close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Технология внутрипластовой водоизоляции терригенных коллекторов с применением полимерных составов и оптического метода контроля за процессом

код для вставкиСкачать
На правах рукописи
РАУПОВ Инзир Рамилевич
ТЕХНОЛОГИЯ ВНУТРИПЛАСТОВОЙ
ВОДОИЗОЛЯЦИИ ТЕРРИГЕННЫХ КОЛЛЕКТОРОВ С
ПРИМЕНЕНИЕМ ПОЛИМЕРНЫХ СОСТАВОВ И
ОПТИЧЕСКОГО МЕТОДА КОНТРОЛЯ ЗА
ПРОЦЕССОМ
Специальность 25.00.17 – Разработка и эксплуатация
нефтяных и газовых месторождений
Автореферат
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
САНКТ-ПЕТЕРБУРГ – 2016
Работа выполнена в федеральном государственном
бюджетном
образовательном
учреждении
высшего
профессионального образования «Национальный минеральносырьевой университет «Горный» (с 19.04.2016 – ФГБОУ ВО
«Санкт-Петербургский горный университет»).
Научный руководитель:
доктор технических наук, профессор
Кондрашева Наталья Константиновна
Официальные оппоненты:
Мусабиров Мунавир Хадеевич
доктор технических наук, институт «ТатНИПИнефть» ПАО
«Татнефть» им. В.Д. Шашина, заведующий лабораторией ОПЗП
и ВИР
Лушпеев Владимир Александрович
кандидат технических наук, доцент, Санкт-Петербургский
филиал
федерального
бюджетного
учреждения
«Государственная комиссия по запасам полезных ископаемых»,
главный специалист
Ведущая
организация:
ФГБОУ
ВПО
«Уфимский
государственный нефтяной технический университет»
Защита диссертации состоится 28 июня 2016 г. в 15 час.
00 мин. на заседании диссертационного совета Д 212.224.10 при
Санкт-Петербургском горном университете по адресу: 199106,
Санкт-Петербург, 21-я линия, дом 2, ауд. 1171а.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке
Санкт-Петербургского горного университета и на сайте
www.spmi.ru
Автореферат разослан 28 апреля 2016 г.
УЧЕНЫЙ СЕКРЕТАРЬ
диссертационного совета
НИКОЛАЕВ
Александр
Константинович
2
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы
Актуальность
темы
обусловлена
предельно
высокой
обводненностью
большинства
нефтяных
месторождений
Российской Федерации, приуроченных к терригенным коллекторам
и находящихся на завершающей стадии разработки, ростом доли
трудноизвлекаемых
запасов
нефти,
сосредоточенных
в
неохваченных
ранее
дренированием
зонах
терригенных
коллекторов. Снижение обводненности скважинной продукции,
выравнивание
фронта
вытеснения
закачиваемой
водой,
внутрипластовая водоизоляция (ВВ) промытых зон, вовлечение в
разработку невыработанных нефтенасыщенных зон достигаются
путем создания водоизоляционного экрана химическими реагентами
или продуктами их реакции.
Значительный вклад в разработку технологий и методов
увеличения нефтеизвлечения с применением физико-химических
методов воздействия на пласты внесли Алтунина Л.К., Газизов А.А.,
Газизов А.Ш., Григоращенко Г.И., Девликамов В.В., Зейгман Ю.В.,
Ибатуллин Р.Р., Ибрагимов Г.З., Ибрагимов Н.Г., Кадыров Р.Р.,
Ленченкова Л.Е., Мусабиров М.Х., Муслимов Р.Х., Петров Н.А..
Рогачев М.К., Стрижнев В.А., Стрижнев К.В., Сургучев М.Л.,
Уметбаев В.Г., Хисамов Р.С., Хисамутдинов Н.И., Швецов И.А.,
James J. Sheng, Larry W. Lake, Latil Marcel и др.
Широкое промышленное применение в нефтедобыче нашли
водорастворимые
органические
полимерные
составы
для
внутрипластовой водоизоляции. Существенным недостатком
применяемых полимерных композиций при внутрипластовой
водоизоляции является отсутствие возможности контроля и
регулирования процесса гелеобразования в системе скважина-пласт.
Применение низкоконцентрированных полимерных составов
приводит к снижению продолжительности эффективности
технологии
из-за
низкой
прочности.
Использование
концентрированных полимерных составов уменьшает глубину
проникновения композиции в выработанную зону пласта.
Повторные обработки применяемыми полимерными составами
также снижают их эффективность.
Актуальным направлением для повышения эффективности
3
разработки нефтяных месторождений является создание и
применение технологий внутрипластовой водоизоляции с
использованием полимерных составов с регулируемым процессом
гелеобразования, с повышенной прочностью и проникающей
способностью. Комплексные лабораторные исследования позволят
подобрать оптимальный полимерный состав для внутрипластовой
водоизоляции с учетом его физико-химических, реологических и
фильтрационных характеристик для конкретных геологофизических условий нефтяных месторождений.
Целью диссертационной работы является повышение
эффективности разработки терригенных коллекторов нефтяных
месторождений.
Идея работы
Повышение
эффективности
разработки
нефтяных
месторождений с терригенными коллекторами может быть
обеспечено за счет применения разработанных технологий
внутрипластовой водоизоляции с использованием полимерных
составов с улучшенными реологическими и фильтрационными
свойствами
при
оптическом
контроле
за
процессом
нефтеизвлечения.
Задачи исследований:
1. Изучить особенности геологического строения терригенных
отложений Ново-Елховского месторождения, проанализировать
текущее состояние разработки тиманских и пашийских горизонтов
Ново-Елховского месторождения.
2. Выполнить анализ современного состояния существующих
технологий внутрипластовой водоизоляции в терригенных
коллекторах и обобщить результаты их применения.
3. Выполнить анализ и обоснование химических реагентов для
регулирования процесса сшивки полимера акрилового ряда.
Выполнить анализ и обоснование компонентов полимерного состава
на основе поливинилового спирта (ПВС).
4.
Исследовать
влияния
компонентов
регулятора
гелеобразования на физико-химические, реологические свойства
полимерного состава на основе полимера акрилового ряда.
5. Разработать полимерный состав на основе ПВС для
внутрипластовой водоизоляции и исследовать его физико4
химические и реологические характеристики.
6. Исследовать влияния полимерных составов на основе
полимера акрилового ряда с регулятором гелеобразования и на
основе ПВС на фильтрационные характеристики терригенных
коллекторов.
7. Разработать технологии применения полимерных составов на
основе полимера акрилового ряда с регулятором гелеобразования и
на основе ПВС для внутрипластовой водоизоляции в терригенных
коллекторах нефтяных месторождений.
8. Выполнить сравнительный анализ промыслового применения
технологий внутрипластовой водоизоляции с применением
оптического метода контроля.
Методы исследований
Работа выполнена в соответствии со стандартными и
исследовательскими экспериментальными методами, а также с
использованием специально-разработанных методик. Обработка
экспериментальных данных проводилась с помощью методов
математической статистики.
Научная новизна работы:
1. Установлены
закономерности
изменения
физикохимических, реологических и фильтрационных характеристик
полимерного состава на основе полимера акрилового ряда,
содержащего сшиватель (соль трехвалентного металла), в
зависимости от концентрации в нем регулятора гелеобразования
(сильной одноосновной кислоты и гидроксида металла), времени и
фильтрационно-емкостных свойств терригенных коллекторов.
2. Установлены
закономерности
изменения
физикохимических, реологических, фильтрационных характеристик и
оптических свойств полимерного состава на основе поливинилового
спирта в зависимости от концентрации ПВС, биполярного
апротонного растворителя, инициатора гелеобразования (гидроксида
металла со степенью окислению +1), термостабилизатора (соль
трехвалентного хрома), времени и фильтрационно-емкостных
свойств терригенных коллекторов.
3. Выявлена способность полимерного состава, включающего
полимер акрилового ряда, сшиватель (соль трехвалентного металла)
и регулятор гелеобразования (сильной одноосновной кислоты и
5
гидроксида металла), и полимерного состава, представляющего
собой смесь ПВС, биполярного апротонного растворителя,
инициатора гелеобразования (гидроксида металла со степенью
окисления +1), термостабилизатора (соль трехвалентного хрома),
снижать
обводненность
и
увеличивать
коэффициент
нефтеизвлечения из модели неоднородного пласта терригенных
коллекторов.
4. Установлена зависимость изменения оптических свойств
нефти от изменения технологических показателей разработки
нефтяного месторождения до и после технологии внутрипластовой
водоизоляции
при
оптическом
контроле
за
процессом
нефтеизвлечения.
Защищаемые научные положения:
1. Введение в состав полимерного раствора, включающего 0,55% масс. полимера акрилового ряда и 0,1-1,5% масс. сшивателя
(соль трехвалентного металла), сильной одноосновной кислоты в
количестве 0,1-3,5% масс. и гидроксида металла – 0,06-1,5% масс.
улучшает реологические, физико-химические и фильтрационные
характеристики исходного полимера для внутрипластовой
водоизоляции в неоднородных коллекторах.
2. Добавление к поливиниловому спирту 0,1-20% масс.
биполярного апротонного растворителя 0-47,5% масс., гидроксида
металла со степенью окисления +1 в количестве 0-9% масс., соль
трехвалентного хрома 0-4% масс. позволит создать полимерный
состав с широким диапазоном физико-химических, реологических и
фильтрационных характеристик для закачки в неоднородный пласт.
3. Выявленная способность разработанных полимерных
составов снижать обводненность и увеличивать коэффициент
нефтеизвлечения за счет создания прочного гелевого экрана и
перенаправления фильтрационных потоков в неохваченные ранее
дренированием низкопроницаемые нефтенасыщенные участки
пласта позволила разработать технологии внутрипластовой
водоизоляции в неоднородных терригенных коллекторах.
4. Установленная зависимость изменения коэффициента
светопоглощения нефти от изменения дебита нефти и изменения
обводненности добываемой продукции до и после технологии
внутрипластовой водоизоляции позволит оценить эффективность
6
применения технологии водоограничения.
Достоверность
научных
положений,
выводов
и
рекомендаций
подтверждена
теоретическими
и
экспериментальными
исследованиями
с
использованием
современного оборудования (компаний Coretest Systems, Messgerate
Medingen, Bruker, Vinci Technologies и др.), высокой сходимостью
расчетных и экспериментальных величин, воспроизводимостью
полученных данных.
Практическое значение работы:
1. Разработан полимерный состав на основе полимера
акрилового ряда, сшивателя и регулятора гелеобразования (сильной
одноосновной кислоты и гидроксида металла) для перенаправления
фильтрационных потоков в терригенных коллекторах.
2. Разработан полимерный состав на основе ПВС, биполярного
апротонного растворителя, гидроксида металла со степенью
окисления +1, термостабилизатора (соль трехвалентного хрома) для
внутрипластовой водоизоляции с широким диапазоном физикохимических, реологических и фильтрационных характеристик.
3. Обоснованы технологии внутрипластовой водоизоляции
нефтяных месторождений с применением полимерных составов на
основе полимера акрилового ряда с регулятором гелеобразования и
на основе ПВС.
4. Разработана и внедрена в лабораторию «Повышения
нефтеотдачи пластов» Горного университета программа ЭВМ для
управления, контроля параметрами насосов серии BTSP компании
Vinci Technologies и записи данных удаленно на компьютере.
5. Разработаны экспериментальные методы определения
времени гелеобразования полимерного состава на основе ПВС по
оценке изменения его оптических свойств во времени, проведения
фильтрационных исследований на большеобъемных насыпных
моделей
неоднородного
пласта,
рентгенотомографических
исследований образцов горной породы с использованием
рентгеноконтрастного
вещества
при
фильтрационных
исследованиях.
6. Разработано мобильное устройство автоматизированного
измерения оптических свойств нефти на устье нефтедобывающей
скважины (Патент на полезную модель № 123455) для геолого7
промыслового контроля.
7. Материалы диссертационной работы могут быть
использованы в учебном процессе для направления «Нефтегазовое
дело» при изучении дисциплин «Текущий и капитальный ремонт
скважин» и «Скважинная добыча нефти и газа».
Апробация работы
Основные
положения,
результаты
теоретических
и
экспериментальных исследований, выводы и рекомендации работы
докладывались на 15 международных и всероссийских научнопрактических конференциях, симпозиумах, форумах и семинарах.
Публикации
По теме диссертации опубликовано всего 40 научных работ, из
них 3 работы в изданиях, рекомендованных ВАК Министерства
образования и науки Российской Федерации, и получен 1 патент на
полезную модель.
Структура и объем диссертационной работы
Диссертационная работа состоит из введения, 4-х глав,
заключения, списка сокращений и условных обозначений, списка
литературы,
включающего
211
наименований.
Материал
диссертации изложен на 143 страницах машинописного текста,
включает 25 таблиц и 69 иллюстраций.
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении приводится общая характеристика работы,
обосновывается ее актуальность, определяются цель, идея, задачи,
излагаются научная новизна, защищаемые научные положения и
практическая значимость.
В первой главе проведен анализ особенностей геологического
строения, характеризующегося резким изменением литологофизических характеристик, и разработки, характеризующейся
высокой степенью выработанности, обводненности и долей
трудноизвлекаемых запасов нефти, объектов девона НовоЕлховского месторождения. Анализ современного состояния
существующих методов увеличения нефтеизвлечения показал
актуальность диссертационных исследований, посвященных
обоснованию
и
разработке
технологии
внутрипластовой
водоизоляции для перенаправления фильтрационных потоков в
неохваченные ранее дренированием нефтенасыщенные участки в
8
неоднородных терригенных коллекторах. Анализ существующих
технологий внутрипластовой водоизоляции в терригенных
коллекторах с использованием водоизоляционных композиций
показал перспективность применения органических полимерных
составов,
выявил
их
недостатки
(низкую
прочность
низкоконцентрированных и низкую проникающую способность
концентрированных полимерных составов) и позволил установить
требования к полимерным составам.
Анализ существующих методов контроля за разработкой
нефтяных месторождений показал перспективность применения
оптических исследований для геолого-промыслового контроля
методов увеличения нефтеизвлечения.
Во второй главе представлены результаты исследований
физико-химических, реологических свойств полимерных составов.
Научное обоснование выбора компонентов регулятора
гелеобразования для полимерного состава на основе полимера
акрилового ряда заключалось в следующих суждениях. В кислой
среде образуются слабо диссоциирующие группы полиакриловой
кислоты, что приводит к снижению степени диссоциации
макромолекул полимерного электролита, к сворачиванию молекул
полимера в плотные клубки и к замедлению гелеобразования. При
увеличении водородного показателя pH путем добавления щелочи
амидные группы полимера акрилового ряда подвергаются
гидролизу. Гидролизованный полимер акрилового ряда в воде
диссоциируется, отщепляя катион. Образующиеся при этом
отрицательные заряды вдоль молекул способствуют получению
длинных растянутых макромолекул вещества, что ускорит процесс
гелеобразования.
Результаты определения КР-спектров полимерного состава,
представленного полимером акрилового ряда 0,5-5% масс.,
сшивателем (соль трехвалентного металла) 0,1-1,5% масс.,
регулятором гелеобразования (сильной одноосновной кислотой 0,13,5% масс. и гидроксида металла 0,06-1,5% масс.) показали, что
добавление регулятора гелеобразования привело к увеличению
концентрации COO- групп, способных образовывать с катионами
поливалентных металлов межмолекулярные мостики.
Результаты определения пластической прочности полимерных
9
составов показали, что в присутствии регулятора гелеобразования
пластическая прочность полимерного состава увеличился в 1,7 раз
по сравнению с исходным составом.
Установлено, что эффективная вязкость полимерного состава
снижается в 2-4 раза и стабилизируется при данных значениях при
добавлении HCl (12%-ный раствор) более 3-4%, что объясняется
сворачиванием макромолекул полимера в клубок. Добавление в
полимерный состав NaOH, достаточного для нейтрализации,
приводит к увеличению эффективной вязкости в 2 раза.
Добавление в полимерный состав HCl приводит к уменьшению
критического напряжения сдвига в 5,5-11 раз.
Установлено, что с увеличением толщины полимерного слоя
полимерного состава, а также с увеличением скорости сдвига
увеличивается время окончания гелеобразования по линейному
закону (рисунок 1).
1 200
tгел = 1280,1hпол - 289,86
R² = 1
1 000
tгел = 177,02ln(hпол) + 391,74
R² = 0,9949
tгел = 690,07hпол + 243,87
R² = 1
0
2
4
6
Толщина слоя полимерного состава, мм
Динамический режим (с-ма "цилиндр-цилиндр")
Динамический режим (с-ма "плита-плита")
В состоянии "покоя"
Время гелеобразования, с.
Время гелеобразования, с.
7 000
6 000
5 000
4 000
3 000
2 000
1 000
0
800
600
400
tгел = 2,5007*D + 470,35
R² = 0,9819
200
0
0
100
200
300
Скорость сдвига D, 1/с
Рисунок 1 – Зависимость времени гелеобразования от толщины слоя
полимерного состава (слева) и скорости сдвига (справа)
Оценка параметров вязкоупругости полимерного состава при
динамических испытаниях показала, что добавление HCl привело к
снижению комплексной и упругой компоненты вязкости в 2,5 раза, в
присутствии NaOH происходит увеличение комплексной и упругой
компоненты вязкоупругости в 1,6 раз относительно исходного
состава, что повысит начальный градиент давления сдвига при
закачке нефтевытесняющего агента.
Установлено, что чем меньше толщина полимерного слоя, тем
больше проявляются упругие свойства полимерного состава на
10
основе полимера акрилового ряда.
С повышением концентрации NaOH в полимерном составе
увеличивается
адгезионная
способность
водоизоляционной
композиции по отношению к водонасыщенному керну за счет
содержания высоко полярной гидроксильной группы в его составе.
Повышение коэффициента светопоглощения (Ксп) нефти,
характеризующего содержание асфальтенов и смол, при фильтрации
щелочного раствора через нефтенасыщенный керн свидетельствует
об отмыве нефти с поверхности зерен горной породы, что увеличит
адсорбцию полимерного состава на поверхности песчаника.
В качестве деструктора полимерного состава на основе
полимера акрилового ряда может быть использована соляная
кислота (например, 12%-ный раствор), при котором произошло
наибольшее разрушение (25%) водоизоляционной композиции.
Научное обоснование выбора компонентов полимерного
состава на основе ПВС базируется на следующих суждениях. ПВС
отличается от других пленкообразующих полимеров более высоким
пределом прочности на растяжение и модулем Юнга, более высокой
температурой стеклования и наименьшим внутренним напряжением,
что обеспечивает стабильность и прочность состава. Для
растворения низкомолекулярных ПВС со степенью гидролиза 7080% используется вода. Полностью гидролизованные ПВС сложно
растворяются в воде. Для создания раствора полностью
гидролизованного ПВС использован биполярный апротонный
растворитель
(диметилсульфоксид
(ДМСО)).
Электронная
плотность у ДМСО локализована на атоме серы, в связи с этим
растворитель является активным акцептором протона при
образовании водородной связи и активно сольватирует катионы.
Процесс сшивки частично гидролизованного ПВС происходит
по следующей схеме. Вследствие того, что вода притягивает
положительно заряженный водород гидроксильной группы,
поляризует атом кислорода гидроксильной группы с образованием
частично отрицательно заряженного кислорода. Происходит
поляризация связи C-O: отрицательно заряженный кислород
оттягивает электронную плотность с атома C, при этом углерод
становится частично электроположительным. Процесс сшивки
поливинилового спирта происходит вследствие разноименных
11
зарядов полярной гидроксильной группы (частично отрицательно
заряженного кислорода) одной молекулы полимера, которая атакует
атом углерода (частично положительно заряженного) другой
молекулы полимера. Сшивка полностью гидролизованного ПВС
происходит по аналогичной схеме в присутствии вместо воды
биполярного апротонного растворителя – ДМСО.
Установлено по КР-спектрам образование связи C-O-C, что
свидетельствует о сшивке разработанного полимерного состава на
основе ПВС. Установлено, что гелеобразование проходит при
содержании частично гидролизованного ПВС от 1% до 20% масс.,
инициированного с NaOH с концентрацией от 1% до 9% масс., а
также при содержании полностью гидролизованного ПВС от 0,110% масс., растворенного в ДМСО с концентрацией от 1,2% до 88%
масс. и с возможным инициированием NaOH с концентрацией от 0
до 3,5% масс. Добавление соли трехвалентного хрома в указанные
составы приводит к увеличению термостабильности полимерных
составов, причем дозирование 1,8-2% масс. ацетата хрома приводит
к повышению Tстаб до 120оС.
Обосновано, что полимерный состав на основе ПВС обладает
высокой пластической прочностью, низкой начальной эффективной
вязкостью, низким критическим напряжением сдвига, высокой
адгезией по отношению к водонасыщенному образцу керна, что
связано большой полярностью молекул полимера вследствие
наличия полярной гидроксильной группы.
В качестве деструктора полимерного состава на основе ПВС
может быть использована азотная кислота (например, 12%-ный
раствор), при котором произошло наибольшее разрушение (98%)
водоизоляционной композиции.
По результатам реологических исследований полимерного
состава установлено, что с увеличением скорости сдвига
полимерный состав на основе ПВС сшивается медленнее по
линейному закону. С увеличением толщины полимерного слоя
гелеобразование полимерного состава на основе ПВС происходит
быстрее в динамическом режиме и медленнее в состоянии «покоя».
Обоснован и разработан метод определения времени
гелеобразования полимерного состава на основе ПВС по оценке
изменения оптической плотности и коэффициента светопропускания
12
во времени (рисунок 2).
2,5
120
100
1,5
80
1
τ,%
D, 1/см
140
D = 1,194ln(t) - 7,8481
R² = 0,8671
2
60
τ = 183,06e-0,002t
R² = 0,9015
0,5
0
0
1000
2000
3000
Время, мин.
4000
40
20
0
5000
D
τ
Рисунок 2 – График зависимости оптической плотности и
коэффициента светопропускания полимерного состава во времени
Изменение параметров вязкоупругости растворов ПВС во
времени характеризуется поведением полимерного состава сначала
как упругого, а затем как твердого тела. Переходные зоны являются
временем окончания процесса сшивки и отвердевания
В третьей главе представлены результаты фильтрационных
исследований на образцах насыпных моделей и естественных
горных пород и рентгенотомографических исследований образцов
горной породы с использованием рентгеноконтрастного вещества
при фильтрационных исследованиях. Эксперименты проводились
при моделировании пластовых термобарических условий НовоЕлховского месторождения. Для управления, контроля параметрами
насосов, используемых в экспериментах, и записи данных удаленно
на компьютере разработана программа ЭВМ.
По результатам фильтрационных исследований с целью
определения проникающей и водоизоляционной способности
полимерных составов установлены корреляционные зависимости
фильтрационных характеристик исходного полимерного состава от
фильтрационно-емкостных свойств (ФЕС) породы-коллектора.
Результаты фильтрационных экспериментов полимерных
составов с регулятором гелеобразования и на основе ПВС при
различных
ФЕС
подтверждают
высокую
проникающую
способность, характеризующуюся низкими градиентами давления
закачки полимерного состава, и водоизоляционную способность,
определенную высоким остаточным фактором сопротивления и
13
0
200
400
(Квыс/Книз), ед.
0,5
0,4
0,3
0,2
0,1
0
1,4
1,2
1
0,8
0,6
0,4
0,2
0
Ксел, д.ед.
1,2
1
0,8
0,6
0,4
0,2
0
Кдовыт, д.ед.
∆В, д.ед.
0,6
0,5
0,4
0,3
0,2
0,1
0
Ксел, д.ед.
Кдовыт, д.ед.
∆В, д.ед.
начальным градиентом давления сдвига.
Установленные
корреляционные
зависимости
разности
обводненности до и после закачки полимерного состава,
коэффициента довытеснения нефти, коэффициента селективности от
неоднородности
по
проницаемости
позволяют
оценить
эффективность технологии внутрипластовой водоизоляции в
неоднородном пласте (рисунок 3).
0
600
Кдовыт = -0,0005(Квыс/Книз) + 0,4136
R² = 0,7822
∆В= -0,00006(Квыс/Книз) + 0,03928
R² = 0,9821
Ксел = 0,0005(Квыс/Книз) + 0,7712
R² = 0,9479
5
10
15
(Квыс/Книз), ед.
20
Кдовыт = -0,01(Квыс/Книз) + 0,3838
R² = 0,8616
∆В = -0,0098(Квыс/Книз) + 0,2123
R² = 0,9658
Ксел = 0,0175(Квыс/Книз) + 0,7061
R² = 0,998
Рисунок 3 – Зависимость технологических показателей разработки и
селективности от неоднородности по проницаемости (слева –
полимерный состав с регулятором гелеобразования, справа –
полимерный состав на основе ПВС)
С увеличением неоднородности по проницаемости пласта
уменьшаются разность обводненности до и после закачки
полимерного состава, извлечение нефти за счет применения
технологии внутрипластовой водоизоляции, так как в более
проницаемом пласте изначально коэффициент извлечения нефти
(КИН) выше и остаточные запасы ниже, чем в менее проницаемых
коллекторах. Повышение коэффициента селективности с ростом
неоднородности по проницаемости можно объяснить тем, что
проникающая способность полимерного состава тем выше, чем
меньше сопротивление, вызванное низкой проницаемостью.
По результатам фильтрационных экспериментов полимерных
составов на большеобъемной насыпной модели неоднородного
пласта установлено, что за счет закачки полимерного состава с
регулятором гелеобразования коэффициент довытеснения нефти
увеличился на 0,03 д.ед., обводненность снизилась на 0,0073 д.ед., а
14
Объем проникшего геля, мм3
за счет фильтрации водоизоляционной композиции на основе
поливинилового спирта коэффициент довытеснения нефти
увеличился на 0,04 д.ед., а обводненность снизилась на 0,0653 д.ед.
относительно исходного полимерного состава.
По результатам рентгенотомографических исследований
полимерного состава установлены диаметры поровых каналов,
участвующих в фильтрации полимерного состава, рассчитан объем
проникшего геля в каждый из них. Установлено, что при подборе
полимерного состава
для
внутрипластовой
водоизоляции
необходимо, чтобы композиция была способна проникнуть в поры с
диаметром (dVmax пор=0,03мм), которым соответствует максимально
больший поровый объем (dVmax пор≥ dVmax гель). Установлено, что
максимально больший объем проникшей водоизоляционной
композиции содержится в порах с диаметром dVmax гель=0,035-0,11 мм
(рисунок 4).
250
200
dVmaxпор
dVmaxгель
150
100
0-2,5
5-7,5
10-12,5
15-17,5
17,5-20
50
0
Диамтер пор, мм
Рисунок 4 – Распределение объема пор насыпной модели №8,
содержащих полимерный состав, по их размерам
Установлены корреляционные зависимости результатов
фильтрационных
(градиент
давления
закачки),
рентгенотомографических (объем проникшего полимерного состава)
и
реологических
(эффективной
вязкости)
характеристик
полимерного состава в различные моменты времени (рисунок 5).
Определено время релаксации исходного полимерного состава
расчетным способом и экспериментальным путем. Установлена
зависимость времени релаксации исходного полимерного состава от
15
70
60
50
40
30
20
10
0
3500
3000
2500
2000
1500
1000
500
0
0
100
200
300
Эффективная вязкость μэфф ,
мПа*с
Градиент давления закачки геля
gradP, МПа/м
Объем проникшего геля Vгель, мм3
диаметра порового канала насыпной модели с высокой сходимостью
расчетных значений и экспериментальных результатов, что
позволяет использовать экспериментальные данные для расчетов
фильтрационных параметров при закачке вязкоупругой жидкости
(рисунок 6).
Градиент
давления
закачки
Объем
проникшего
геля
Эффективная
вязкость
400
Время t, с
gradP = 2,5547e0,0057t μэфф = 4,838t + 1272,4
R² = 0,9209
R² = 0,9823
Vгель = -0,0691t + 58,336
R² = 0,7939
Время релаксации θ, с
Рисунок 5 – Зависимость градиента давления закачки, эффективной
вязкости и объема проникшего полимерного состава во времени
Расчетные (по
результатам
рентгенотомографическ
их и фильтрационных
исследований)
500
θ = 77,387h - 4,3604
R² = 1
400
300
200
θ = 72,851d - 2,5187
R² = 0,9853
100
0
0
2
4
Толщина полимерного слоя h или диаметр поры d, мм
6
Экспериментальные (по
результатам
динамических
испытаний в режиме
осциллириующих
напряжений)
Рисунок 6 – Зависимость времени релаксации от диаметра пор
Установлены
корреляционные
зависимости
изменения
плотности, компонентного состава модели пластовой воды до и
после закачки полимерных составов от абсолютной проницаемости
насыпной модели. Водоизоляционный экран играет роль
полимерной мембраны и в насыпных моделях с различными ФЕС
удерживает катионы Ca2+, Мg2+, Na+ и т.д. в разной степени при
прохождении через нее пластовой воды. Увеличение плотности
16
модели пластовой воды и содержание в ней ионов Na+ и Cl- после
фильтрации через насыпную модель, содержащую полимерный
состав с регулятором гелеобразования, объясняется тем, что
продуктом
реакции
нейтрализации
полимерного
состава,
содержащего HCl в качестве замедлителя гелеобразования, щелочью
NaOH является соль NaCl.
Разработана технология внутрипластовой водоизоляции с
применением полимерного состава с регулятором гелеобразования с
предварительной закачкой щелочного раствора в качестве
нейтрализатора сильной одноосновной кислоты, используемой для
замедления гелеобразования. В условиях высокоминерализованных
пластовых вод предложена предварительная закачка раствора
комлексона – трилона Б с оптимально подобранной концентрацией
3,4% масс. (в условиях терригенных отложений девона НовоЕлховского месторождения) для предотвращения выпадения
осадков при контакте катионов солей пластовых вод с гидроксидионом. Разработана технология внутрипластовой водоизоляции с
применением полимерного состава на основе ПВС.
В четвертой главе представлены результаты оптических
исследований нефти, анализа промысловых данных до и после
проведения технологий внутрипластовой водоизоляции и обоснован
оптический метод контроля за ее процессом с применением
мобильного устройства для автоматизированного измерения
оптических свойств нефти на устье нефтедобывающей скважины.
На основе установленных корреляционных зависимостей
оптических свойств (Ксп нефти) от физико-химических свойств
нефти (плотности, вязкости нефти и поверхностного натяжения на
границе «нефть-дистиллированная вода»), а также изменения
оптических свойств (изменения Ксп) от изменения технологических
параметров работы скважины (изменения обводненности, дебита
нефти скважины) до и после технологий внутрипластовой
водоизоляции обоснован оптический метод контроля.
Разработанное мобильное устройство может устанавливаться на
устье реагирующей нефтедобывающей скважины до проведения
технологии внутрипластовой водоизоляции для оптического метода
оперативного исследования параметров и изменений свойств нефти
с автоматизированной регистрацией и обработки данных и
17
аппроксимацией с геолого-промысловыми данными в режиме
реального времени, что повысит надежность оптического метода
контроля и управления разработкой нефтяного месторождения.
Рентгенофлуоресцентный анализ нефти и ее золы, а также
количественный анализ водной вытяжки, полученной растворением
неорганической части нефти в воде, методом атомно-абсорбционной
спектрометрии
позволили
обнаружить
микроэлементы
в
исследуемой нефти и оценить их содержание в ней. Оценка
изменения содержания микроэлементов в нефти, определенных
качественным и полуколичественным анализом, может быть
применена в качестве метода контроля за разработкой нефтяных
месторождений.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
1.
Исследуемые
объекты
девона
Ново-Елховского
месторождения характеризуются резким изменением литологофизических характеристик, высокой степенью выработанности,
обводненности и долей трудноизвлекаемых запасов нефти. Анализ
существующих технологий внутрипластовой водоизоляции в
терригенных коллекторах с использованием водоизоляционных
композиций показал перспективность применения органических
полимерных составов, выявил их недостатки и позволил установить
требования к полимерным составам.
2. Научно обоснованы компоненты регулятора гелеобразования,
содержащего сильную одноосновную кислоту 0,1-3,5% масс. и
гидроксид металла 0,06-1,5% масс., для полимерного состава,
включающего полимер акрилового ряда 0,5-5% масс. и сшиватель
(соль трехвалентного металла) 0,1-1,5% масс. Научно обоснованы
компоненты полимерного состава на основе ПВС, представляющего
смесь поливинилового спирта 0,1-20% масс., биполярного
апротонного растворителя 0-47,5% масс., гидроксида металла со
степенью окисления +1 в количестве 0-9% масс. и соль
трехвалентного хрома 0-4% масс.
3. Установлено, что добавление HCl в качестве сильной
одноосновной кислоты приводит к увеличению концентрации COOгрупп, способных образовывать с катионами поливалентных
металлов межмолекулярные мостики, к снижению эффективной
вязкости, критического напряжения сдвига, упругих свойств
18
полимерного состава за счет образования слабо диссоциирующих
групп полиакриловой кислоты, что приводит к снижению степени
диссоциации макромолекул полимерного электролита и к
замедлению процесса гелеобразования. При нейтрализации кислоты
NaOH в качестве щелочи происходит увеличение эффективной
вязкости, упругой компоненты вязкости, пластической прочности за
счет образования длинных растянутых макромолекул вещества под
влиянием кулоновских сил отталкивания между заряженными
группами в полимерной цепи; введение NaOH в полимерный состав
повышает его адгезионную способность по отношению к
водонасыщенному керну за счет содержания гидроксильной группы.
4. Установлено, что процесс сшивки поливинилового спирта
происходит
вследствие
разноименных
зарядов
полярной
гидроксильной группы (частично отрицательно заряженного
кислорода) одной молекулы полимера, которая атакует атом
углерода (частично положительно заряженного) другой молекулы
полимера. Обосновано, что полимерный состав на основе ПВС
обладает высокой пластической прочностью, низкой начальной
эффективной вязкостью, низким критическим напряжением сдвига,
высокой адгезией по отношению к водонасыщенному образцу керна,
что связано большой полярностью молекул полимера вследствие
наличия полярной гидроксильной группы.
5. Результаты фильтрационных исследований полимерных
составов на насыпных моделях с различными ФЕС показали
высокую проникающую, водоизолирующую способности. В
результате фильтрационных исследований полимерных составов на
насыпных моделях и образцах естественного керна неоднородного
пласта по проницаемости (при различных соотношениях
проницаемостей), в том числе большеобъемных моделях
неоднородного пласта, наблюдалось снижение обводненности,
увеличение коэффициента извлечения (доизвлечения) нефти
вследствие селективной изоляции промытой высокопроницаемой
части неоднородного пласта.
6. Разработана технология внутрипластовой водоизоляции с
применением полимерного состава с регулятором гелеобразования с
предварительной закачкой щелочного раствора в качестве
нейтрализатора сильной одноосновной кислоты, используемой для
19
замедления гелеобразования. В условиях высокоминерализованных
пластовых вод предложена предварительная закачка раствора
комлексона – трилона Б с концентрацией 3,4% масс. (в условиях
терригенных отложений девона Ново-Елховского месторождения)
для предотвращения выпадения осадков при контакте катионов
солей пластовых вод с гидроксид-ионом. Разработана технология
внутрипластовой водоизоляции с применением полимерного состава
на основе ПВС.
7. На основе установленных корреляционных зависимостей
изменения коэффициента светопоглощения нефти от изменения
технологических параметров работы скважины до и после
технологий внутрипластовой водоизоляции обоснован оптический
метод контроля за процессом нефтеизвлечения с использованием
разработанного мобильного устройства.
Список работ, опубликованных по теме диссертации в
изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки России:
1. Раупов И.Р. Разработка полимерных составов для
внутрипластовой водоизоляции терригенных коллекторов нефтяных
месторождений / И.Р. Раупов, Н.К. Кондрашева, Р.Р. Раупов //
Научно-технический журнал «Нефтегазовое дело». 2016. Т.14. №1. –
С.101-107.
2. Раупов И.Р. Метод контроля за разработкой нефтяного
месторождения на завершающей стадии при внутрипластовой
водоизоляции / И.Р. Раупов, Н.К. Кондрашева, Р.Н. Бурханов,
С.В. Хрускин // Научно-технический журнал «Вестник ЦКР
Роснедра». 2014. №4. – С.30-35.
3. Раупов И.Р. Разработка мобильного устройства для
измерения оптических свойств нефти при решении геологопромысловых задач / И.Р. Раупов, Н.К. Кондрашева, Р.Н. Бурханов //
Электронный научный журнал «Нефтегазовое дело». 2014. №3. –
С.17-32. Режим
доступа:
http://ogbus.ru/issues/3_2014/ogbus_3_2014_p17-32_RaupovIR_ru.pdf
4. Пат. 123455 (РФ) МПК – Е21 В 47/00. Мобильное устройство
автоматизированного измерения оптических свойств нефти на устье
нефтедобывающей скважины / Бурханов Р.Н., Раупов И.Р.: опубл.
27.12.2012.
20
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа