СПОСОБ ОПТИМИЗАЦИИ ЗАКАЧКИ ВОДЫ В НАГНЕТАТЕЛЬНЫЕ СКВАЖИНЫ НА НАЧАЛЬНОМ ЭТАПЕ ИХ РАБОТЫ Российский патент 2023 года по МПК E21B43/20 

Изобретение относится к разработке углеводородных месторождений, в частности к способам оптимизации процесса разработки месторождений углеводородов на этапе начала использования нагнетательных скважин для поддержания давления в продуктивном пласте.

На сегодняшний момент трудно представить, чтобы разработка нового нефтегазового месторождения или существенная коррекция в текущем плане добычи выполнялись без тщательного моделирования процессов в пласте с использованием одного из множества доступных пластовых симуляторов. Таким образом появляется возможность промоделировать различные сценарии добычи и выбрать оптимальный. Это особенно важно при планировании разработок с использованием нагнетательных скважин, когда, чтобы предотвратить падение добычи нефти, для компенсации снижения пластового давления в пласт закачивается вода. Однако даже в наиболее современных резервуарных симуляторах не учитывается возможность снижения проницаемости (вплоть до закупорки) призабойной зоны нагнетательных скважин за счет отложений, образующихся в результате смешения воды закачки и пластового рассола, находящегося в призабойной зоне нагнетательной скважины в начале ее работы. При этом игнорирование возможного снижения проницаемости призабойной зоны, а следственно и приемистости нагнетательных скважин, может иметь серьезные последствия для успешной реализации программы разработки.

Известно множество способов оптимизации работы нагнетательных скважин. Например, к классическим относится способ освоения нагнетательных скважин (В.А. Еронин, А.А. Литвинов и др. Эксплуатация системы заводнения пластов. - М.: «Недра», 1967. - С. 231.), сущность которого заключается в том, что в скважину с большим расходом и под высоким давлением закачивается жидкость, не снижающая проницаемость пласта. Благодаря этому в призабойной зоне открываются трещины, расширяются поры и закупоривающий материал жидкостью уносится в глубь пласта.

Кроме того, при осуществлении продавки под высоким давлением за счет остаточной деформации пласта и некоторого разрушения поверхности трещин после снятия давления трещины в некоторых случаях полностью не раскрываются. За счет этого проницаемость зоны увеличивается против той, которая была до обработки.

Также известен способ освоения нагнетательных скважин (Ф.С.Абдуллин. Повышение производительности скважин. - М.: Недра, 1975. С. 177.) путем создания высоких знакопеременных колебаний на забое скважины.

Сущность метода заключается в том, что в призабойную зону пласта через насосно-компрессорные трубы с применением цементировочных агрегатов в течение короткого времени периодически закачивают жидкость до достижения допустимых давлений закачки, которые затем быстро сбрасывают через затрубное пространство (производят «разрядку»).

При прокачке жидкости в призабойной зоне пласта раскрываются имеющиеся или образуются новые трещины, а при сбрасывании давления происходит приток жидкости к забою с большой скоростью.

Также известен способ оптимизации работы нагнетательных скважин (Патент RU 2265716 С1), включающий заводнение через эти скважины продуктивных пластов с использованием насосных агрегатов, отличающийся тем, что при заводнении терригенных поровых продуктивных пластов в нагнетательную линию устанавливают акустические резонаторы звука с набором резонансных частот, обеспечивающих подавление амплитуды звука знакопеременных низкочастотных пульсаций жидкости, создаваемых насосными агрегатами, нахождение продуктивных пластов в постоянном режиме сжатия и создание условий режима поршневого вытеснения нефти из продуктивного пласта.

Также известен способ разработки нефтяной залежи закачкой воды и газа (Патент RU 2527432). Согласно изобретению, по данным бурения вертикальных скважин предварительно проводят расчеты оптимальных параметров закачки воды и газа на композиционной гидродинамической модели. Закачку ведут в циклическом режиме, состоящем из трех этапов. На первом этапе добывающие скважины останавливают, закачивают газ в объеме, который был отобран за время работы добывающих скважин. На втором этапе при также остановленных добывающих скважинах ведут закачку воды до повышения давления закачки не менее чем в 2 раза по сравнению с первоначальным. При этом первоначальное давление закачки поддерживают в пределах Р_З=(0,45 0,55)⋅Р_Г, где Р_Г - вертикальное горное давление пород. После этого переходят к третьему этапу. Закачку прекращают, добывающие скважины пускают в работу. Попутный нефтяной газ собирают в резервуары для последующего его использования в первом этапе. При снижении пластового давления на более чем 20% от первоначального цикл повторяют.

Основным недостатком всех описанных выше способов является то, что в процессе их применения никак не учитывается снижение проницаемости призабойной зоны нагнетательных скважин из-за выпадения нерастворимых отложений, которые могут образовываться из-за изменения пластовых условий или смешения пластовых вод и вод закачки.

Технический результат, достигаемый при реализации изобретения, заключается в минимизации риска снижения проницаемости породы вблизи нагнетательных скважин и соответственно риска закупорки нагнетательных скважин в процессе закачки воды в нагнетательные скважины на начальном этапе их работы посредством выбора оптимального состава закачиваемой воды и режима закачки.

Указанный технический результат достигается тем, что в соответствии с предлагаемым способом оптимизации закачки воды в нагнетательные скважины на начальном этапе работы осуществляют отбор образца породы коллектора и определяют минеральный состав породы коллектора. Отбирают пробу пластовой воды из скважины в пластовых условиях и определяют состав пластовой воды в пластовых условиях. Проверяют стабильности воды закачки в условиях, отвечающих всем возможным режимам закачки при пластовой температуре и давлениях в диапазоне от исходного пластового давления до давления, соответствующего гидроразрыву пласта, и в случае нестабильности определяют количество и состав выпадающих осадков, а также скорость их выпадения. Проверяют стабильность системы «пластовая вода - порода коллектора» в условиях, отвечающих всем возможным режимам закачки при пластовой температуре и давлениях в диапазоне от исходного пластового давления до давления, соответствующего гидроразрыву пласта, и в случае нестабильности определяют количество и состав выпадающих осадков, а также скорость их выпадения. Проверяют стабильность системы «вода закачки - пластовая вода -порода коллектора» при различных пропорциях воды закачки и пластовой воды в условиях, отвечающих всем возможным режимам закачки при пластовой температуре и давлениях в диапазоне от исходного пластового давления до давления, соответствующего гидроразрыву пласта, и в случае нестабильности определяют количество и состав выпадающих осадков, а также скорость их выпадения. Определяют распределение пор по размерам для образца породы коллектора и определяют распределение скорости течения жидкости в порах разного размера в образце при различных условиях, отвечающих всем возможным режимам закачки при пластовой температуре и давлениях в диапазоне от исходного пластового давления до давления, соответствующего гидроразрыву пласта. Для каждого из режимов строят распределение скорости вытеснения пластовой воды. На основании определенного состава пластовой воды, воды закачки, скоростей выпадения осадков, а также распределения скоростей течения жидкости в порах разного размера в образце, выбирают режим закачки воды и состав воды закачки, обеспечивающий минимизацию количества осадка на единицу объема породы. Осуществляют подготовку воды закачки с обеспечением выбранного состава, задают выбранные давления закачки и производят закачку подготовленной воды в нагнетательную скважину.

Проба пластовой воды может являться глубинной пробой, отобранной на забое, или устьевой пробой, для которой химический состав пластовой воды восстанавливают на пластовые условия.

В соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения восстановление состава пластовой воды на пластовые условия осуществляют с использованием методов вычислительной химии.

В соответствии с другим вариантом осуществления изобретения восстановление состава пластовой воды на пластовые условия осуществляют путем помещения образца пластовой воды в контакт с достаточно большим объемом породы коллектора при пластовых условиях с последующим анализом проб.

Стабильность воды закачки в диапазоне всех возможных режимов закачки, а также систем «пластовая вода - порода коллектора» и «пластовая вода - порода коллектора - вода закачки» в диапазоне всех возможных режимов закачки могут быть проверены экспериментально или с использованием геохимических симуляторов.

В случае нестабильности воды закачки в диапазоне всех возможных режимов закачки и/или систем «пластовая вода - порода коллектора», «пластовая вода - порода коллектора - вода закачки» в диапазоне всех возможных режимов закачки количество выпадающих осадков и их скорость выпадения измеряют экспериментально или с использованием геохимических симуляторов или литературных данных.

В качестве образца породы коллектора могут быть использованы образцы керна, извлеченные из скважины при разработке, или образцы шлама, полученные при бурении нагнетательной скважины.

В соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения распределение пор по размеру определяют с использованием ртутной порометрии.

В соответствии с другим вариантом осуществления изобретения распределение пор по размеру получают на основе анализа трехмерных моделей породы, полученных с использованием рентгеновской микротомографии образцов породы.

Скорости течения жидкости в поровом пространстве пласта определяют при помощи моделирования на поровом уровне с использованием доступного гидродинамического симулятора.

Изобретение поясняется чертежом, где на фиг. 1 приведена блок-схема осуществления предлагаемого способа.

Предложенное изобретение предусматривает выбор состава закачиваемой воды (воды закачки) и режима закачки воды в нагнетательные скважины, минимизирующего риск выпадения осадков в пластовых условиях и связанного с этим снижения проницаемости пласта. Состав воды и режим закачки определяют на основе данных о распределении пор по размерам и минеральном составе породы, химических составах пластового рассола и закачиваемой воды, а также значений пластовой температуры, давления и скорости протекания реакций. Количество выпадающего осадка зависит от термодинамических условий (давление и температура), а влияние осадка на проницаемость пласта зависит от площади выпадения, которая, в свою очередь, является функцией скорости притока в пласт воды закачки и скорости протекания реакции осаждения. На основе указанных выше исходных данных оказывается возможным определить такой режим закачки, при котором риск снижения проницаемости пласта в районе каждой скважины является минимальным.

Согласно схеме реализации изобретения, приведенной на фиг. 1, на первом этапе (блок 1) отбирают представительный образец породы из интересующего пласта и определяют минеральный (химический) состав породы коллектора.

Способ определения минерального (химического) состава породы коллектора не регламентируется данным изобретением. В соответствии с одним из вариантов реализации изобретения минеральный (химический) состав породы коллектора может быть получен путем прямого анализа образца породы коллектора любым из известных методов, например, при помощи растровой электронной микроскопии в режиме энергодисперсионной спектроскопии.

В соответствии с еще одним вариантом реализации изобретения, минеральный (химический) состав породы коллектора может быть получен из имеющихся данных по разработке.

В соответствии с одним из вариантов реализации изобретения, в качестве образцов породы коллектора может быть использован шлам, полученный при бурении рассматриваемой нагнетательной скважины.

На втором этапе (блок 2) проводят отбор пластовой воды (рассола) из скважины и определяют ее состав в пластовых условиях.

Способ определения химического состава образца пластовой воды (рассола) не регламентируется данным изобретением. Состав может быть получен любым из известных методов, используемых в индустрии, например, например, методом титрования (по ГОСТ 23268.6-78 для определения хлорид-ионов, ГОСТ 23268.5-78 для определения кальция и магния, ГОСТ 23268.9-78 для определения ионов натрия, и т.д.).

В соответствии с одним из вариантов реализации изобретения, проба пластовой воды (рассола) является глубинной пробой (отобранной на забое). В этом случае определенный стандартными методами химический состав пластовой воды (рассола) соответствует исходному (пластовому) и каких-либо дополнительных действий проводить не требуется.

В соответствии с другим вариантом реализации изобретения, проба пластовой воды (рассола) является устьевой пробой. В этом случае полученный химический состав пластовой воды (рассола) должен быть восстановлен (скорректирован) на пластовые условия. Для этого необходима информация о пластовом давлении и температуре (относится к стандартным данным по разработке), а также о минеральном (химическом) составе породы-коллектора, определенном на первом этапе реализации данного изобретения).

В соответствии с одним из вариантов реализации изобретения восстановление состава пластовой воды (рассола) на пластовые условия может быть выполнено с использованием методов вычислительной химии, например, с использованием одного из существующих геохимических симуляторов (например, Oli Studio https://www.olisystems.com/oli-studio-scalechem или Scale Soft Pitzer https://bcc.rice.edu/node/47, Fan С. et al. Scale prediction and inhibition for oil and gas production at high temperature/high pressure, SPE journal, 2012, т. 17, №. 02, с. 379-392).), в предположении, что пластовая вода (рассол) находится в химическом равновесии с породой коллектора в пластовых условиях.

В соответствии с другим вариантом реализации изобретения, восстановление состава пластовой воды (рассола) на пластовые условия может быть выполнено путем помещения образца пластовой воды в контакт с достаточно большим объемом породы коллектора при пластовых условиях, с последующим анализом проб (как минимум две пробы должны быть отобраны с некоторым интервалом времени). Рассол должен находиться в контакте с породой до достижения равновесия, что характеризуется неизменностью состава флюида со временем.

В соответствии с еще одним вариантом реализации изобретения, химический состав рассола в пластовых условиях может быть получен из имеющихся данных по разработке.

На третьем этапе (блок 3) производится отбор проб, определение химического состава и изучение стабильности воды закачки в условиях, отвечающих всем возможным режимам закачки (не происходит самопроизвольного выпадения осадка). Диапазон «отвечающих всем возможным режимам закачки» условий соответствует пластовой температуре и давлениям в диапазоне от исходного пластового давления до давления, соответствующего гидроразрыву пласта.

В соответствии с одним из вариантов реализации изобретения стабильность воды закачки в диапазоне «всех возможных режимов закачки» проверяется экспериментально путем помещения образца закачиваемой воды в соответствующие термодинамические условия.

В соответствии с другим вариантом реализации изобретения стабильность закачиваемой воды в диапазоне «всех возможных режимов закачки» проверяют при помощи моделирования с использованием одного из существующих геохимических симуляторов (например, Oli Studio https://www.olisystems.com/oli-studio-scalechem или Scale Soft Pitzer https://bcc.rice.edu/node/47, Fan С. et al. Scale prediction and inhibition for oil and gas production at high temperature/high pressure, SPE journal, 2012, т.17, №. 02, с. 379-392).

Если в какой-то области рассматриваемых термодинамических параметров закачиваемая вода является нестабильной, то определяют количество и состав осадка, а также кинетику реакции осадкообразования (скорость образования осадка).

В соответствии с одним из вариантов реализации изобретения, количество и состав осадка определяют экспериментально любым из существующих лабораторных методов, например, количество осадка определяется путем взвешивания, а состав определяют при помощи растровой электронной микроскопии в режиме энергодисперсионной спектроскопии.

В соответствии с другим вариантом реализации изобретения, количество и состав осадка определяют при помощи моделирования с использованием одного из существующих геохимических симуляторов (например, Oli Studio https://www.olisystems.com/oli-studio-scalechem или Scale Soft Pitzer https://bcc.rice.edu/node/47, Fan С. et al. Scale prediction and inhibition for oil and gas production at high temperature/high pressure, SPE journal, 2012, т.17, №. 02, с. 379-392).

В соответствии с одним из вариантов реализации изобретения скорость реакции осадкообразования определяется экспериментально.

В соответствии с другим вариантом реализации изобретения скорость реакции осадкообразования определяют на основе методов вычислительной химии (например, White D.A., Verdone N. Numerical modelling of sedimentation processes //Chemical engineering science. - 2000. - T. 55. - №. 12. - C. 2213-2222.) и известных литературных данных.

Таким образом, в ходе третьего этапа реализации изобретения определяют состав закачиваемой воды и количество содержащегося в ней осадка в момент проникновения воды в пласт.

Согласно схеме реализации изобретения, приведенной на фиг. 1, на четвертом этапе (блок 4) производят изучение стабильности системы «пластовая вода - порода коллектора» в условиях, отвечающих всем возможным режимам закачки (не происходит самопроизвольного выпадения осадка).

В соответствии с одним из вариантов реализации изобретения стабильность системы «пластовая вода - порода коллектора» проверяется экспериментально путем помещения образца пластовой воды (глубинной пробы или восстановленного в ходе осуществления работ на втором этапе данного изобретения) в присутствии достаточного количества породы коллектора в соответствующие термодинамические условия.

В соответствии с другим вариантом реализации изобретения, стабильность системы «пластовая вода - порода коллектора» в диапазоне всех возможных режимов закачки проверяется при помощи моделирования с использованием одного из существующих геохимических симуляторов например, Oli Studio https://www.olisystems.com/oli-studio-scalechem или Scale Soft Pitzer https://bcc.rice.edu/node/47, Fan С.et al. Scale prediction and inhibition for oil and gas production at high temperature/high pressure, SPE journal, 2012, т. 17, №. 02, с. 379-392).

Если в какой-то области рассматриваемых термодинамических параметров система «пластовая вода - порода коллектора» является нестабильной, то определяют количество и состав осадка, а также кинетику реакции осадкообразования (скорость образования осадка) или, соответственно, кинетику реакции растворения.

В соответствии с одним из вариантов реализации изобретения количество и состав осадка (количество и состав растворенной породы) определяют экспериментально.

В соответствии с другим вариантом реализации изобретения количество и состав осадка определяют при помощи моделирования с использованием одного из существующих геохимических симуляторов.

В соответствии с одним из вариантов реализации изобретения скорость реакции осадкообразования определяется экспериментально.

В соответствии с другим вариантом реализации изобретения скорость реакции осадкообразования определяют на основе методов вычислительной химии и известных литературных данных.

На следующем этапе (блок 5) производят изучение стабильности системы «вода закачки- пластовая вода - порода коллектора» при различных пропорциях воды в условиях, отвечающих всем возможным режимам закачки (не происходит самопроизвольного выпадения осадка).

В соответствии с одним из вариантов реализации изобретения стабильность системы «вода закачки - пластовая вода - порода коллектора» проверяют экспериментально путем помещения смеси воды закачки и пластовой воды (глубинной пробы или восстановленного в ходе осуществления работ на втором этапе данного изобретения) в присутствии достаточного количества породы коллектора в соответствующие термодинамические условия.

В соответствии с другим вариантом реализации изобретения стабильность системы «вода закачки - пластовая вода - порода коллектора» в диапазоне всех возможных режимов закачки при различных пропорциях вод проверяют при помощи моделирования с использованием одного из существующих геохимических симуляторов (например, Oli Studio https://www.olisystems.com/oli-studio-scalechem или Scale Soft Pitzer https://bcc.rice.edu/node/47, Fan С.et al. Scale prediction and inhibition for oil and gas production at high temperature/high pressure, SPE journal, 2012, т.17, №. 02, с. 379-392).

Если в какой-то области рассматриваемых термодинамических параметров система «вода закачки - пластовая вода - порода коллектора» является нестабильной, то определяют количество и состав осадка (количество и состав растворенной породы), а также кинетику реакции осадкообразования (скорость образования осадка) или, соответственно, кинетику реакции растворения (скорость растворения породы коллектора).

В соответствии с одним из вариантов реализации изобретения количество и состав осадка (количество и состав растворенной породы) определяют экспериментально любым из существующих лабораторных методов, например, количество осадка определяется путем взвешивания, а состав определяется при помощи растровой электронной микроскопии в режиме энергодисперсионной спектроскопии.

В соответствии с другим вариантом реализации изобретения количество и состав осадка (количество и состав растворенной породы) определяют при помощи моделирования с использованием одного из существующих геохимических симуляторов (например, Oli Studio https://www.olisystems.com/oli-studio-scalechem или Scale Soft Pitzer https://bcc.rice.edu/node/47, Fan С. et al. Scale prediction and inhibition for oil and gas production at high temperature/high pressure, SPE journal, 2012, т. 17, №. 02, с. 379-392).

В соответствии с одним из вариантов реализации изобретения скорость реакции осадкообразования (реакции растворения) определяют экспериментально.

В соответствии с другим вариантом реализации изобретения скорость реакции осадкообразования (реакции растворения) определяют на основе методов вычислительной химии (например, White D.A., Verdone N. Numerical modelling of sedimentation processes //Chemical engineering science. - 2000. - T. 55. - №. 12. - C. 2213-2222) и известных литературных данных.

Согласно схеме реализации изобретения, приведенной на фиг. 1, на следующем этапе (блок 6) определяют распределение пор по размерам для образца породы коллектора. Данная процедура может быть осуществлена с использованием любого подходящего метода, например, при помощи ртутной порометрии.

В соответствии с одним вариантом реализации изобретения в качестве образцов породы коллектора могут быть использованы керны, извлеченные из скважины при разработке.

В соответствии с другим вариантом реализации изобретения в качестве образцов породы коллектора может быть использован шлам, полученный при бурении рассматриваемой нагнетательной скважины.

В соответствии с другим вариантом реализации изобретения проводят рентгеновскую микротомографию кернов для получения цифровой трехмерной структуры «поровое пространство - порода». На основе этих данных также может быть построено распределение пор по размерам или модель структура может быть использована непосредственно далее.

Согласно схеме реализации изобретения, приведенной на фиг. 1, на седьмом этапе (блок 7) определяют скорость течения жидкости в порах разного размера при различных условиях, отвечающих всем возможным режимам закачки.

В соответствии с одним из вариантов реализации изобретения, распределение скорости рассчитывается при помощи моделирования на поровом уровне с использованием одного из существующих гидродинамических симуляторов (например https://www.slb.com/resource-library/technical-paper/ts/sca-sca2013-014, Dinariev О., Evseev N. Multiphase flow modeling with density functional method //Computational Geosciences. - 2016. - T. 20. - №. 4. - C. 835-856).

В соответствии с другим вариантом реализации изобретения, распределение скорости измеряют экспериментально с использованием любых известных методов, например ЯМР-релаксометрии.

На восьмом этапе (блок 8 на фиг. 1) на основании данных, полученных на предыдущих этапах, а именно химических составов пластовых вод, вод закачки, кинетики осадкообразования в случае нестабильности пластовой воды и/или системы «пластовая вода - порода коллектора» и/или «вода закачки - пластовая вода - порода коллектора», а также распределения скоростей в образце, осуществляют выбор оптимального давления закачки и состава закачиваемой воды, обеспечивающих минимизацию количества осадка на единицу объема породы.

Способ решения задачи по выбору режима закачки и состава закачиваемой воды не регламентируется данным изобретением. Например, могут быть использованы аналитические методы, основанные на вариационном исчислении или динамическом программировании. Также могут быть использованы программные продукты для численного решения задач оптимизации (например, ALGLIB https://www.alglib.net/)

Согласно схеме реализации изобретения, приведенной на фиг. 1, на девятом этапе (блок 9), на основании выбора режима закачки и состава воды закачки, осуществленного на восьмом этапе (блок 8), производят соответствующую подготовку/оптимизацию состава воды закачки. Способ подготовки/оптимизации состава воды закачки не регламентируется данным изобретением. Например, может производиться увеличение содержания недостающих химических компонентов путем их добавления в воду перед ее закачкой в скважину или, наоборот, может производиться снижение содержания определенных компонентов, например, путем пропускания на этапе подготовки воды закачки через колонны с ионообменными смолами.

На последнем этапе (блок 10 на фиг. 1) на основании выбора режима закачки и состава воды закачки, осуществленного на восьмом этапе (блок 8), задают соответствующие режимы закачки и производят закачку подготовленной на девятом этапе (блок 9) воды в скважину.

Предложенный в изобретении метод позволяет рассчитать диапазон режимов закачки воды в нагнетательную скважину, при котором образование осадка (если таковое имеет место), получающегося в результате смешения воды закачки с пластовым рассолом в пластовых условиях, не приводит к падению проницаемости пласта ниже целевых значений.

Рассмотрим реализацию изобретения на примере, в котором исследование проводится для скважины С, месторождения М. По данным ГИС пластовое давление составляет 300 атм., пластовая температура 35 С. Максимально возможное давление до начала образования гидроразрыва составляет 600 атм., максимально возможный градиент давления в пласте 18 кПа/м.

Отбор образца породы коллектора и определение состава породы (блок 1 на фиг. 1):

Состав исследуемой породы определен посредством анализа отобранного образца шлама методом растровой электронной микроскопии в режиме энергодисперсионной спектроскопии [Н.Г. Стенина Просвечивающая электронная микроскопия в задачах генетической минералогию - Новосибиск: «Наука», 1985. - С. 6]. Согласно анализу, состав породы: 30% по массе каолинит (Al₂Si₂O₅(OH)₄), 70% по массе кварц (SiO₂).

Определение состава пластовой воды (блок 2 на фиг. 1):

Была отобрана устьевая проба воды с интересующей скважины месторождения. Состав воды был определен при атмосферном давлении и температуре 25°С с использованием государственных стандартов [РД 52.24.407-2006, РД 52.24.483-2005, РД 52.24.493-2006, РД 52.24.395-2007, РД 52.24.514-2009, РД 52.24.495-2005]. Далее с использованием геохимического симулятора «OLI Studio» было проведено восстановление состава пластовой воды на пластовые условия (давление 300 атм., температура 35С). Данные о составе пластовой воды представлены в Таблице 1.

Определение состава воды закачки и ее стабильности (блок 3 на фиг. 1):

Состав воды закачки был определен при атмосферном давлении и 25°C с использованием государственных стандартов [РД 52.24.407-2006, РД 52.24.483-2005, РД 52.24.493-2006, РД 52.24.395-2007, РД 52.24.514-2009, РД 52.24.495-2005]. Полученный состав представлен в Таблице 2. С использованием геохимического симулятора «OLI Studio» было установлено, что данная вода при 35°С в исследуемом диапазоне давлений от 300 до 600 бар термодинамически стабильна (не происходит выпадения осадка).

Проверка стабильности системы «пластовая вода» и «порода коллектора» (блок 4 на фиг. 1):

С использованием геохимического симулятора «OLI Studio» было установлено, что пластовая вода в контакте с породой при 35°С в исследуемом диапазоне давлении от 300 до 600 бар термодинамически стабильна (не происходит выпадения осадка).

Проверка стабильности системы «пластовая вода», «вода закачки», «порода коллектора» (блок 5 на фиг. 1):

С использованием геохимического симулятора «OLI Studio» было установлено, что смесь пластовой воды и воды закачки в контакте с породой при 35°С в исследуемом диапазоне давлений от 300 до 600 бар не является термодинамически стабильной. При различных соотношениях объемных долей вод возможен сценарий выпадения гипса. Данные о количестве выпадаемого осадка представлены в Таблице 3.

Данные о кинетике выпадения гипса в присутствии ионов хлора в растворе были взяты из статьи [Не S., Oddo J.Е., Tomson М.В. The seeded growth of calcium sulfate dihydrate crystals in NaCl solutions up to 6 m and 90°C //Journal of colloid and interface science. - 1994. - T. 163. - №. 2. - C. 372-378.]. Для данного диапазона термобарических условий (35°С, диапазон давлений 300-600 бар) реакция осаждения является реакцией второго порядка, описываемой уравнением:

В данном выражении - концентрация ионов концентрация ионов - концентрация образовавшегося гипса, R - константа скорости реакции, равная:

Определение распределения пор по размерам для породы коллектора (блок 6 на фиг. 1):

С использованием методов ртутной порометрии для породы коллектора было получено распределение пор по размерам. Данные распределения представлены в таблице 4.

Определение скорости течение жидкости в породе коллектора (блок 7 на фиг. 1):

Для полученного на предыдущем этапе (блок 6) распределения пор по размерам проводилось прямое численное моделирование течения жидкости путем решения уравнение Навье-Стокса. В модели пористая среда представляла собой сеть независимых каналов круглого сечения, размеры и количество которых совпадали с распределением пор. В них содержалась пластовая вода, которая вытеснялась водой закачки под действием постоянного градиента давления. Для каждого размера каналов рассчитывалось распределение смещений молекул за различные моменты времени, в предположении, что установившееся течение является ламинарным, а коэффициенты диффузии для растворенных ионов в воде закачки и пластовой воде взяты из известных источников [Краткий справочник физико-химических величин» под редакцией К.П. Мищенко и А.А. Равделя, Л.: Химия, 1974 г. - 200 стр]. Более подробно эта модель описана в [Клименок К.Л., Демьянов А.Ю. Численное моделирование сигнала ядерного магнитного резонанса в насыщенных пористых среда с учетом движения фаз //вычислительные методы и программирование. - 2017. - Т. 18. - №.3. - С. 192-203.]. По распределению смещений рассчитывалось распределение скоростей течения жидкости. Расчеты проводились для градиентов давления от 3 до 18 кПа/м с шагом 3 кПа/м. Это соответствует давлению закачки от 350 до 600 бар

Выбор оптимального режима закачки (блок 8 на фиг. 1):

Для каждого рассчитанного на предыдущем этапе (блок 7) распределения скорости вытеснения решалась кинетическая задача о выпадении осадка, описанная на пятом этапе (блок 5 на фиг. 1), с учетом известной константы скорости и максимально рассчитанного количества выпадающего осадка. Далее, для каждого распределения скорости вытеснения рассчитывалась суммарная масса выпавшего осадка. Данные о суммарной массе осадка, выпадающие за 1 секунду, представлены в Таблице 5. Среди рассчитанных режимов наименьшее количество осадка выпадает при закачке под давлением 600 атм. Также видно, что существует локальный максимум, соответствующий закачке при давлении близи 450 атмосфер. Таким образом, при выходе на рабочий режим, необходимо минимизировать время работы близи данного давления.

Подготовка оптимального состава закачки (блок 9 на фиг. 1):

Предварительно перед закачкой, проводится очищение воды закачки с помощью метода обратного осмоса, тем самым уменьшается скорость выпадения. твердого гипса до скоростей, представленных в таблице 6.

Изобретение относится к разработке углеводородных месторождений. Технический результат заключается в минимизации риска снижения проницаемости породы вблизи нагнетательных скважин и соответственно риска закупорки нагнетательных скважин в процессе закачки воды в нагнетательные скважины на начальном этапе их работы посредством выбора оптимального состава закачиваемой воды и режима закачки. Заявлен способ оптимизации закачки воды в нагнетательные скважины на начальном этапе работы, включающий отбор образца породы коллектора и определение его минерального состава, и отбор проб пластовой воды из скважины в пластовых условиях с определением ее состава в пластовых условиях. Далее проверяют стабильность воды закачки в условиях, отвечающих всем возможным режимам закачки при пластовой температуре и давлениях в диапазоне от исходного пластового давления до давления, соответствующего гидроразрыву пласта, и в случае нестабильности определяют количество и состав выпадающих осадков, а также скорость их выпадения. Проверяют стабильность системы «пластовая вода - порода коллектора» в условиях, отвечающих всем возможным режимам закачки при пластовой температуре и давлениях в диапазоне от исходного пластового давления до давления, соответствующего гидроразрыву пласта, и в случае нестабильности определяют количество и состав выпадающих осадков, а также скорость их выпадения. Проверяют стабильность системы «вода закачки - пластовая вода - порода коллектора» при различных пропорциях воды закачки и пластовой воды в условиях, отвечающих всем возможным режимам закачки при пластовой температуре и давлениях в диапазоне от исходного пластового давления до давления, соответствующего гидроразрыву пласта, и в случае нестабильности определяют количество и состав выпадающих осадков, а также скорость их выпадения. Определяют распределение пор по размерам для образца породы коллектора и определяют распределение скорости течения жидкости в порах разного размера в образце при различных условиях, отвечающих всем возможным режимам закачки при пластовой температуре и давлениях в диапазоне от исходного пластового давления до давления, соответствующего гидроразрыву пласта. Для каждого из режимов строят распределение скорости вытеснения пластовой воды. На основании определенного состава пластовой воды, воды закачки, скоростей выпадения осадков, а также распределения скоростей течения жидкости в порах разного размера в образце выбирают режим закачки воды и состав воды закачки, обеспечивающий минимизацию количества осадка на единицу объема породы. Осуществляют подготовку воды закачки с обеспечением выбранного состава, задают выбранные давления закачки и производят закачку подготовленной воды в нагнетательную скважину. 14 з.п. ф-лы, 1 ил., 6 табл.

1. Способ оптимизации закачки воды в нагнетательные скважины на начальном этапе работы, в соответствии с которым:

- осуществляют отбор образца породы коллектора и определяют минеральный состав породы коллектора,

- отбирают пробу пластовой воды из скважины в пластовых условиях и определяют состав пластовой воды в пластовых условиях,

- проверяют стабильности воды закачки в условиях, отвечающих всем возможным режимам закачки при пластовой температуре и давлениях в диапазоне от исходного пластового давления до давления, соответствующего гидроразрыву пласта, и в случае нестабильности определяют количество и состав выпадающих осадков, а также скорость их выпадения,

- проверяют стабильность системы «пластовая вода - порода коллектора» в условиях, отвечающих всем возможным режимам закачки при пластовой температуре и давлениях в диапазоне от исходного пластового давления до давления, соответствующего гидроразрыву пласта, и в случае нестабильности определяют количество и состав выпадающих осадков, а также скорость их выпадения,

- проверяют стабильность системы «вода закачки - пластовая вода - порода коллектора» при различных пропорциях воды закачки и пластовой воды в условиях, отвечающих всем возможным режимам закачки при пластовой температуре и давлениях в диапазоне от исходного пластового давления до давления, соответствующего гидроразрыву пласта, и в случае нестабильности определяют количество и состав выпадающих осадков, а также скорость их выпадения,

- определяют распределение пор по размерам для образца породы коллектора,

- определяют распределение скорости течения жидкости в порах разного размера в образце при различных условиях, отвечающих всем возможным режимам закачки при пластовой температуре и давлениях в диапазоне от исходного пластового давления до давления, соответствующего гидроразрыву пласта, и для каждого из режимов строят распределение скорости вытеснения пластовой воды,

- на основании определенного состава пластовой воды, воды закачки, скоростей выпадения осадков, а также распределения скоростей течения жидкости в порах разного размера в образце выбирают режим закачки воды и состав закачиваемой воды, обеспечивающий минимизацию количества осадка на единицу объема породы,

- осуществляют подготовку воды закачки с обеспечением выбранного состава, задают выбранные давления закачки и производят закачку подготовленной воды в нагнетательную скважину.

2. Способ оптимизации закачки воды в нагнетательные скважины на начальном этапе работы по п. 1, в соответствии с которым проба пластовой воды является глубинной пробой, отобранной на забое.

3. Способ оптимизации закачки воды в нагнетательные скважины на начальном этапе работы по п. 1, в соответствии с которым проба пластовой воды является устьевой пробой, для которой химический состав пластовой воды восстанавливают на пластовые условия.

4. Способ оптимизации закачки воды в нагнетательные скважины на начальном этапе работы по п. 3, в соответствии с которым восстановление состава пластовой воды на пластовые условия осуществляют с использованием методов вычислительной химии.

5. Способ оптимизации закачки воды в нагнетательные скважины на начальном этапе работы по п. 3, в соответствии с которым восстановление состава пластовой воды на пластовые условия осуществляют путем помещения образца пластовой воды в контакт с достаточно большим объемом породы коллектора при пластовых условиях с последующим анализом проб.

6. Способ оптимизации закачки воды в нагнетательные скважины на начальном этапе работы по п. 1, в соответствии с которым стабильность воды закачки в диапазоне всех возможных режимов закачки, а также систем «пластовая вода - порода коллектора» и «пластовая вода - порода коллектора - вода закачки» в диапазоне всех возможных режимов закачки проверяют экспериментально.

7. Способ оптимизации закачки воды в нагнетательные скважины на начальном этапе работы по п. 1, в соответствии с которым стабильность воды закачки в диапазоне всех возможных режимов закачки, а также систем «пластовая вода - порода коллектора» и «пластовая вода - порода коллектора - вода закачки» в диапазоне всех возможных режимов закачки проверяют с использованием геохимических симуляторов.

8. Способ оптимизации закачки воды в нагнетательные скважины на начальном этапе работы по п. 1, в соответствии с которым в случае нестабильности воды закачки в диапазоне всех возможных режимов закачки и/или систем «пластовая вода - порода коллектора», «пластовая вода - порода коллектора - вода закачки» в диапазоне всех возможных режимов закачки количество выпадающих осадков и их скорость выпадения измеряют экспериментально.

9. Способ оптимизации закачки воды в нагнетательные скважины на начальном этапе работы по п. 1, в соответствии с которым в случае нестабильности воды закачки в диапазоне всех возможных режимов закачки и/или систем «пластовая вода - порода коллектора», «пластовая вода - порода коллектора - вода закачки» в диапазоне всех возможных режимов закачки количество выпадающих осадков и их скорость выпадения измеряют с использованием геохимических симуляторов.

10. Способ оптимизации закачки воды в нагнетательные скважины на начальном этапе работы по п. 1, в соответствии с которым в случае нестабильности воды закачки в диапазоне всех возможных режимов закачки и/или систем «пластовая вода - порода коллектора», «пластовая вода - порода коллектора - вода закачки» в диапазоне всех возможных режимов количество выпадающих осадков и их скорость выпадения измеряют с использованием литературных данных.

11. Способ оптимизации закачки воды в нагнетательные скважины на начальном этапе работы по п. 1, в соответствии с которым в качестве образца породы коллектора используют образцы керна, извлеченные из скважины при разработке.

12. Способ оптимизации закачки воды в нагнетательные скважины на начальном этапе работы по п. 1, в соответствии с которым в качестве образца породы коллектора используют образцы шлама, полученные при бурении нагнетательной скважины.

13. Способ оптимизации закачки воды в нагнетательные скважины на начальном этапе работы по п. 1, в соответствии с которым распределение пор по размеру определяют с использованием ртутной порометрии.

14. Способ оптимизации закачки воды в нагнетательные скважины на начальном этапе работы по п. 1, в соответствии с которым распределение пор по размеру получают на основе анализа трехмерных моделей породы, полученных с использованием рентгеновской микротомографии образцов породы.

15. Способ оптимизации закачки воды в нагнетательные скважины на начальном этапе работы по п. 1, в соответствии с которым скорости течения жидкости в поровом пространстве пласта определяют при помощи моделирования на поровом уровне с использованием доступного гидродинамического симулятора.