СПОСОБ ИЗОЛЯЦИИ ВОД В ТРЕЩИНОВАТЫХ ПЛАСТАХ Российский патент 2003 года по МПК E21B33/13 E21B43/32 

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к способам изоляции вод в трещиноватых пластах и зон поглощения как в терригенных, так и в карбонатных коллекторах.

Известен способ для изоляции притока воды в скважину путем закачки в пласт полимерно-глинистой суспензии [1].

Недостатком способа является низкая эффективность изоляции притока воды в скважину вследствие того, что закачиваемая суспензия не обладает достаточными структурно-механическими свойствами.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу является способ изоляции притока вод в трещиноватых коллекторах, предусматривающий закачку суспензии резиновой крошки в нефти [2].

Данный способ осуществляется следующим образом. Состав приготавливается на дневной поверхности путем перемешивания резиновой крошки (РК) и нефти, закачивается в скважину и задавливается в пласт. При закачке частицы резиновой крошки сжимаются и деформируются, что обеспечивает поступление суспензии в трещины пласта и перекрытие каналов поступления воды в скважину за счет защемления и уплотнения частиц резиновой крошки в трещинах пласта.

Однако данный способ не обладает достаточной надежностью изоляции притока вод (тампонирующими свойствами), т.к. нефть, используемая для приготовления суспензии, постепенно вытесняется водой из пространства между частицами (гранулами) резиновой крошки, а также смывается со стенок трещин, что в конечном счете приводит к прорыву воды.

В предложенном изобретении решается задача повышения эффективности изоляции вод в трещиноватых пластах и зон поглощения как в терригенных, так и в карбонатных коллекторах.

Поставленная задача решается тем, что в способе изоляции вод в трещиноватых коллекторах, включающем закачку суспензии резиновой крошки в нефти, она дополнительно содержит органическую муку и полимер при следующем соотношении компонентов, вес.%:
Резиновая крошка - 2,0 - 15,0
Органическая мука - 1,0 - 20,0
Полимер - 0,1 - 0,5
Нефть - Остальное
Повышение эффективности изоляции достигается за счет следующего взаимодействия компонентов суспензии.

В процессе закачки суспензии в скважину в трещинах пласта происходит уплотнение резиновой крошки с образованием решетчатого каркаса. При этом одновременно поровое пространство решетчатого каркаса заполняется твердыми, пропитанными нефтью, частицами органической муки, что приводит к значительному уменьшению объемов промежутков между твердыми частицами. Также одновременно происходит заполнение этих промежутков между твердыми частицами полимером, набухающим за счет поглощения воды, имеющейся в призабойной зоне скважины, в трещинах и порах пласта, и обеспечивающим герметизацию микрозазоров между твердыми частицами и между ними и стенкой трещин. В результате образуется герметичный водонепроницаемый барьер - блокирующий экран, надежно перекрывающий поступление и движение воды по трещинам.

Роль органической муки заключается в том, что она, допуская некоторую деформированность частиц при приложении давления и находясь во взвешенном состоянии, повышает упруго-механические свойства суспензии. Благодаря тому, что плотность частиц органической муки близка к плотности нефти, они не подвержены седиментации, находятся во взвешенном состоянии и легко закачиваются в трещины и зоны поглощения, сохраняя стабильность суспензии. Кроме того, каждая частица органической муки представляет собой пористую гидрофобную микроемкость, и при закачке в скважину насыщается нефтью, набухая. При этом вследствие этих свойств частицы органической муки становятся хранилищами нефти и обеспечивают длительность гидрофобизации самой суспензии и стенок трещин и околотрещинных микропор пласта. Эффект гидрофобизации сказывается в том, что в трещинах, стенки которых гидрофобизированы, при внедрении в них воды возникают капиллярные силы, действующие в противоположную сторону ее продвижения и в процессе блокирования не происходит фильтрации воды в скважину.

Роль высокомолекулярного полимера заключается в том, что он формирует адгезионно-ориентированное покрытие поверхности твердых упругих (резиновая крошка) и неупругих (органическая мука) частиц и стенок трещин, создавая сцепку между ними. Кроме того, полимер флокулирует частицы наполнителя и поддерживает частицы во взвешенном состоянии при закачке суспензии в скважину. В дальнейшем под влиянием воды, поступающей из пласта, частицы полимера набухают, растворяются и образуют высоковязкую гелеобразную массу, содержащую твердые упругие и неупругие наполнители, что в конечном счете обеспечивает надежность изоляции.

Закачиваемая в скважину суспензия по предлагаемому способу представляет собой пульпообразную массу, обладающую гидрофобно-изоляционными свойствами. Суспензия не содержит химически активных компонентов и является нейтральной по отношению к флюидам в скважине, что обеспечивает ей высокую стабильность и сохранение реологических и фильтрационных свойств. Нефтепромысловый опыт показывает, что при использовании для изоляции вод тампонирующих материалов, содержащих твердые наполнители, наилучшие результаты получаются тогда, когда твердые наполнители имеют полидисперсный характер. Этим качеством обладают органическая мука и резиновая крошка, применяемые по предлагаемому способу. Полидисперсность твердой упругой и неупругой фаз позволяет путем сочетания их фракций с различными размерами частиц "адаптироваться" к конкретным геолого-физическим условиям скважины.

Эта способность увеличивает диапазон действия способа в зависимости от давления закачки и приемистости скважин при проведении изоляционных работ. Способ может быть осуществлен на любой стадии разработки нефтяного месторождения: в добывающих скважинах при интенсивном поступлении пластовых вод используется для прекращения поступления воды в призабойную зону пласта и в нагнетательных скважинах при появлении заколонных перетоков воды - для изоляции зон поглощения и предотвращения непроизводительного ухода воды, закачиваемой в скважину по системе поддержания пластового давления (ППД).

Анализ известных аналогичных решений позволяет сделать вывод об отсутствии в них признаков, сходных с отличительными признаками в заявляемом способе, и о соответствии заявляемого решения критериям изобретения "новизна" и "изобретательский уровень".

Технические характеристики используемых материалов
Резиновая крошка получается путем измельчения изношенных автомобильных шин и камер, а также отходов производства резинотехнических изделий (РТИ). Для применения согласно предлагаемому способу используются марки РД 0,5-РД 10 ТУ 38.108035-97.

Органическая мука является продуктом измельчения отходов сельскохозяйственного производства, легкой и деревообрабатывающей промышленности. В качестве органической муки могут быть использованы:
- мука гречневой лузги (ТУ 39-0147585-056-99);
- древесная мука (ГОСТ 16361-87);
- сломель - продукт помола декоративных бумажно-слоистых пластиков (ТУ 6-19-181 -150-87) и другие.

В качестве полимера могут быть использованы водонабухающие и водорастворимые полимеры, такие как:
- полиакриламид (ПАА) отечественный по ТУ 6-16-2531-81, ТУ 6-01-1049-81, ТУ 14-6-121-75;
- ПАА импортный с молекулярным весом (3-15)(10⁶ марок Kem-Tron, Alcoflood и др.;
- полимеры марки "Терпоскрин" и АК-639;
- оксиэтилцеллюлоза марки "Сульфацелл 30" и другие.

Нефть - промысловая, сырая. Могут использоваться также заменители нефти - жидкие углеводороды, например отработанные масла и др.

Количество суспензии, концентрация ее компонентов и размеры частиц для закачки в пласт в соответствии с предлагаемым способом определяются из опытных данных в зависимости от геолого-физических параметров пластов (размеры трещин, проницаемость пласта, приемистость скважины и др.), а также техническими возможностями оборудования на промыслах.

Оптимальная концентрация резиновой крошки в суспензии составляет 2,0-15,0 мас. %, органической муки - 1,0-20,0 мас.%, полимера - 0,1-0,5 мас.%. Нижний предел концентрации ингредиентов суспензии лимитируется низкой эффективностью способа. Верхний предел ограничивается фильтрующей способностью суспензии в трещинах и техническими возможностями насосного агрегата, не способного прокачивать слишком густую высококонцентрированную суспензию. Промысловый опыт показывает, что для создания надежного водоизоляционного экрана требуется закачать 3-10 м³ суспензии на 1 м толщины пласта, но не менее 20 м³ на 1 скважину. Размеры частиц компонентов в суспензии зависят от конкретных геолого-физических условий пласта и составляют для резиновой крошки - 0,3-10,0 мм, для органической муки - 0,001-5,0 мм.

Эффективность предлагаемого способа изоляции притока вод проверена в лабораторных условиях. Опыты проведены на установке по исследованию проницаемости кернов (УИПК), широко применяемой в нефтепромысловом деле. Изучалась тампонирующая способность известного и предлагаемого способов на модели, позволяющей создавать давление обжима. Модель представляла собой перфорированную металлическую трубку, наполненную исследуемым составом, и помещенную в резиновую манжету, через которую передавалось давление обжима на модель. Размеры модели: длина 20 см, диаметр 3 см. При проведении опытов давление обжима составляло 50 МПа, что позволяло имитировать нахождение состава в пластовых условиях: поддерживать резиновую крошку в напряженном состоянии и обеспечивать уплотнение всего состава.

Для испытания были приготовлены составы, содержащие следующие компоненты:
- резиновая крошка, полученная на Лениногорском заводе РТИ Республики Татарстан (РТ) (фракция с размерами частиц 0,3-5,0 мм);
- органическая мука - мука лузги гречки - отход мелькомбината г.Бугульмы РТ (фракция с размерами частиц 0,001-3,0 мм);
- полимер - ПАА марки Kem-Tron производства США;
- нефть - безводная нефть бобриковского горизонта Ромашкинского месторождения (вязкость 50 мПа•с).

Тампонирующая способность определялась путем фильтрации воды под давлением через заполненную составом модель. При проведении опытов соотношение между величиной давления обжима и перепадом давления фильтрации воды принималось сопоставимым с таковым в пластовых условиях. Результаты опытов приведены в таблице. Как видно из таблицы, при проведении опытов с суспензией по известному способу при содержании в ней резиновой крошки 15 вес.% фильтрация воды началась после создания в модели перепада давления 0,1 МПа, а при максимальном содержании резиновой крошки 35 вес.% фильтрация воды началась после создания в модели перепада давления 0,3 МПа (опыт 4). По предлагаемому способу, даже при минимальном содержании компонентов в суспензии, фильтрация воды началась после создания в модели перепада давления 0,8 МПа (опыт 7), т. е. эффективность изоляции повысилась в 2,66 (0,8:0,3) раза. Анализ данных, полученных при испытании суспензий по предлагаемому способу при различных сочетаниях концентраций компонентов, показал, что надежная изоляция достигнута и при более высоком перепаде давления в модели (опыты 9-12). Таким образом, представленные в таблице результаты экспериментов позволяют сделать вывод о том, что использование предлагаемого способа позволит повысить эффективность изоляции более чем в два раза по сравнению с известным способом (0,8 МПа:0,3 МПа).

В промысловых условиях приготовление суспензии и закачку ее в скважину производят с использованием существующего нефтепромыслового оборудования в следующей последовательности.

В выбранной скважине проводят комплекс стандартных геофизических исследований по определению высоты подъема цемента за колонной, качества цементирования, общей приемистости скважины, профиля приемистости по пластам, зоны притока воды и др.

Подготавливают наземное оборудование и скважину к процессу закачки суспензии: испытывают эксплуатационную колонну на герметичность, выполняют ревизию скважинной арматуры, очищают забой, устанавливают нижний конец НКТ напротив нижних отверстий перфорации, при необходимости устанавливают пакер над кровлей пласта. Доставляют на скважину необходимые материалы и оборудование: цементировочные агрегаты, автоцистерны для нефти и воды, пескосмеситель и струйный насос (эжектор) с воронкой.

Закачку суспензии в скважину производят по индивидуальному плану работ, в который входят данные по скважине, порядок проведения работ и объемы используемых материалов.

Технологическая схема обвязки наземного оборудования при закачке суспензии по предлагаемому способу представлена на чертеже.

Нефть из емкости или автоцистерны 1 подается первым насосным агрегатом 2 по напорной трубе с эжектором 3 в мешалку 4 пескосмесителя 5. По пути через эжектор 3 в нефть дозируется органическая мука 6 и полимер 7. Резиновая крошка из бункера 8 пескосмесителя с помощью шнека подается прямо в мешалку 4. Полученная суспензия из мешалки 4 через промежуточную емкость 9 вторым агрегатом 10 через задвижку 11 закачивается в скважину 12.

Примеры конкретного осуществления.

Пример 1. Водоизоляция пласта в скважине 6603 Ново-Елховского месторождения Республики Татарстан.

Продуктивный пласт представлен трещиновато-поровым нефтенасыщенным коллектором турнейского яруса, залегающим на глубине 1260-1273 м. Ниже пласт подстилается коллектором с подошвенной водой на глубине 1273-1309 м. Интервал пласта перфорирован в интервале 1260-1267 м. Добыча нефти производится с помощью глубинного насоса, спущенного на насосно-компрессорных трубах на глубину 800 м. После пуска в эксплуатацию скважина стабильно давала 3,5 т нефти в сутки с обводненностью 17%. Через три года работы скважина резко (в течение месяца) обводнилась до 99,2%, при этом дебит по нефти составил 0,1 т в сутки. Проведенные гидродинамические исследования и анализ проб воды показали, что прорыв воды в скважину произошел по трещине из подошвенной зоны пласта.

Изоляционные работы выполнялись в соответствии с предлагаемым способом. Для этого извлекли глубинный насос из скважины, спустили насосно-компрессорные трубы до нижних отверстий перфорации. Затем в скважину закачали суспензию, состоящую из 1,5 т резиновой крошки, 2 т органической муки, 80 кг полиакриламида и 28 м³ нефти, что составило соответственно, мас.%: РК - 5,3; мука органическая - 7,4; полиакриламид - 0,3. Использованы фракции резиновой крошки производства Лениногорского завода РТИ марок А, Б и В с размерами 0,3-1,0 мм; 1,0-3,0 мм и 3,0-5,0 мм в соотношении 1,5:1,5:2, а также фракция муки лузги гречихи - отхода мелькомбината г.Бугульмы с размерами частиц 0,001-3,0 мм при соотношении резиновой крошки и муки 1:1,3.

Суспензию закачивали при объемном расходе 10 м³/час; давление закачки: начальное - 3,0 МПа, конечное - 10,5 МПа. Суспензию продавили в пласт соленой водой объемом 4 м³. Скважину промыли водой до забоя, спустили насос и пустили в эксплуатацию. После проведения изоляционных работ скважина стабильно дает 3,9 т нефти в сутки при обводненности 11%.

Полученные данные показывают, что применение предлагаемого способа позволило надежно ликвидировать поступление воды в скважину и увеличить добычу нефти.

Пример 2. Предлагаемый способ применен для ликвидации заколонной циркуляции на нагнетательной скважине 1723А Ромашкинского месторождения Республики Татарстан.

Скважиной вскрыты и перфорированы два пропластка горизонта Д₁ в интервалах 1808,5-1810 м и 1814,5-1817 м. Глубина забоя 1837 м, диаметр эксплуатационной колонны 146 мм. В скважину продолжительное время (более 10 лет) с целью поддержания пластового давления и вытеснения нефти к добывающим скважинам осуществлялась закачка воды. Проведенными геофизическими исследованиями в 2000 г. установлен переток воды в заколонное пространство через нижний интервал перфорации. При этом вся закачиваемая вода поступала в нижний интервал перфорации, а верхний интервал не принимал. Согласно исследованиям приемистость скважины составляла 286 м³/сутки при давлении на устье 1,0 МПа.

Для ликвидации заколонного перетока воды в соответствии с предлагаемым способом закачана суспензия, включающая 1 т РК, 1,5 т органической муки, 100 кг ПАА, 50 м³ нефти. При этом концентрация компонентов составила, мас.%: РК - 2, органическая мука - 3, ПАА - 0,2. Использованы фракции резиновой крошки марок А, Б и В в соотношении 2:2:1 и фракция муки лузги с размерами 0,001-3,0 мм при соотношении резиновой крошки и муки 1:1,5. Закачку суспензии прекратили при достижении давления на устье, равного 13,5 МПа. Суспензию продавили объемом воды, равным объему труб скважины. Скважину промыли водой и провели исследования.

Геофизические исследования показали, что заколонный переток воды отсутствует. Скважина принимает 480 м³/сутки при давлении на устье 8,0 МПа, при этом вода поступает в оба пласта: в верхний пласт с расходом 120 м³/сут, в нижний пласт с расходом 360 м³/сут. Это означает, что "заработал" верхний пласт, т. е. приемистость верхнего пласта восстановлена без проведения дополнительных перфорационных работ.

Таким образом, в результате проведенных работ в соответствии с предлагаемым способом поставленная цель по ликвидации заколонного перетока воды достигнута. Закачиваемая в скважину вода стала поступать по назначению в оба нефтяных пласта для выполнения полезной работы по вытеснению нефти в добывающие скважины.

Приведенные примеры показывают, что использование предложенного способа позволит повысить эффективность работ по изоляции притока вод в добывающих скважинах и ликвидации непроизводительного расхода закачиваемой воды в нагнетательных скважинах за счет создания более герметичного надежного изоляционного экрана на путях продвижения воды.

Источники информации
1. Амелин Б. А. и др. Новые методы неметаллического крепления буровых скважин. - М.: Недра, 1964, с. 73-74.

2. Тосунов Э.М., Шаталов Е.Г. Изоляция пластовых вод в трещиноватых коллекторах. Разработка нефтяных месторождений и физика пласта. Труды СевКав НИПИ нефть, вып. XI, Грозный, 1973, с. 296-301.

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, к способам изоляции вод в трещиноватых пластах и зон поглощения как в теригенных, так и в карбонатных коллекторах. В способе изоляции вод в трещиноватых пластах, включающем закачку суспензии резиновой крошки в нефти, суспензия дополнительно содержит органическую муку и полимер при следующем соотношении компонентов, вес.%: резиновая крошка 2,0-15,0, органическая мука 1,0-20,0, полимер 0,1-0,5, нефть остальное. Технический результат - повышение эффективности изоляции вод в трещиноватых пластах и зон поглощения как в теригенных, так и в карбонатных коллекторах. 1 ил., 1 табл.

Способ изоляции вод в трещиноватых пластах, включающий закачку суспензии резиновой крошки в нефти, отличающийся тем, что суспензия дополнительно содержит органическую муку и полимер при следующем соотношении компонентов, вес.%:
Резиновая крошка - 2,0-15,0
Органическая мука - 1,0-20,0
Полимер - 0,1-0,5
Нефть - Остальное