автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.06, диссертация на тему:Разработка и применение методов воздействия на терригенные пласты высокоэффективными осадкогелеобразующими композициями

Башкирский научно-исследовательский и проектный институт нефти

(БашНИПИнефть)

На правах рукописи УДК 622.276

ЯКИМЕНКО ГАЛИЯ ХАСИМОВНА

о

РАЗРАБОТКА И ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДОВ ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ТЕРРИГЕННЫЕ ПЛАСТЫ ВЫСОКОЭФФЕКТИВНЫМИ ОСАДКОГЕЛЕ-ОБРАЗУЮЩИМИ КОМПОЗИЦИЯМИ

Специальность 05.15.06 - Разработка и эксплуатация

нефтяных и газовых месторождений

ДИССЕРТАЦИЯ

на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель

д.т.н., чл.-корр.РАЕН Р.Х.Алмаев Научный консультант,

к.т.н. О.Г.Гафуров

Уфа -1998

ВВЕДЕНИЕ 4

1 .ТЕХНОЛОГИИ ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ПЛАСТ НА

ОСНОВЕ ОСАДКОГЕЛЕОБРАЗУЮЩИХ КОМПОЗИЦИЙ 9

2.ПРИМЕНЕНИЕ ОСАДКОГЕЛЕОБРАЗУЮЩИХ ТЕХНОЛОГИЙ НА МЕСТОРОЖДЕНИЯХ БАШКОРТОСТАНА 34

2.1. Анализ результатов внедрения осадкогелеобразующих технологий на месторождениях Башкортостана 52

2.2. Критерии подбора объектов воздействия осадкогелеобразу-ющими технологиями 61

3.ЛАБОРАТОРНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПО ОПРЕДЕЛЕНИЮ ОПТИМАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ ОСАДКОГЕЛЕОБРАЗУЮЩИХ КОМПОЗИЦИЙ НА ОСНОВЕ ОТРАБОТАННЫХ ЩЕЛОЧЕЙ 66

3.1.Изучение процессов осадкообразования при применении отработанных щелочей 67

3.2.Исследование особенностей фильтрации осадкогелеобразующих композиций на основе отработанных щелочей на моделях пласта 70

3.3.Изучение процессов осадкообразования при применении осадкогелеобразующих композиций на

основе отработанных щелочей и флокулянтов 74

3.4.Исследование особенностей фильтрации осадкогелеобразующих композиций на основе отработанных

щелочей и флокулирующих добавок на моделях пласта 78

4. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЙ ВОЗДЕЙСТВИЯ НА

ПЛАСТ НА ОСНОВЕ ОТРАБОТАННЫХ ЩЕЛОЧЕЙ 84

4.1 .Модификации технологий воздействия на пласт

на основе отработанных щелочей 84

4.2.Выбор объектов для проведения промысловых испыта-

ний технологий воздействия на пласт 87

4.3. Промысловые испытания разработанных технологий воздействия на пласт 93 4.3.1 .Промысловые испытания технологий на Уршакском месторождении 93 4.3.2.Промысловые испытания технологии на Шкаповском месторождении 97 5. ОЦЕНКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ И ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ВНЕДРЕНИЯ

РАЗРАБОТАННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ 98

5.1 .Результаты внедрения осадкогелеобразующих

технологий на Уршакском месторождении 98

5.2. Результаты внедрения осадкогелеобразующих

технологий на Шкаповском месторождении 115

5.3. Оценка экономической эффективности внедрения разработанных технологий 121 ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ 127 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 129 ПРИЛОЖЕНИЯ 144

ВВЕДЕНИЕ

Высокие темпы добычи нефти с применением заводнения на нефтяных месторождениях Башкортостана вследствие развитой послойной и площадной неоднородности продуктивных пластов приводят к интенсивному обводнению добываемой продукции скважин при относительно невысоких коэффициентах нефтеотдачи. Поэтому для большинства нефтяных месторождений на современной стадии разработки текущая обводненность добываемой продукции превышает 90%.

Применение обычных технологий заводнения уже не может обеспечить достаточно высокой эффективности выработки запасов нефти на указанных месторождениях. В связи с этим сохраняют актуальность поиск и внедрение осадкогелеобразующих технологий, позволяющих снизить проницаемость промытых зон пласта и увеличить охват пласта заводнением.

Большой вклад в развитие данной проблемы внесли отечественные ученые: Р.Х.Алмаев, Г.А.Бабалян, В.Е.Гавура, А.Ш.Газизов, О.Г.Гафуров, А.Т.Горбунов, Б.Е.Доброскок, Р.Н.Дияшев, Ю.В.Желтов, Р.Р.Ибатуллин, Т.А.Исмагилов, Б.И.Леви, Е.В.Лозин, И.Л.Мархасин, М.Л.Сургучев, А.Г.Телин, В.Е.Титов, М.А.Токарев, Э.М.Халимов, Н.И.Хисамутдинов, И.А.Швецов, Э.М.Юлбарисов и др.

Несмотря на большое количество выполненных исследований, проблема разработки и применения эффективных методов воздействия на пласт на основе осадкогелеобразующих композиций является актуальной и имеет важное народнохозяйственное значение.

Цель работы.

Исследование физико-химических и фильтрационных процессов в пористой среде, разработка и внедрение новых, высокоэффективных технологий воздействия на терригенные пласты осадкогелеобразующими

КОМПОЗИЦИЯМИ.

Основные задачи исследований.

1. Анализ результатов внедрения осадкогелеобразующих технологий (ОГОТ) на месторождениях Башкортостана.

2. Разработка требований к осадкогелеобразующим композициям, обеспечивающим эффективность технологии воздействия.

3. Исследование процессов взаимодействия отработанных щелочных реагентов с пластовыми флюидами, обоснование физических основ их применения в обводненных пластах и их влияния на процессы извлечения нефти.

4. Разработка и внедрение новых технологий воздействия на пласт осадкогелеобразующими композициями с целью блокирования промытых высокопроницаемых и вовлечения в процесс выработки нефтенасыщенных прослоев и зон с ухудшенными коллекторскими свойствами.

5. Обоснование критериев выбора объектов для технологий воздействия на пласт на основе осадкогелеобразующих композиций.

6. Технико-экономическая оценка эффективности внедряемых технологий на поздней и заключительной стадиях разработки месторождений и перспективность их применения.

Методы решения поставленных задач.

Поставленные задачи решались путем проведения статистических, лабораторных, теоретических и промысловых исследований по разработке и внедрению новых технологий. Лабораторные исследования эффективности воздействия композиций на пласт и призабойную зону проводились на линейных моделях нефтяного пласта с соблюдением современных требований к условиям моделирования. Оценка результатов опытно-промысловых испытаний производилась путем проведения

гидродинамических исследований и методов обработки информации по добыче'нефти на ПЭВМ.

Научная новизна.

1. На основе анализа результатов внедрения осадкогелеобразующих технологий на месторождениях Башкортостана разработаны требования к новым высокоэффективным осадкогелеобразующим композициям.

2. Впервые предложены новые осадкогелеобразующие композиции на основе отработанных щелочей, лигносульфонатов и ПАА. Установлена регулирующая роль добавок лигносульфонатов и ПАА на процессы структурообразования. Для терригенных пластов, содержащих высоко минерализованные пластовые воды, предложена базовая технология с применением отработанных щелочей и показана эффективность различных модификаций способа.

3. Разработаны новые способы воздействия на пласт на основе отработанных щелочей.

4. Обоснованы геолого-физические условия эффективного применения разработанных способов воздействия на пласт.

5. Выявлены некоторые закономерности в реакции добывающих скважин очагов воздействия осадкогелеобразующими составами.

Основные защищаемые положения.

1. Геолого-промысловые критерии выбора объектов для технологий воздействия на пласт на основе отработанных щелочей и геолого-физические условия эффективного применения разработанных осадкогелеобразующих технологий.

2. Физико-химические особенности процессов взаимодействия отработанных щелочных химреагентов с пластовым флюидами, позволяющие разрабатывать высокоэффективные композиции для воздействия на пласт при различных геолого-промысловых условиях.

3. Новые способы воздействия на пласт с использованием композиций отработанных щелочей, лигносульфонатов и ПАА, обеспечивающие эффективное регулирование проницаемости водопроводящих каналов пласта.

Практическая ценность и реализация работ в промышленности

1. Обоснованы требования к высокоэффективным осадкогелеобразующим составам для регулирования вытеснения нефти из послойно обводненного пласта.

2. Разработаны новые осадкогелеобразующие композиции на основе отходов нефтехимического производства - отработанных щелочей, лигносульфонатов и ПАА для эффективного воздействия на пласт с целью увеличения нефтеотдачи. Одновременно решается задача утилизации отходов производства.

3. Предложены новые технологии воздействия на пласт с использованием композиций на основе отработанных щелочей. На применение технологий получено разрешение Управления Башкирского Округа Госгортехнадзора.

4. Выявлены основные геолого-промысловые факторы и получена статистическая зависимость, позволяющая прогнозировать эффективность воздействия на пласт осадкогелеобразующими составами и осуществить оптимальный подбор объектов воздействия.

5. Новые технологии увеличения нефтеотдачи пластов с применением осадкогелеобразующих систем на основе отработанных щелочей, лигносульфонатов и ПАА внедрены на Уршакском и Шкапов-ском месторождениях. В результате внедрения получено 25,0 тыс.т дополнительной нефти при сокращении объема попутно добываемой воды на 437,7 тыс.м3. Прибыль за счет внедрения мероприятий составляет 2927,1тыс.руб.

6. Предложена усовершенствованная автором методика оценки

технологической эффективности применения осадкогелеобразующих технологий.

Апробация работы и публикации.

Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались на технических советах НГДУ «Ишимбайнефть», на Ш международной конференции по химии нефти ( г.Томск, декабрь 1997 г.), научно-практической республиканской конференции «Проблемы разработки залежей нефти с карбонатными коллекторами «(г.Уфа, июнь

1997 г.), научно-технических семинарах « Повышение нефтеотдачи пластов на месторождениях Башкортостана« (г. Уфа, АН К Башнефть, апрель 1996 г.), научно-технической конференции, посвященной 50-летию УГНТУ « Проблемы нефтегазового комплекса России « ( г. Уфа, май

1998 г.).

1. ТЕХНОЛОГИИ ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ПЛАСТ НА ОСНОВЕ ОСАДКОГЕЛЕОБРАЗУЮЩИХ КОМПОЗИЦИЙ

Особенностью текущего этапа развития нефтяной промышленности является заметное ухудшение структуры запасов нефти. В разработку вводится все большее число месторождений с низкопроницаемыми коллекторами, повышенной вязкостью нефти, сложным геологическим строением. Применение обычных технологий заводнения уже не может обеспечить достаточно высокой эффективности выработки таких запасов нефти. Кроме того, постоянно увеличивается количество нефти, содержащейся в полностью обводненных пластах, доразработка которых традиционными технологиями часто не рентабельна.

Ограничение движения вод в промытых зонах и прослоях пласта с применением осадкогелеобразующих составов, полученных взаимодействием вводимых в пласт реагентов с пластовыми флюидами, является эффективным средством увеличения охвата нефтеводонасыщенного коллектора воздействием и повышения конечной нефтеотдачи. [1-3].

Породы продуктивного пласта и насыщающие их жидкости являются химически активными компонентами в процессе взаимодействия с реагентом - источником для образования водоизолирующей массы в условиях нефтеводонасыщенного коллектора. В основу подбора реагентов для регулирования фильтрационных характеристик коллектора положены принципы образования гелей или осадков при взаимодействии их с минерализованной пластовой водой и введения дополнительных реагентов, повышающих эффективность[3-5].

Понятие «гель» происходит от латинского слова gelo~зacтывaю. Типичные гели обладают пластичностью, некоторой эластичностью и тиксотропными свойствами. Гели образуются из золей при их коагуляции

в случаях развития пространственной сетки в результате молекулярного сцепления частиц дисперсной фазы [6-8] .

Типичные гели образуются уже при очень малом содержании дисперсной фазы. Возникают гели в результате весьма рыхлой коагуляции центров на поверхности частиц дисперсной фазы (по углам и ребрам частиц вытянутой формы особенно склонных к гелеобразованию). При коагуляции лиофобных золей образуются осадки агрегатов частиц. В случае лиофильных дисперсных частиц возникают студенистые осадки (коагели). Если золь или коллоидная суспензия являются достаточно лиофильными, то образуется типичный гель, называемый лиогелем, при этом не происходит разделения фаз с появлением осадка, и вся дисперсионная жидкая среда удерживается механически в ячейках коагуляционной структуры. Переход золь-гель не является фазовым превращением, при этом не происходит разделения фаз с появлением осадка и не наблюдается тепловой эффект. Сцепление частиц при образовании гелей происходит по весьма малым участкам поверхности. Частицы слабо связываются через остаточные тонкие прослойки жидкой среды, что и является причиной тиксотропии, пластичности и сравнительно малой прочности структуры геля. Количество дисперсионной среды, прочно связанной с поверхностью частиц дисперсной фазы, практически не изменяется при переходе золь - гель. Силы, связыващие частицы дисперсной фазы в структуре гелей при достаточной рыхлости структуры, ее малой прочности, могут вызвать постепенное уплотнение геля и уменьшение его в объеме. Этот процесс и выражается в «старении» гелей-длительном изменении их свойств со временем.

Рассмотрим физико-химический метод повышения нефтеотдачи, основанный на способности системы соль алюминия-карбамид-вода непосредственно в пласте генерировать неорганический гель и С02 [9]. В

методе реализован известный в аналитической химии принцип возникающих реагентов (гомогенного осаждения). В пласт закачивается гомогенный водный раствор, содержащий гелеобразующую систему. При температуре выше 70°С в нем происходит гидролиз карбамида. При этом образующиеся продукты гидролиза вызывают сдвиг протолитического равновесия ионов алюминия, в результате через определенное время по механизму кооперативного явления происходит гидролитическая поликонденсация гидроксокомплексов алюминия и во всем объеме раствора практически мгновенно образуется гель. Образование его приводит к перераспределению фильтрационных потоков, выравниванию профиля приемистости нагнетательных скважин и снижению обводненности добывающих скважин.

При реализации метода используются гелеобразующие композиции ГАЛКА и ГАЛКА-ПАВ, представляющие собой маловязкие растворы с рН=2,5-3, содержащие соль алюминия, карбамид и некоторые добавки, улучшающие их технологические параметры. Они способны растворять карбонатные минералы породы пласта, снижать набухаемость глин. В пласте за счет его тепловой энергии или энергии закачиваемого теплоносителя карбамид гидролизуется с образованием аммиака и СОг, что постепенно повышает рН раствора. Когда рН= 3,8-4,2, происходит практически мгновенное образование геля гидроксида алюминия во всем объеме раствора. Это проявляется в скачкообразном возрастании рН и динамического напряжения сдвига гелеобразующего раствора.

Время гелеобразования зависит от температуры и соотношения компонентов гелеобразующей системы. Кинетика гелеобразования в системе соль алюминия-карбамид-вода определяется гидролизом карбамида, который происходит намного медленнее коагуляционного процесса гелеобразования гидроксида алюминия.

Присутствие ПАВ в гелеобразующих системах улучшает смачиваемость породы нефтяного коллектора, проникающую и нефтевытесняющую способности. ПАВ оказывают пластифицирующее действие на гель гидроксида алюминия и могут образовывать пену с СОг и аммиаком, выделяющимися при гидролизе карбамида.

Для регулирования фильтрационных потоков в продуктивных пластах, увеличения охвата пласта заводнением, повышения нефтеотдачи разработаны две технологии с применением композиций ГАЛКА и ГАЛКА-ПАВ. Успешно проведены опытно-промышленные испытания этих композиций на месторождениях Западной Сибири.

Особый интерес представляют простые и надежные технологии, направленные на образование водоизолирующих составов непосредственно в пласте за счет взаимодействия закачиваемых с поверхности активных химических соединений с водонефтенасыщенной породой. Существенное значение при этом имеют доступность и дешевизна применяемых химических реагентов [10-12].

Для повышения эффективности метода в осложненных условиях с использованием энергии пласта-высокоминерализованной • воды-разработаны высокоэффективные технологии селективного регулирования проницаемости водопроводящих каналов пласта упругими дисперсиями из композиций щелочных, силикатно-щелочных и лигнинсодержащих составов с добавками полимеров[ 13-43].

Рассматриваемые технологии вытеснения оставшейся после заводнения нефти предназначены для применения в первую очередь на высокообводненных участках месторождений с терригенными коллекторами месторождений Башкортостана. Они заключаются в снижении проницаемости водопроводящих каналов за счет внутрипластового образования упругих дисперсий на путях фильтрации воды.

Исследование закономерностей взаимодействия упругих дисперсий с породами пласта и флюидами и обобщение результатов опытно-промышленн