автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.10, диссертация на тему:Разработка высокоплотных технологических жидкостей на основе рассолов нитрата кальция для заканчивания и ремонта скважин

НПО "БУРЕНИЕ"

Всесоюзный научно-исследовательский и проектный институт по креплению скважин и буровым растворам (ВНИИКРнефть)

На правах рукописи

ВОЛЬТЕРС Александр Альвианович

УДК 622.245.142+622.276.7

РАЗРАБОТКА ВЫСОКОПЛОТНЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ЖИДКОСТЕЙ НА ОСНОВЕ РАССОЛОВ НИТРАТА КАЛЬЦИЯ ДЛЯ ЗАКАНЧИВАНИЯ И РЕМОНТА СКВАЖИН

Специальность 05.15.10 - Бурение скважин

Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

Краснодар 1992

Работа выполнена во Всесовзном научно - исследовательском и проектном институте по креплении скважин и буровым растворам (ВНШКРнефть).

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор Рябоконь С.А.

Официальные оппоненты:

- доктор технических наук, профессор Пеньков А.И.

- кандидат технических наук, с. н. с. Фельдман И. 11.

Ведущее предприятие - производственное объединение "Юганскнефтегаз".

Защита состоится "_"_199 г., в_часов, на

заседании специализированного совета Д. 104.04.01 во Всесоюзном научно-исследовательском и проектном институте по креплению скважин и буровым растворам при НПО "Бурение" по адресу: 350624, г.Краснодар, ул.Пира, 34.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослан "_"_ 1992г.

Ваши отзывы в двух экземплярах, заверенные гербовой печатью организации, просим направить по указанному адресу на имя ученого секретаря специализированного совета.

Ученый секретарь

специализированного совета кандидат технических наук

Я.И.Рябова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТН

Актуальность работа. Одним из важнейших путей обеспечения прироста добычи нефти в стране является максимальное сохранение фильтрационных свойств продуктивных пластов при строительстве и ремонте скважин. Выполнение этого в значительной степени обусловлено свойствами технологических жидкостей, которые используются при проведении в скважинах перфорационных и ремонтных работ.

Заполняя ствол скважины и двигаясь в поровой среде коллектора, указанные жидкости контактируют с металлом труб, продукцией скваяины, минералами горных пород. Это может сопровоядаться рядом негативных физико-химических явлений, в результате которых не достигается потенциальная или снижается текущая производительность скважин, уменьшается долговечность их крепи.

Исследовательские работы, в совокупности с многолетним практическим опытом в напей стране и за рубежом, позволили определить комплекс требований к технологическим жидкостям для заканчивания и ремонта скважин. Наиболее общими и значительными из этих требований являются: достаточная плотность; способность сохранять кол-лекторские свойства продуктивного пласта; технологичность в приготовлении и использовании; коррозионная инертность; взрывопожаробе-зопасность; недефицитность. В наибольшей степени этим требованиям соответствуют водные растворы минеральных солей (рассолы), не содержащие твердых утяжелителей. Только с использованием рассолов осуществимо многоцикловое глушение и ремонт скважин, оснащенных погружными насосными установками, которые составляют абсолютное большинство в фонде добывающих скважин на месторождениях Западной Сибири.

Используемые в настоящее время в нашей стране рассолы предста-

вляют собой двухкомпонентные системы на основе хлоридов натрия, калия, магния, кальция, плотность которых не превыпает 1,37 г/см3. В интервале значений плотности более 1,78 г/см9 разработаны двух-и трехкомпонентные системы на основе бромидов кальция и цинка, организовано их опытно-промдаленное производство.

Технологические жидкости, не содержащие твердой фазы, значения плотности которых лежат в интервале от 1,37 до 1,78 г/см3, в стране практически отсутствуют. Разбавление пресной водой дорогостоящих рассолов на основе бромсодержащих солей экономически нецелесообразно и резко ограничено объемами их производства. В результате в отрасли, в условиях повышенных пластовых давлений, для перфорации и глушения скважин применяют утяжеленные буровые растворы, чаще всего отработанные при проводке скважин. Для многоциклового глушения и ремонта скважин механизированного фонда используют водный раствор хлористого кальция после предварительного снижения пластового давления путем локального ограничения заводнения пластов. Однако это сопровождается потерями текущей добычи нефти, а в зимних условиях - чревато замерзанием промысловых водоводов.

Таким образом, актуальным является проведение исследований по выбору солевой основы и разработке рецептур недорогой технологической жидкости плотностью более 1,37 г/см3, не содержащей твердых утяжелителей, которую можно приготавливать и эффективно использовать при перфорации и ремонте скважин в геолого-технических и климатических условиях месторождений Западной Сибири.

Цель работы. Разработка рецептуры, а также технологии приготовления и применения высокоплотных технологических жидкостей на водной основе без твердой фазы для проведения перфорационных и ремонтных работ в скважинах с коэффициентом аномальности до 1,6.

Основные задачи исследований.

1. Анализ и обобщение отечественного и зарубежного опыта в области технологических жидкостей для заканчивания и ремонта скважин, обоснование необходимости разработки недорогих, недефицитных рассолов плотностью до 1,60 г/см3 с регулируемыми свойствами.

2. Обоснование выбора нитрата кальция в качестве солевой основы тяжелых рассолов, оценка коррозионной активности нитратсодер-жащих рассолов, исследование основных физико-химически и технологических свойств двойных и тройные систем на основе нитрата кальция с учетом их применения в геолого-технических и климатических условиях месторождений Западной Сибири.

3. Изучение и регулирование процессов, происходящих в скважине и призабойной зоне пласта при контакте с рассолами на основе нитрата кальция, с целью уменьшена я, действия происходящих при эгом негативных явлений.

4. Разработка технологии приготовления и регулирования свойств двойных и тройных систем на основе нитрата кальция в промысловых условиях, совершенствование технологии их применения.

5. Организация промышленного производства высокоплоткьк технологических жидкостей на основе рассолов нитрата кальция.

Научная новизна. Установлено, что для металла труб нефтяного сортамента группы прочности "Д", в температурных условиях до 90 °С, аммонизированный раствор нитрата кальция (АРНЮ, получаемый путем азотно-кислого разложения апатита с последующим его вымораживанием, расплавлением и аммонизацией газообразным аммиаком , является коррозионно инертным: При этом определены допустимые значения водородного показателя АРНК. Найдены пути обеспечения коррозионной инертности агрессивных рассолов на основе сухой кальциевой селитры.

Показано, что основные свойства тройных систеы типа СаС^--СаШОд^-^О взаимосвязаны с их компонентным составом, причем значения водородного показателя и вязкости системы в значительной степени определяются содержанием хлорида кальция.

Разработаны установка и методика определения характерных точек кристаллизации тяжелых рассолов при снижении температуры. Для систем различной плотности на основе смеси хлорида и нитрата кальция найдены соотношения солевых компонентов, обеспечивающие минимальную температуру кристаллизации рассолов.

Впервые найдено числовое значение температурного коэффициента рассолов на основе нитрата кальция. Предложена методика учета теплового расширения тяжелых рассолов в процессе их приготовления и использования.

Установлена и теоретически объяснена связь между концентрацией солей в двух- и трехкомпонентных системах на основе нитрата кальция и величиной поверхностного натяжения на границе с углеводородной средой, изменением характера смачиваемости контактирующей с ними кварцевой поверхности, ингибируицей способностью указанных жидкостей по отношению к глинистым минералам коллектора.

Практическая ценность.

Разработанные жидкости на основе нитрата кальция позволили в определенных пределах устранить существующий в отрасли дефицит в несодержащих твердых утяжелителей технологических жидкостях плотностью от 1,37 до 1,60 г/см3 для заканчивания и ремонта скважин. Часть результатов проведенных исследований легла в основу организации широкомасштабного промышленного производства на трех заводах аммонизированного раствора нитрата кальция плотностью до 1,55 г/см3.

Изучены пути регулирования технологических свойств рассолов на основе нитрата кальция плотностью до 1,60 г/см3, позволяющие повы-

сить эффективность их применения в геолого-технических условиях месторождений Среднего Приобья, а также месторождений с пластовой температурой до 100 °С в других регионах.

Разработаны технология централизованного и индивидуального приготовления рассолов на основе смеси хлорида и нитрата кальция, а также технология регулирования свойств указанных рассолов и жидкостей на базе АРНК.

Установлена возможность применения разработанных жидкостей в качестве утяжеляющего агента для обратных эмульсий и гелеобраз-ных разделительных пробок. На уровне авторских свидетельств разработаны: технологическая жидкость на основе АРНК для заканчивания и ремонта скважин; способ получения обратной эмульсии для глушения скважин, термостабильной до 150 °С; состав гелеобразной, скользящей разделительной пробки для проведения таипонажных работ в скважине.

Реализация работы в промышленности. Результаты исследований, рекомендации и методические указания легли в основу утвержденного Главтвменнефтегазом руководящего документа "Инструкция по технологии приготовления и применения жидкости плотностью до 1600 кгЛг'для глушения скважин в условиях Западной Сибири" ( РД 39-0147009-6.030-86 ). Материалы работы использованы при составлении утвержденных в Миннефтепроме руководящих документов "Технология приготовления, применения, очистки и регенерации тяжелых рассолов при заканчивают скважин, обеспечивавших сохранение коллекторских свойств пласта" ( РД 39-0147009-713-88 ), "Инструкция по технологии приготовления и применения жидкостей без. твердой фазы с регулируемыми свойствами, сохраняющих коллекторские свойства пластов, для сложных условий глушения, в том числе на основе тяжелых жидкостей" ( РД 39-14/027

-005-90 ), а также утвержденного Главтюменнефтегазом руководящего документа "Состав, технология приготовления и применения обратных эмульсий на основе тяжелых жидкостей для глушения и перфорации скважин" ( РД 39Р-0148463-0020-89 ). Для предприятий отрасли на Россошанском ПО "Минудобрения" организовано промышленное производство аммонизированного раствора нитрата кальция ( ТУ 113-03-22-01-87 ), а на Дорогобужском ПО "Минудобрения" и Новгородском П0"Азот" - жидкости технологической на основе кальциевой селитры(ЖЕКС) по ТУ 113-03-10-32-90. Суммарная годовая производительность этих заводов по тяжелому рассолу составляет около 120 тысяч тонн.

Основное направление использования разработанных жидкостей -глушение и ремонт скважин с повьпенным пластовым давлением на месторождениях объединений "Юганскнефтегаз", "Ноябрьскнефтегаз", "Сургутнефтегаз", "Красноленинскнефтегаз", "Когалымнефтегаз".

Экономическая эффективность от внедрения рассолов на основе нитрата кальция в качестве среды для перфорации скважин в 1990 году в объединении "Туркменнефть" составила 100 тыс. рублей. Удельный экономический эффект при использовании этих рассолов на месторождениях Западной Сибири в качестве жидкости для глушения скважин в 1989 году составил в среднем около б тыс. рублей на одну скваяино-операцию. Ориентировочно, ремонтные работы с применением тяжелых рассолов на основе нитрата кальция в течение года производятся более чем на 2500 скважинах.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены на X юбилейной научно-технической конференции молодых ученых (Пермь, 1984г.); на Всесоюзной конференции "Пути развития научно-технического прогресса в нефтяной и газовой промышленности" (Грозный, 1986г.); на совещании главных специалистов производственных объединений, нефтегазодобывающих управлений,

управлений по повышению нефтеотдачи пластов и капитальному ремонту

8

скважин Главтвменнефтегаза (Нефтеюганск, 1986г.); на Всесоюзной научно-технической конференции молодых' ученых и специалистов "Строительство нефтяных и газовых скважин" (Краснодар, 1988г.); на отраслевых координационных совещаниях в области ремонта скважин (Туапсе, 1984 и 1987гг., Дивноморский, 1990г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано II печатных работ, включая 2 обзорных информации, получено 3 авторских свидетельства, подготовлено 4 руководящих документа.

Объем работы. Работа состоит из введения; четырех глав; основных выводов и рекомендаций; списка использованной литературы, включающего III наименований; приложений в виде документов об испытаниях, внедрении рассолов на основе нитрата кальция и расчета экономического эффекта; изложена на 198 стр. машинописного текста и содержит 33 рисунка и 24 таблицы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность решения- проблемы разработки высокоплотных, не содержащих твердых утяжелителей, технологических жидкостей для заканчивания и ремонта скважин. Показаны основные результаты проведенных работ, их научная и прикладная значимость.

В первой главе приведен анализ имеющихся в литературе современных представлений о воздействии технологических жидкостей на продуктивный пласт при проведении перфорационных и ремонтных работ в скважине, показаны требования, предъявляемые к жидкостям для заканчивания и ремонта скважин, представлены жидкости, в наибольшей степени отвечающие этим требованиям, определены цели, задачи и направления исследований диссертационной работы.

На основании трудов первых разработчиков высокоплотных технологических жидкостей без твердей фазы в стране Булатова А.И. и Рябоконя С-.А., а также работ Блаяевича В.А., Валеева Ш.И., Винар-

9

ского Ы.С., Выжигина Г.В., Глущенко В.Н., Зарипова С.З., Касперс-кого Б.В., Касьянова Н.М., Кендиса М.Ш., Кистера Э.Г., Лермана Б.А., Мердяшева В.И., Минхайрова K.M., Ыосина В.А., %хина Л.К., Орлова Г. А., Пень ко ва А.И., Ршюва Н.И., Токунова В.И., Умет бае ва В.Г., Умрихиной E.H., Шарипова А.У., Кларка Д.Е., Роджерса В. Ф., Хадсо-на Т.Е., Харриса Т.М., Шмидта Д. Д. и других сделаны следующие обобщения по вопросам использования технологических жидкостей при заканчивают и ремонте скважин.

Степень негативного воздействия технологических жидкостей на продуктивный пласт бпределяется прежде всего интенсивностью процессов самокольматации и принудительной кольматации поровых каналов коллектора.

При использовании буровых растворов в качестве жидкостей для перфорации и глушения скважин с целью их ремонта основным закупоривающим элементом является минеральный утяжелитель. В случае применения баритовых утяжелителей принудительная кольматация становится в значительной степени необратимой.

Процессы самокольматации в поровом пространстве продуктивного пласта происходят при нарушении термобарического и химического равновесия в процессе поступления жидкой фазы технологических жидкостей.

Совместный анализ требований, предъявляемых к технологическим жидкостям для заканчивания и ремонта скважин, а также причин, ухудшающих фильтрационные свойства коллектора, показывает, что наиболее перспективным является применение недорогих систем на водной основе, не содержащих твердой фазы и не вызывающих необратимую кольматацию пор продуктивного пласта. Такими жидкостями являются водные растворы минеральных солей (рассолы). Множество существующих рецептур технологических жидкостей на водной основе базируется на пресной и минерализованной воде, на водных растворах хлоридов натрия, калия,

10

магния и кальция,плотность которых не превышает 1,37 г/см^.Рассолы большей плотности на основе хлоридов железа и цинка не нашли применения ввиду их высокой коррозионной активности.Рассолы на базе фосфорно-кислых солей обладают невысокой плотностью в условиях низких температур, сложны в приготовлении и образуют твердый осадок при контакте с пластовыми водами.

За рубежом высокоплотные жидкости для заканчивания и ремонта скважин представлены рассолами на основе солей брома плотностью от 1,78 до 2,30г/см^. В нашей стране разработаны рассолы на основе бромида кальция и его смеси с бромидом цинка, освоено их опытно-промышленное производство,однако их применение ограничено высокой стоимостью бромсодержащих солей.

На месторождениях с коэффициентом аномальности более 1,3 технологические жидкости,как правило, представлены утяжеленными буровыми растворами. На месторождениях Западной Сибири, при многоцикловом глушении скважин механизированного фонда, имеющих АВПД искусственного происхождения, используют растворы хлористого кальция после предварительного снижения пластового давления путем локального ограничения закачки воды в пласт. При этом существуют значительные потери текущей добычи нефти ввиду уменьшения производительности скважин, расположенных в зоне снижения пластового давления, и длительных сроков простоя скважин в ожидании ремонта.

Таким образом, в настоящее время разработку и организацию промышленного производства недорогих технологических жидкостей для заканчивания и ремонта скважин в интервале плотности 1,37-1,78 г/см^ на основе водных растворов минеральных солей следует считать важной отраслевой задачей.

Показано, что с позиций стоимости, дефицитности, химических свойств в качестве солевой основы указанных жидкостей могут быть использованы нитрат кальция и его смесь с хлоридом кальция,позво-

II

ляшцие получить водные растворы плотностью до 1,79 г/сьР. Найдены источники получения нитратсодержащих рассолов в промышленных масштабах -в виде побочного продукта производства сложного минерального удобрения (нитроаммофоски).

С учетом современного состояния решения вопроса разработки высокоплотных рассолов и требований,предъявляемых к технологическим жидкостям для заканчивают и ремонта сквалсин, определены основные задачи исследований.

Во второй главе изложены методики и результаты исследований, связанных с разработкой рецептур тяжелых технологических жидкостей на основе нитрата кальция.

Теоретически и экспериментально была оценена коррозионная агрессивность рассолов на основе нитрата кальция, изучена возможность их использования в температурных условиях большинства месторождений Западной Сибири.

Показано, что основными факторами, влияющими на коррозионные процессы, протекающие при использовании разрабатываемых жидкостей, являются: температура, значение водородного показателя жидкости, тип и концентрация солей в рассоле,тип металла. Методика проведения коррозионных исследований включала оценку коррозионной активности рассолов гравиметрическим методом. Скорость равномерной и локальной коррозии определяли дифференцированно. Длительность испытаний варьировали в зависимости от назначения жидкости.

При изучении влияния на коррозионную активность рассолов на основе нитрата кальция таких существенных факторов, как температура и значение водородного показателя, в качестве базовой жидкости использовали аммонизированный раствор нитрата кальция (АРНЮ Россошанского ПО "Минудобрения". Образцы металла, вырезанные из обсадных труб группы прочности "Д", выдержали в жидкости в течение 7 суток.

Приведена методика обработки данных эксперимента, спланирован-

12

ного на базе комбинационных квадратов на 5 уровнях для 2 факторов. Установлено, что эмпирическую связь между скоростью коррозии металла и значением водородного показателя рассола и температуры наибо-

а1 £¡2

лее полно описывает показательно-степенная модель .

Адекватность выбранной модели экспериментальным данным была подтверждена пятикратным повторным проведением опнтов в одной из точек матрицы планирования. Анализ графических данных эксперимента, представленных на рис.1,показывает, что в условиях пластовых температур до 90 °С АРЩ обладает необходимой коррозионной инертностью только при значениях рН>6.

Показано,что причиной определенной коррозионной инертности аммонизированного раствора нитрата кальция является присутствие в его составе полифосфатов кальция. Это подтверждается значительной коррозионной агрессивностью, в тех же условиях, рассолов, приготовленных на базе нитрата кальция иного происхождения. Коррозионная инертность АРНК по отношению к металлу легкосплавных бурильных труб достигается при его рН =6-8. Промышленное применение тяжелых рассолов на основе нитрата кальция, приготовленных без использования АРНК, в скважинах с температурой до 90 °С может быть обеспечено обработкой дидкости полимерами типа оксиэтилцеллшозы.

Аналитические и экспериментальные исследования позволили установить, что плотность тройной системы СаС^-СаСЫОд^-Н^О определяется суммарным содержанием солей и в реальных условиях, при температуре выше минус 16 °С, может достигать 1,60 г/см^, причем содержание каждой из солей может изменяться в определенном диапазоне.

Установлено, что основные свойства высокоплотных тройных систем на основе смеси хлорида и нитрата кальция взаимосвязаны с их компонентным составом. Значения вязкости и водородного показателя данных жидкостей в значительной степени определяются содержанием хлорида кальция.

•^Г, им/гол

1 /

рН-5 |А 12Щ

\ У/ 7 / У 0

ч Л А9

/ 90°

60°

Т., °С

60 70 80 90 100 110 120 I-,-,-.-- рн

Рис. I. Зависимость скорости коррозии металла овеянных труб группы прочности "Д" в аммонизированном растворе нитрата кальция от значений водородного показателя жидкости и температуры.

Разработаны установка и методика определения характерных точек кристаллизации рассолов. С позиции минимальной температуры кристаллизации определен оптимальный состав рассолов на основе смеси хлорида и нитрата кальция различной плотности. При этом для проведения экспериментов был применен симплекс-решетчатый план Шеф-фе. Установлено, что кристаллизационные свойства трехкомпонентной системы, в зависимости от соотношения содержания солевых компонентов, адекватно описывает полином четвертого порядка. Получено графическое изображение зависимости плотности и температуры кристаллизации тройных систем от соотношения компонентов в виде зон определенных уровней, нанесенных на концентрационный треугольник Гиббса.

Для любого значения плотности жидкости получено необходимое содержащие солевых компонентен, обеспечивающее минимальную температуру кристаллизации.

Показаны пути регулирования плотности двойных и тройных систем на основе нитрата кальция и особенности реализации этого процесса.

Установлена зависимость плотности тяжелых рассолов на основе нитрата кальция от температуры, определен температурный коэффициент таких жидкостей, который в среднем составляет 67-Ю г/см^/°С. Представлена разработанная автором методика учета теплового расширения тяжелых рассолов в процессе их приготовления и использования.

Проведены исследования по определению и сравнительной оценке эффективности реагентов-регуляторов вязкости и фильтрационных свойств рассолов на основе нитрата кальция. Наиболее эффективными для данных жидкостей являются реагенты группы эфиров целлюлозы (оксиэтилцеллюлоза), а также реагенты на основе крахмала и сополимер винилсульфоната. Термостабильность указанных рассолов,обработанных модифицированным крахмалом,для бурения не превышает 100 °С, а обработанных другими указанными реагентами-150 °С.

15

Третья глава посвящена изучению и регулированию основных физико-химических процессов, происходящих в скважине и призабойной зоне продуктивного пласта при использовании разрабатываемых рассолов в качестве технологических жидкостей для заканчи-вания и ремонта скважин.

Установлено,что при контакте рассолов на основе нитрата кальция с пластовыми водами, содержащими гидрокарбонат-ион НСОд в количестве более 50 иг/л, существует возможность образования карбоната кальция(кальцита) и его отложения на рабочих органах погружных насосов и призабойной зоне продуктивного пласта. Интенсивность со-леобразования возрастает с увеличением значений водородного показателя тяжелых рассолов, возрастанием температуры в скважине, а также с ростом содержания хлорида кальция в составе тройных систем типа ' СаС^-СаШОд^-НзО. Доказано, что для рассолов на основе нитрата кальция в качестве ингибиторов отложения кальцита могут быть рекомендованы реагенты на основе фосфоновых комплексов (0ЭД$, НТФ, 1Ш-13А). Для температурных условий и состава пластовых вод месторождений Западной Сибири определено необходимое содержание указанных реагентов как в "чистом" АРНК, так и в продукте, содержащем твердые частицы примесей, на поверхности которых происходит адсорбция реагентов.

Существенным фактором, затрудняющим приток нефти после окончания перфорационных и ремонтных работ в скважинах с проницаемостью пластов до 0,060 мкм^, является капиллярное давление, возникающее на границе раздела разнородных жидкостей в порах пласта. Путями снижения негативного влияния этого фактора являются принудительная гидрофобизация стенок поровых каналов и снижение величины поверхностного натяжения на границе раздела технологической жидкости с углеводородной* продукцией скважины. Исследования показали, что с увеличением концентрации солей в исследуемых жидкостях снижается

16

»

величина поверхностного натяжения на границе раздела с углеводородной фазой и увеличивается степень гидрофобности кварцевой поверхности. Резкое усиление этих явлений в тройных системах плотностью более 1,50 г/см^ - следствие уменьшения количества воды и плотной укладки гидратированных ионов в- структуре рассолов.

Установлена возможность регулирования величины и направления действия капиллярных сил путем добавки в данные рассолы синтетических поверхностно-активных веществ неионогенного и катионного типов. Ингибирупцая способность рассолов на основе нитрата кальция по отношению к глинистым минералам пласта на порядок выше,чем у ингиби-рованных утяжеленных буровых растворов на водной основе, имеющих такую же плотность. Это также объясняется низким содержанием молекул свободной воды в тяжелых рассолах, что подтверждается выявленным фактом увеличения их ингибирунцей способности с ростом плотности жидкости. Выявлены резервы увеличения ингибирунцей способности исследуемых жидкостей путем добавки полимерных реагентов-загустителей.

С использованием установки УИПК-1М, оснащенной предложенным автором дополнительным устройством предварительного разогрева контрольной жидкости до температуры образца породы в кернодержателе, проведены сравнительные исследования по оценке влияния на фильтрационные свойства коллектора утяжеленного бурового раствора и рассолов на различной солевой основе. Установлено,что степень негативного влияния исследуемых жидкостей пропорциональна абсолютной проницаемости поровой среды, а также зависит от характера смачиваемости стенок поровых каналов.

Результаты исследований показали,что в противоположность утяжеленному глинистому раствору оцененное по коэффициенту восстановления проницаемости негативно'е влияние водных растворов солей на фильтрационные свойства поровой среды существенно ниже, причем тем-

17

пература мало влияет на этот процесс. Установлено, чтс/ значения указанного показателя при воздействии рассолов на основе нитрата кальция близки к его значениям для широко применяемого в отрасли рассола на основе хлорида кальция в одинаковых образцах поровой среды и температурных условиях.

В четвертой главе рассмотрены вопросы технологии приготовления и применения тяжелых рассолов на основе нитрата кальция, представлены результаты испытаний и внедрения разработки.

На основании проведенных исследований определена последовательность смешивания компонентов тройной системы CaCIg-CaCNOg^--HgO плотностью до 1,60 г/см3, обеспечивающая наиболее быстрое приготовление жидкости. Наилучшие результаты достигаются при одновременном растворении 100% расчетного количества нитрата кальция с 10-30% хлорида кальция во всем необходимом объеме воды с последующим растворением остатка соли. Это легло в основу разработки технологии централизованного и индивидуального приготовления указанных систем в промысловых условиях с использованием серийно выпускаемого оборудования и агрегатов. Разработана также технология обработки рассолов полимерными реагентами непосредственно на скважине.

На уровне авторского свидетельства разработана технологическая жидкость плотностью до 1,55 г/см3на основе АРШ, обладающая высокой стабильностью и коррозионной инертностью. В качестве добавок, улучшающих технологические свойства, жидкость содержит полимерные материалы (крахмал, оксиэтилцеллюлозу, поливиниловый спирт) и ингибиторы коррозии аминного типа. Исследования,проведенные на установке УШК-1Ы при температуре 90 °С с использованием кернов маслопрони-цаемостью около 0,200 мкм2, показали, что данная жидкость обеспечивает более высокую восстанавливаемость фильтрационных свойств поровой среды, чем водные растворы хлорида натрия, хлорида и нитрата кальция.

На уровне авторского свидетельства при участии соискателя разработан, состав для создания гелеобразной, скользящей пробки, обеспечивающей эффективное отделение тампонажного раствора при строительстве и ремонте скважин, плотность которой до 1,60 г/см3 обусловлена использованием в качестве основы двойных и тройных систем на базе нитрата кальция.

С.позиции наибольшего сохранения коллекторских свойств продуктивных пластов наиболее эффективными являются не содержащие твердой фазы технологические жидкости на углеводородной основе. Однако существующие рецептуры обратных эмульсий не позволяли получить без применения минеральных утяжелителей системы плотностью более 1,17 г/см3, что значительно снижало объемы их применения. При участии автора разработана обратная эмульсия для глушения скважин, термостабильная до 150 °С. Применение в ее составе АРНК обеспечивает плотность до 1,27 г/см3, а АРНК с добавкой хлористого кальция позволяет получить обратную эмульсию плотностью до 1,31 г/см3.

Промысловые испытания и внедрение рассолов на основе нитрата кальция в качестве среды для перфорации осуществлялись при заканчивали скважин на месторождениях Барса-Гельмес и Бурун объединения "Туркменнефть". Базовая технология предусматривала проведение перфорации в среде утяжеленного бурового раствора после его переподготовки, включащей дополнительную химическую обработку и восстановление плотности раствора баритовым утяжелителем. В результате по базовым скважинам среднее время освоения составляло 438 часов. Использование аммонизированного раствора нитрата кальция плотностью 1,46 г/см3 при перфорации 9 скважин сопровождалось сокращением среднего времени освоения до 336 часов и в большинстве случаев увеличением дебита скважин по сравнению с базовыми, в среднем, на 3,2 т/сут. При этом экономическая эффективность от внедрения тяжелых рассолов на основе нитрата кальция, обусловленная сокращением

19

времени освоения скважин, исключением затрат на переподготовку бурового раствора и дополнительно добытой нефтью, в 1990 году составила около 100 тыс. рублей.

Технология приготовления и применения рассолов на основе нитрата кальция плотностью до 1,60 г/аР в качестве жидкости глушения испытана на Усть-Балыкском и Южно-Сургутском месторождениях объединения "Юганскнефтегаз". В ходе предварительных и приемочных испытаний отработана технология приготовления "разработанных жидкостей как на специальных узлах по приготовлению технологических жидкостей, так и непосредственно на скважине с применением цементировочного агрегата. Практически доказана возможность целенаправленного регулирования технологических свойств тяжелых рассолов в промысловых условиях, восстановления их плотности до нужных значений с целью повторного использования. Приготовленные в ходе испытаний жидкости использовались для проведения текущего и капитального ремонта в скважинах с АВЦЦ без отключения нагнетательных скважин.

В области ремонта скважин тяжелые рассолы на основе нитрата кальция (АРНК) используются как жидкости глушения на месторождениях объединений "Юганскнефтегаз","Ноябрьскнефтегаз", "Красноленинск-нефтегаз", "Когалымнефтегаз", "Сургутнефтегаз". В процессе внедрения были выявлены сложности применения АРНК, связанные с образованием и отложением кальцита при смешении рассола с пластовыми водами. После проведения соответствующих исследований были ужесточены требования к величине водородного показателя АРНК. С положительными результатами в объединении "Юганскнефтегаз" были испытаны ингибиторы солеотложений на основе фосфоновых комплексонов. В ряде случаев применение тяжелых рассолов на основе нитрата кальция позволило произвести ремонт скважин с глубиной спуска лифтовых труб 100-200м. Многократное глушение таких скважин рассолом на основе хлорида кальция оказывалось безрезультатным ввиду его недостаточной плотности.

20

Малые объемы жидкости глушения,попадающие в скважину за один цикл глушения,настолько разбавлялись пластовой водой в процессе перемещения на забой, что в конечном итоге гидростатическое давление столба задавочной жидкости не обеспечивало выполнение операции глушения.

• Экономический эффект от внедрения разработанных жидкостей на месторождениях Западной Сибири обусловлен увеличением текущей добычи нефти за счет исключения операции предварительного снижения пластового давления путем локального ограничения заводнения пластов. Данная операция проводится для глушения скважин, оснащенных погружными насосами, имеющих коэффициент аномальности более 1,3 ввиду воздействия расположенных вблизи нагнетательных скважин, с целью применения обладающего недостаточной плотностью раствора хлористого кальция. Это сопровождается нестабильной работой и снижением деби-тов скважин, расположенных в зоне влияния отключаемых нагнетательных скважин. Расчеты, проведенные автором на основе анализа работы 120 скважин с высоким пластовым давлением в НГДУ"Юганскнефть",показали, что потери текущей добычи нефти только за период простоя в ожидании ремонта в теплое время года составили, в среднем, около 1600 тонн на одну скважину. Расчетные потери добычи нефти по этим скважинам в период снижения пластового давления при ограничении закачки воды в пласт составили, в среднем,980 тонн на одну скважино-опера-цию. При расчете экономического эффекта учитывали только потери текущей добычи нефти в период снижения пластового давления с учетом приемистости соответствующих нагнетательных скважин. Удельный эффект от внедрения разработки в 1987 году в НГДУ "Юганскнефть" составил около 20 тыс.рублей на одну скважино-операцию. Суммарный экономический эффект от внедрения рассолов на основе нитрата кальция при ремонте скважин в 1988 году в объединениях "Юганскнефтегаз" и "Ноябрьскнефтегаз" составил 1640 тыс. рублей.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Теоретически и экспериментально доказано, что некольмати-рующие поровую среду коллектора технологические жидкости для закан-чивания и ремонта скважин плотностью до 1,60 г/см могут быть получены при использовании в качестве основы водных растворов нитрата кальция.

2. Установлено и теоретически объяснено, что аммонизированный раствор нитрата кальция (АРНК), получаемый в заводских условиях путем азотно-кислого разложения апатита с последующим его вымораживанием, разбавлением водой и аммонизацией полученного плава газообразным аммиаком, является коррозионно-инертным к металлу обсадных труб в геолого-технических условиях месторождений Западной Сибири. При этом значение водородного показателя АРНК должно находиться в пределах от 6 до 8 единиц.

3. Показано, что для рассолов на основе сухой кальциевой селитры в температурных условиях до 90 °С необходимая коррозионная инертность к металлу обсадных труб может быть обеспечена путем предварительной обработки жидкости полимерными реагентами типа окси-этилцеллюлозы.

4. Установлено, что основные свойства тройной системы типа СаС12~Са( ЫОд^-^О в значительной степени определяются соотношением содержания компонентов.При температурах до 60 °С данные жидкости по реологической характеристике принадлежат к неньстоновским.

5. При помощи разработанных установки и методики определения характерных точек кристаллизации при снижении температуры с позиции минимальной температуры кристаллизации определен оптимальный состав рассолов различной плотности на основе смеси хлорида и нитрата кальция. Установлены основные факторы, влияющие на кристаллизацию солей в разработанных жидкостях.

6. Изучены пути, методы и температурные пределы регулирования

22

плотности, вязкости и фильтрационных свойств двойных и тройных систем на основе нитрата кальция. Определена зависимость плотности рассолов от температуры, разработана методика учета теплового расширения разработанных жидкостей при их практическом использовании.

7. Найдены пути снижения негативных явлений, происходящих в поровой среде коллектора при контакте с рассолами на основе нитрата кальция. Для предупреждения образования кальцита при смешении данных жидкостей с пластовыми водами, содержащими гидрокарбонат-ион, установлены допустимые границы значений водородного показателя рассолов, определены необходимые добавки ингибиторов солеотложений на основе фосфоновых комплексонов. Доказана возможность регулирования величины поверхностного натяжения на границе раздела рассолов на основе нитрата кальция с углеводородной средой и характера смачиваемости поверхности пор коллектора путем добавки синтетических ПАВ. Установлена высокая ингибирупцая способность разработанных рассолов по отношению к глинистым минералам пласта, найдены резервы ее увеличения.

8. Разработана технология централизованного и индивидуального приготовления, а также регулирования технологических свойств тяжелых рассолов в промысловых условиях.

9. С целью совершенствования технологии перфорации и ремонта скважин на уровне авторских свидетельств разработаны: рецептура технологической жидкости на основе АРНК, обладающей высокими плотностью, стабильностью и коррозионной инертностью;состав плотностью до 1,60 г/см^ для создания гелеобразной, скользящей пробки с целью эффективного разделения технологических жидкостей и материалов при проведении работ в скважине; обратные эмульсии плотностью до 1,31 v/ciP, термостабильные до 150 °С.

10. Организовано и совершенствуется широкомасштабное производство аммонизированного раствора нитрата кальция с годовой произво-

23

дигельностью около 120 тыс. тонн. Разработка внедрена в ЗападноСибирском регионе и на месторождениях Туркмении. Это доказало неоспоримое преимущество тяжелых рассолов перед утяжеленными буровыми растворами при перфорации скважин, значительно повысило успешность и упростило глушение и ремонт скважин в условиях интенсивного заводнения месторождений и обеспечило увеличение текущей добычи нефти. Экономическая эффективность от использования разработанных жидкостей при перфорации скважин составила около II тыс. рублей на одну скважину, а при ремонте - около 6 тыс.рублей на одну скважино-операцию.

Основные материалы диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Вольтере A.A., Михайлова О.Б., Рычкова С.М. Новая жидкость

о

без твердой фазы плотностью до 1600 кг/м для глушения скважин в условиях Западной Сибири // Пути развития научно-технического прогресса в нефтяной и газовой промышленности: Тез. докл. Всес. конф. (16-18 сент. 1986.-Грозный).-Ы., 1986.-С.37.

2. Исследование зависимости плотности тяжелого рассола от температуры А.А.Вольтере, С.А.Рябоконь, Т.М.Шаповалова // Тр./ ВНИЖР-нефть.-1988.-Совершенствование технологии крепления скважин и разработка новых тампонажных материалов.-С.88-91.

3. Жабин C.B., Вольтере A.A. Особенности приготовления технологических жидкостей на основе водного раствора двух типов солей //Строительство нефтяных и газовых скважин: Тез.докл. Всес. научно-техн. конф. молод, учен, и спец. - Краснодар, 1988.-С.32.

4. Вольтере A.A. Жидкость без твердой фазы плотностью до 1600 кг/м3 для глушения скважин // Тез. докл. на X юбил. научно-техн. конф. молод, учен. -Пермь, 1984.-С.56.

5. ПрюЛзнение задавочных жидкостей повышенной плотности без твердой фазы при ремонте скважин механизированного фонда / С.А.Ря-

24

боконь,А.А.Вольтере, Ю.Н.Вершинин, Ю.Г.Зайцев // Нефтяное хозяйство.- 1990.- №4.-0.76-79.

6. Восстановление плотности тяжелых рассолов с целью их повторного использования / А.Б.Сурков, С.А.Рябоконь, А.А.Вольтере // Азербайджанское нефтяное хозяйство.- 1989.- №5.-С.25-27.

7. Жидкости глушения для ремонта скважин и их влияние на кол-лекторские свойства пласта / С.А.Рябоконь, А.А.Вольтерс, А.Б.Сурков,

B.Н.Глущенко.- М.: ВНИИОЭНГ, 1989.- 42 с.-(Обзорная информация. Серия: Нефтепромысловое дело).

8. Технологические жидкости на основе тяжелых рассолов для заканчивания и ремонта скважин за рубежом / С.А.Рябоконь, С.М.Гамзатов, А.Б.Сурков, А.А.Вольтерс.- М.: ВНИИОЭНГ, 1990.- 52 с.-(Обзорная информация. Серия: Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море).

9. A.c. 1583590 СССР, ШИ E2IB 33/138. Состав для создания скользящей пробки / Г.Н.Льшко, Т.П.Марьенко, О.Н.Мироненко, А.А.Вольтерс, С.Ю.Гордиенко (СССР).- №4436626/24-03; заявл. 05.04.88; опубл. 1990, Бюл. №29.

10. A.c. 1684308 СССР, МКИ 5С09К 7/04. Технологическая жидкость для заканчивания и ремонта нефтяных и газовых скважин / С.А.Рябоконь, А.А.Вольтерс, Ф.Г.Мамулов, В.А.Мосин, И.Р.Гельфанд (СССР).-№4737119/03; заявл. 13.09.89; опубл. 1991, Бюл. №38.

11. A.c. 1696453 СССР, ЫКИ 5С09К 7/08. Способ получения обратной эмульсии для глушения скважин / В.Н.Глущенко, Л.И.Шейнцвит,

C.А.Рябоконь, А.А.Вольтерс, М.Ш.Кендис, Т.Е.Вакуленко, С.В.Жабин (СССР).- №4466489/03; заявл. 26.07.88; опубл. 1991, Бюл. №45.

12. Инструкция по технологии приготовления и применения жидкости плотностью до 1600 кг/м^ для глушения скважин в условиях Западной Сибири: РД 39-0147009-6.030-86 / С.А.Рябоконь, А.А.Вольтерс -Краснодар: ВНШКРнефть, 1986.-32 с.

25

13. Технология приготовления, применения, очистки и регенерации тяжелых рассолов при заканчивании скважин, обеспечиващих сохранение коллекторских свойств пласта: РД 39-0147009-713-88 /

С.А.Рябоконь, A.A.Бражников, А.А.Вольтере, А.Б.Сурков.- Краснодар: ВНИИКРнефть, 1988.-37 с.

14. Инструкция по технологии приготовления и применения обратных эмульсий на основе тяжелых жидкостей при глушении и перфорации скважин: РД 39Р-0148463-0029-89 / С.А.Рябоконь, А.А.Вольтерс,

B.Н.Глущенко, С.В.Жабин, Т.Е.Вакуленко.-Краснодар: ВНИИКРнефть, 1990.-36 с.

15. Инструкция по технологии приготовления и применения жидкостей без твердой фазы с регулируемыми свойствами, сохраняющих коллекторские свойства пластов, для сложных условий глушения, в том числе на основе тяжелых жидкостей: РД 39-14/02-005-90 /

C.А.Рябоконь, А.А.Вольтерс, О.Б.Михайлова, A.B. Муртазагаджиев.--Краснодар: ВНИИКРнефть, 1990.-57 с.

Соискатель

Технический редактор Е.И.Сысоева

Формат 60x 84 1/16 Печ.л. I

Заказ 3408 Тираж 120

Ротапринт ВНИИКРнефти, г.Краснодар, ул.Мира,34