, чем проницаемость трещины. В таблице 2 представлены данные по степени снижения проницаемости в блоке и трещине в % на конец фильтрации композиции при прокачке 1,5 поровых объема. Из этой же таблицы видно, что показатели по прототипу 1 значительно ниже, чем по предлагаемому способу.

Пример 3. Проведены две серии опытов, в которых эффективность предлагаемого способа и прототипов сравнивалась по приросту нефтеотдачи неоднородных по проницаемости моделей пласта.

В первой серии опытов моделировался линейный неоднородный двухслойный пласт, состоящий из двух параллельных цилиндрических трубок длиной 1,34 м и внутренним диаметром каждой трубки 0,026 м. Трубки имели общий вход для ввода жидкостей и раздельные выходы, что позволяло контролировать изменение расходов во времени по слоям и эффективность вытеснения нефти из каждого слоя. Насыщение моделей нефтью производилась так же, как и в примере 1.

Во второй серии моделировался элемент пятиточечного пласта с расстоянием между нагнетательной и добывающей скважинами составляло 0,7 м, толщина каждого из двух слоев составляла 0,01 м.

Анализ результатов опытов, представленных в таблице 3, неоспоримо доказывает преимущество предлагаемого способа.

Источники информации:
1. Патент США N 4018286, апрель, 19, 1977.

2. Патент РФ N 2039225, C, 6 E 21 B 43/22, 33/138, 09.07.95.

3. Патент РФ N 2057914, C1, 6 E 21 B 43/22, 10.04.96.5

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к разработке нефтяных месторождений и добыче нефти, и может быть использовано для увеличения нефтеотдачи неоднородных пластов и изоляции обводнившихся скважин. Технический результат - повышение эффективности способа разработки неоднородного пласта за счет улучшения реологических и фильтрационных свойств полимерных систем, глубоко проникающих в пласт и обладающих селективным действием, обеспечивающим более полную изоляцию обводнившихся высокопроницаемых пропластков, не снижая при этом проницаемость нефтенасыщенной части пласта. Способ осуществляется путем закачки в пласт состава из смеси водного раствора анионного полимера, содержащего предварительно сшитые сильно набухающие, но не растворимые в воде дисперсии гель-частиц и соли поливалентного катиона. 3 з.п. ф-лы, 3 табл.

1. Способ разработки неоднородного пласта, включающий закачку в пласт водного раствора анионного полимера и соли поливалентного катиона, отличающийся тем, что дополнительно в пласт закачивают дисперсии гель-частиц, набухающих в 100-5000 раз, но не растворимых в воде. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве водорастворимого полимера используют полиакриламиды, полисахариды, полиметакриламиды и производные целлюлозы с концентрацией 0,1-1,0 мас.%. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве солей поливалентных катионов используют ацетаты, нитрилотриацетаты, тартраты, цитраты, хромат и бихромат аммония, хроматы и бихроматы щелочных металлов, хромовые и алюмокалиевые квасцы с концентрацией в растворе 0,001-0,5 мас.%. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве сильно набухающих, но не растворимых в воде гель-частиц используют частично сшитые внутримолекулярными связями сополимеры, концентрация которых в смеси составляет 0,001-0,1 мас.%.