автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.06, диссертация на тему:Повышение эффективности методов обработки призабойной зоны пласта на месторождениях с карбонатными коллекторами

МИНИСТЕРСТВО ОБЩЕГО И ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

УДМУРТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Богомольный Евгений Исаакович

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ МЕТОДОВ ОБРАБОТКИ ПРИЗАБОЙНОЙ ЗОНЫ ПЛАСТА НА МЕСТОРОЖДЕНИЯХ С КАРБОНАТНЫМИ КОЛЛЕКТОРАМИ

Специальность 05Л 5.06 - «Разработка и эксплуатация нефтяных и

газовых месторождений»

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель: академик РАЕН, д.т.н., профессор Кудинов Валентин Иванович

Ижевск 1999

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение........................................................................................................4

1. Анализ эффективности физико-химических методов обработки призабойной зоны пласта, применяемых на месторождениях Удмуртской Республики, и постановка задачи исследования.................7

1.1. Основные особенности геологического строения и текущего состояния разработки нефтяных месторождений Удмуртии...........7

1.2. Анализ и классификация существующих физико-химических методов воздействия на призабойную зону пласта........................14

1.3. Применение методов обработки призабойной зоны на месторождениях Удмуртии с карбонатными коллекторами, содержащими нефть повышенной и высокой вязкости..................23

1.4. Цель и основные задачи исследования............................................27

2. Совершенствование методов удаления смолопарафиновых отложений из призабойной зоны карбонатного пласта..........................31

2.1. Технология обработки призабойной зоны пласта высокореактивным термохимическим составом, генерируемым на забое скважины...................................................32

2.1.1. Повышение теплогенерации и реактивности рабочей

смеси в призабойной зане пласта...........................................33

2.1.2. Обоснование технологических параметров обработки........35

2.1.3. Расчет температуры нагрева кислоты...................................40

2.2. Технология обработки призабойной зоны карбонатного пласта с одновременным удалением из нее смолопарафиновых отложений.........................................................................................43

2.2.1. Изыскание и исследование физико-химических свойств диспергаторов смолопарафиновых отложений....................43

2.2.2. Определение эффективности диспергаторов.........................52

2.2.3. Механизм взаимодействия кислотно-углеводородного раствора с породой и смолопарафиновыми отложениями...........................................................................62

3. Промысловые испытания........................................................................65

3.1. Промысловые испытания технологии обработки призабойной зоны пласта с одновременным удалением из нее смолопарафиновых отложений.......................................................65

3.1.1. Технология проведения обработок........................................68

3.1.2. Результаты промысловых исследований...............................69

3.2. Промысловые испытания технологии обработки призабойной зоны пласта высокореактивным составом, генерируемым на забое скважины................................................................................74

3.2.1. Технология проведения обработок........................................75

3.2.2. Результаты промысловых исследований...............................76

3.3. Результаты опытно-промышленных работ по внедрению

разработанных технологий.............................................................85

4. Экономическая эффективность внедрения разработанных технологий...............................................................................................91

5. Охрана окружающей среды....................................................................93

5.1. Охрана от загрязнения поверхности почвы....................................93

5.2. Охрана от загрязнения атмосферного воздуха...............................94

Основные выводы.......................................................................................95

Список использованных источников.........................................................97

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время около 50% разведанных запасов нефти в России [65] сосредоточено в карбонатных коллекторах, поэтому их значение как объектов нефтедобычи возрастает год от года. Это обусловлено еще и тем, что практически во всех нефтяных регионах страны в первоочередное промышленное освоение вовлекаются продуктивные месторождения с наиболее благоприятными геолого-физическими характеристиками пласта и насыщающих его флюидов, приуроченных, как правило, к терригенным отложениям [31]. Из-за низкой степени промышленного освоение балансовых запасов нефти в карбонатных коллекторах, характеризующихся сложным строением, трещиновато-стью, низкой пористостью и проницаемостью, невысокой продуктивностью, возрастает их доля в общих разведанных и неразрабатываемых запасах. В то же время месторождения с карбонатными коллекторами распространены практически повсеместно и проблема эффективного их использования затрагивает большинство нефтедобывающих предприятий нефтяных регионов [27].

Необходимо отметить, что проблема эффективного нефтеизвле-чения из карбонатных коллекторов стоит довольно остро и решается трудно [3, 51] из-за геолого-физической характеристики разрабатываемых пластов и свойств добываемых флюидов. Характерными особенностями месторождений с карбонатными коллекторами Удмуртии являются [42, 50]:

- многопластовость;

- расчлененность;

- неоднородность как по толщине, так и по площади;

- трещиноватость;

- повышенная вязкость нефти;

- наличие газовых шапок и водоплавающих зон;

- высокое содержание парафина, смол и асфальтенов;

- низкое газосодержание;

- давление насыщения близко к пластовому давлению.

Для месторождений, сложенных карбонатными коллекторами, до настоящего времени нет достаточно эффективных и экономичных способов разработки и интенсификации добычи нефти. Фактический коэффициент нефтеизвлечения не превышает 0,25-0,30, поэтому процессы разработки карбонатных залежей и интенсификации добычи нефти непосредственно связаны с необходимостью их дальнейшего совершенствования, с применением новых методов обработки пласта. С целью увеличения текущего дебита и коэффициента нефтеизвлечения наиболее перспективны комплексные технологии, сочетающие механизм физико-химических, тепловых и гидродинамических методов воздействия на призабойную зону.

Использование комплексных технологий наиболее оправдано в карбонатных коллекторах, осложненных наличием асфальтосмолопа-рафиновых образований и отложениями неорганического характера.

В целом данные образования представляют собой агломераты парафина и неорганических механических примесей, скрепленных между собой высокомолекулярной смолистой массой.

В зависимости от гидродинамической характеристики коллектора и находящегося в нем флюида отложения могут быть классифицированы как:

- парафиновые образования, представляющие собой смесь твердых предельных углеводородов с числом атомов углерода в молекуле от С20 до С40;

- высокомолекулярные смолисто-асфальтеновые вещества, состоящие из конденсированных циклических структур, содержащих нафтеновые, ароматические и гетероциклические соединения;

- кольматационные материалы неорганического происхождения, образующиеся за счет коллоидно-диспергированных соединений породы коллектора, железа и минеральных солей.

В карбонатных коллекторах с отложениями высокомолекулярных органических соединений наиболее приемлема технология обработки призабойной зоны пласта солянокислотным раствором с одновременным удалением из нее продуктов реакции. Такое комплексное воздействие на пласт может оказывать композиция углеводородного соединения, растворенного непосредственно в самой кислоте.

К числу таких углеводородов относятся некоторые побочные продукты конденсации изобутилена с формальдегидом в присутствии серной кислоты при производстве изопрена на заводах синтетического каучука.

Основным преимуществом данной технологии является одновременное растворение карбонатной породы и диспергирование находящихся на поверхности порового пространства высокомолекулярных соединений. При этом достигается достаточная степень диспергирования асфальтосмолопарафиновых образований для свободного прохода и выноса этих образований при освоении скважин после обработки.

Удаление из призабойной зоны кольматационного материала неорганического характера до настоящего времени является трудно разрешимой задачей. Традиционные методы кислотных и термодинамических обработок не решают в целом всей проблемы, поскольку нет достаточно эффективной технологии и самого растворителя неорганических соединений.

Разработанный автором метод, основанный на использовании высокореактивного состава, генерируемого непосредственно на забое скважины, позволяет в принципе растворить любые соединения неорганического характера, находящиеся в призабойной зоне. В основу

метода заложен принцип получения азотной кислоты при взаимодействии соляной кислоты с металлическим магнием и алюминием в присутствии аммиачной селитры. Получаемая смесь азотной и соляной кислот приближается к составу так называемой "царской водки", способной растворять любые неорганические соединения.

Опытно-промышленные работы по испытанию разработанных технологий были проведены на Киенгопской площади, Гремихинском и Бегешкинском месторождениях ОАО "Удмуртнефть" в Удмуртии. Проведенные обработки показали высокую их эффективность.

Подтверждение эффективности разработанных и внедренных методов обработки призабойной зоны в промысловых условиях и комплексность их воздействия на пласт позволяют сделать вывод о том, что дальнейшее развитие этих методов представляет существенный научный и практический интерес с целью исследования возможности расширения диапазона применения технологий для интенсификации добычи нефти и увеличения нефтеотдачи пластов.

Работа посвящена исследованию механизма воздействия на карбонатные коллекторы кислотно-углеводородными растворами и высокореактивными составами, получаемыми непосредственно на забое скважин. Целью этих исследований является совершенствование методов интенсификации добычи нефти из карбонатных коллекторов.

Основные положения диссертационной работы были доложены и обсуждены на Техническом Совете ОАО "Удмуртнефть" в 1996 году.

Автор выражает искреннюю признательность научному руководителю, председателю совета директоров ОАО "Удмуртнефть", академику РАЕН, д.т.н. В. И. Кудинову, директору "УдмуртНИПИ-нефть", академику РАЕН, д.т.н. Б. М. Сучкову за большое внимание, полезные советы и сотрудничество при выполнении этой работы.

Автор глубоко благодарен всем работникам НГДУ "Ижевск-нефть", института "УдмуртНИПИнефть" за большую помощь, оказанную при проведении опытно-промышленных работ и анализе промысловых материалов.

1. АНАЛИЗ ЭФФЕКТИВНОСТИ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ МЕТОДОВ ОБРАБОТКИ ПРИЗАБОЙНОЙ ЗОНЫ ПЛАСТА, ПРИМЕНЯЕМЫХ НА МЕСТОРОЖДЕНИЯХ УДМУРТСКОЙ РЕСПУБЛИКИ, И ПОСТАНОВКА

ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. Основные особенности геологического строения и текущего состояния разработки нефтяных месторождений Удмуртии

На территории Удмуртской Республики геологоразведочные работы на нефть начаты в 1945 году трестом "Удмуртгеология" Министерства Геологии РСФСР.

По состоянию на 01.01.98 г. за 53 года геологоразведочных работ на территории республики открыто 98 нефтяных месторождений: 26 из них на балансе ОАО "Удмуртнефть", из них 21 месторождение введено в разработку. Два - переданы объединению "Удмуртторф", два - СП "Уральская нефть", одно - ОАО "Башнефть", одно - Чепетскому НГДУ. 29 месторождений находятся на балансе «Удмуртгеология», из которых 2 - в разработке и 27 - в разведке. Остальные 37 месторождений в нераспределенном фонде.

Из 26 нефтяных месторождений, находящихся на балансе объединения "Удмуртнефть", введено в разработку 21 месторождение: Архангельское, Чутырско-Киенгопское, Мишкинское, Южно - Киенгоп-ское, Красногорское, Лудошурское, Ельниковское, Гремихинское, Ижевское, Восточно-Красногорское, Бегешкинское, Лиственское, Кы-рыкмасское, Сундурско-Нязинское, Лозолюкско-Зуринское, Котов-ское, Михайловское, Кезское, Есенейское, Ончугинское, Ломовское.

По вязкости нефти извлекаемые запасы распределяются следующим образом:

до 5 мПа-с - 3,9 %;

от 5 до 10 мПа с -34,0%;

выше 10 мПа-с - 62,1 %.

По типам коллекторов извлекаемые запасы нефти сосредоточены:

в карбонатных - 85 %;

в терригенных - 15 %.

Промышленно нефтеносными являются отложения среднего и нижнего карбона: каширо-подольские - глубина залегания - 800-900 метров; верейские и башкирские - 1200-1300 метров; яснополянские -1400-1500 метров; турнейские - 1500-1600 метров; девонские отложения - глубина залегания 1950-2100 метров; до девонские - 2350-2450 метров.

Отложения яснополянского надгоризонта и девонские отложения представлены песчаниками и алевролитами, остальные - порово-кавернозными и трещиноватыми известняками.

Геологический разрез территории представлен метаморфическими породами нижнего и верхнего протерозоя, палеозойскими и час-

тично мезозойскими образованиями. Вся эта толща подразделяется на четыре структурных этажа - рифейский, вендский, эйфельско - нижнепермский и верхнепермский [21, 62].

По тектоническим признакам, однотипности коллекторов, продуктивности, характеристике нефти на рассматриваемой территории условно выделяется несколько зон, к которым приурочены рассматриваемые нефтяные месторождения.

Наиболее крупной из зон по числу выявленных залежей нефти является Киенгопская, приуроченная к северному борту Камско-Кинельской системы прогибов (ККСП) в пределах Верхне-Камской впадины. Нефтяные скопления здесь связаны с тектоническо - седи-ментационными структурами. Киенгопская зона нефтегазонакопления представлена Чутырско-Киенгопским и Лудошурским месторождениями.

Чутырско-Киенгопское месторождение в рассматриваемой зоне нефтегазонакоплений является самым крупным месторождением. В тектоническом отношении месторождение приурочено к крупному одноименному поднятию, расположенному в пределах Киенгопского вала ККСП. Промышленная нефтеносность установлена в отложениях верейского горизонта, башкирского и турнейского ярусов, а также в породах тульского и бобриковского горизонтов.

Характеристики продуктивных пластов представлены в табл. 1.1.

Лудошурское месторождение в тектоническом плане приурочено к одноименной структуре облегания конусовидного рифа, имеющего изометрическую форму. По кровле верхнего продуктивного пласта верейского горизонта размеры поднятия в пределах контура нефтеносности составляют 2,7x2,8 км, высота 98 м. Промышленно нефтеносны на Лудошурском месторождении отложения верейского горизонта, башкирского яруса, яснополянского надгоризонта и турнейского яруса.

Зона нефтегазонакопления внутренней части ККСП приурочена к рифогенно-карбонатным массивам. В пределах этой зоны расположены 4 разрабатываемых нефтяных месторождения: Ижевское, Греми-хинское, Южно-Киенгопское и Бегешкинское. Нефтяные залежи здесь выявлены в верейских, башкирских, яснополянских, турнейских и кы-новских отложениях. Основная доля разведанных запасов нефти, как и в Киенгопской зоне, установлена в верейских и башкирских отложениях.

Гремихинское месторождение приурочено к брахиантиклиналь-ной складке северо-западного простирания с размерами 8,5x4 км и амплитудой 87 м, по замкнутой изогипсе тульских отложений 1300 м. Промышленные скопления нефти приурочены к отложениям нижнего (турнейский ярус, яснополянский надгоризонт) и среднего карбона (башкирский ярус и верейский горизонт).

Характеристика продуктивных пластов основных месторождений Удмуртии

Месторождение Объект разработки Продуктивные пласты Характеристика отложений Нефтенасыщенная толщина, средняя, м Дебит скважины, т/сут

Чутырско-Киенгопское верейский горизонт башкирский ярус яснополянский надгоризонт турнейский ярус В2 + В3 А4 Тл Бб черепетский известняки известняки песчаники, алевролиты песчаники известняки 0,45 - 4,8 9,3 3.2-4,1 3,7 3.3-5,1 1,2-3 4,3 - 4,6 2,8 - 3,7 0,5 - 4,2

Гремихинское башкирский ярус верейский горизонт яснополянский надгоризонт А4 В2 + В3 Тл, Бб известняки известняки песчаники, алевролиты 20,5 5,0 5,8 3,7 2,1 3,6

Мишкинское верейский горизонт башкирский ярус яснополянский надгоризонт турнейский ярус В 2+ В3 А4 Тл, Бб черепетский известняки известняки песчаники, алевролиты известняки 5,5 - 5,9 4,2 - 4,3 2,7 - 6,7 7,1 -8,6 3,4 1,7 2,7 3,6

Ельниковское каширо-подольский горизонт яснополянский надгоризонт турнейский ярус к7 С1+2+3+4+5+6 черепетский известняки песчаники, алевролиты известняки 1,4-3,8 1,1-5,9 5,3 0,5 4,6 7,5

Нефтяные месторождения Удмуртии отличаются сложным геологическим строением. Основные запасы нефти приурочены к карбонатным коллекторам с высокой расчлененностью, зональной неоднородностью и хаотичной трещиноватостью. Продуктивные отложения сложены уплотненными коллекторами с низкой продуктивностью. Все эксплуатационные объекты являются многопластовыми с резко выраженным слоистым характером строения. Большинство нефтяных месторождений имеют газовые шапки и обширные водонефтяные зоны, что в условиях