СПОСОБ РАЗРАБОТКИ ОБВОДНЕННОЙ НЕФТЯНОЙ ЗАЛЕЖИ
DEVELOPMENT METHOD OF WATER-FLOODED OIL DEPOSIT

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности, к способам разработки обводненной нефтяной залежи в низкопроницаемом терригенном коллекторе заводнением.
Известен способ разработки нефтяного месторождения путем закачки в нефтяной пласт гелеобразующего состава на основе солей алюминия и карбамида, причем в качестве солей алюминия используются жидкие алюмосодержащие отходы при следующих соотношениях, масс. %: жидкие алюмосодержащие отходы 20,0-75,0; карбамид 15,0-50,0; вода остальное (RU 2120544, 1998).
Недостатком известного способа является нестабильность качества получаемого геля из-за неоднородности применяемых алюмосодержащих отходов, а также использование высоких концентраций реагентов.
Известен гелеобразующий состав для изоляции водопритока к скважинам и повышения нефтеотдачи, который содержит соли алюминия (2,5-20,0% масс.), ацетат натрия (2,0-10,0% масс.) и воду, и может содержать карбамид (до 30% масс.) и мелкодисперсный полиакриламид с диаметром частиц 40-80 мкм (до 2,5% масс.) (RU 2529975, 2014).
Недостатком данного гелеобразующего состава, не содержащего мелкодисперсный полиакриламид, является снижение его структурно-механических характеристик за счет разбавления водой при глубоком проникновении в водонасыщенный пласт, а также невозможность его использования из-за повышенной вязкости при содержании в нем мелкодисперсного полиакриламида, в низкопроницаемых пластах, что существенно ограничивает его область применения.
3
3
Наиболее «близким по технической сущности к заявляемому способу является способ разработки обводненной залежи путем закачки в нагнетательные скважины низковязкой гелеобразующей композиции в объеме не менее 25 м, представляющей собой 5,0-30,0 масс. % раствор изолирующего состава ВИС-1 в пресной или минерализованной воде в объеме не менее 25 м. При этом, с целью предотвращения разбавления низковязкой гелеобразующей композиции пластовой и закачиваемой водой при ее глубоком проникновении в водонасыщенный пласт, до и после нее закачивают экранирующую буферную оторочку раствора, содержащего 0,1-0,5 масс. % высокомолекулярного гидролизованного полиакриламида в пресной воде в количестве от 10 до 100% от объема низковязкой гелеобразующей композиции (RU 2475635, 2013).
Недостатком известного способа является низкая эффективность используемого гелеобразующего состава, обусловленная невысоким временем гелирования последнего. Высокая адсорбция полиакриламида на породе не позволяет использовать гелеобразующие составы на основе солей алюминия и карбамида с длительным временем гелеобразования вследствие разбавления состава при движении его по водонасыщенному пласту.
Таким образом, известный способ недостаточно эффективен.
Технической проблемой, на решение которой направлено данное изобретение, является повышение эффективности способа разработки обводненной нефтяной залежи.
Указанная техническая проблема решается описываемым способом добычи нефти из обводненной нефтяной залежи с низкопроницаемым терригенным коллектором путем последовательной закачки в нагнетательные скважины экранирующих буферных оторочек и промежуточной оторочки низковязкой гелеобразующей композиции, причем экранирующие буферные оторочки представляют собой водно-полимерный раствор следующего состава, масс. %:
высокомолекулярный сульфонированный
полиакриламид AN 125 со степенью сульфонирования 25% мольн.,
м.м. 8 млн.ед.
0,01-0,3
ацетат хрома
0,001-0,03
пресная вода
остальное,
низковязкая гелеобразующая композиция имеет состав, масс. %:
хлорид или
полиоксихлорид алюминия
2,0-10,0
ацетат натрия
0,25-5,0
карбамид
0,25-15,0
пресная или минерализованная вода
остальное,
каждую экранирующую буферную оторочку используют в объеме, равном 10-100% от объема промежуточной оторочки.
Полученный технический результат заключается в повышении степени охвата пласта заводнением, что является следствием использования предлагаемой совокупности оторочек с оптимизированными рецептурами, в т.ч. за счет обеспечения максимальной глубины проникновения в пласт промежуточной оторочки низковязкой гелеобразующей композиции с увеличенным временем гелеобразования и высокими структурно-механическими свойствами, а также указанного состава экранирующих оторочек. В результате достигается предотвращение разбавления гелеобразующей композиции пластовой и закачиваемой водой.
Сущность описываемого способа заключается в следующем.
3
По описываемому изобретению осуществляют разработку нефтяной залежи заводнением. До закачивания используемой системы оторочек и после окончания закачивания в нагнетательные скважины, традиционно, закачивают подтоварную воду. На первом этапе применения описываемого способа в нагнетательную скважину закачивают экранирующую буферную оторочку, в качестве которой используют раствор, содержащий высокомолекулярный сульфонированный полиакриламид (ВМСПАА) AN 125 в количестве 0,01-0,3 масс. % в пресной технической воде с добавлением 0,001-0,03 масс. % ацетата хрома. Затем закачивают промежуточную оторочку низковязкой гелеобразующей композиции (гелеобразующий состав), в качестве которой используют состав, содержащий, масс. %: хлорид или полиоксихлорид алюминия 2,0-10,0; ацетат натрия 0,25-5,0; карбамид 0,25-15,0; пресная или минерализованная вода - остальное, до 100 в объеме не менее 25 м, а затем вновь экранирующую буферную оторочку - раствор, содержащий 0,01-0,3 масс. % ВМПАА AN 125 в пресной технической воде с добавлением 0,001-0,03 масс. % ацетата хрома. При этом каждую экранирующую буферную оторочку используют в объеме, равном 10-100% от объема применяемой промежуточной оторочки.
Для проведения способа используют:
1. Хлорид алюминия - кристаллический продукт белого или с желтоватым оттенком цвета, гигроскопичен, растворим в воде, спирте, эфире, хлороформе, выпускается по ГОСТ 3759-75.
2. Аква-Аурат 30 - полиоксихлорид алюминия - кристаллический порошок желтоватого цвета, массовая доля оксида алюминия не менее 30%, массовая доля хлора - не менее 35%, выпускается по ТУ 2163-069-00205067-2007.
3. Карбамид - кристаллический продукт белого цвета, массовая доля азота, в пересчете на сухое вещество, не менее 46,2%, выпускается по ГОСТ 2081-92.
4. Ацетат натрия - бесцветное кристаллическое вещество, допускаются оттенки от светло-желтого до светло-коричневого цвета, массовая доля основного вещества - не менее 50%, выпускается по ТУ 2432-043-07510508-2003.
5. Изолирующий состав ВИС-1, выпускается по ТУ 2484-087-17197708-2004, представляет собой композицию, полученную на основе солей алюминия, карбамида и поверхностно-активных веществ. Порошок светло-желтого цвета (сухая форма).
Содержит, % масс.:
Оксихлорид алюминия
- 30
Мочевина
- 68
ПАВ
- 2
6. ВМСПАА AN 125 - производится компанией «СНФ Восток», представляет собой сульфонированный полиакриламид, являющийся сополимером акриламида и акриламидопропилсульфоновой кислоты, степень сульфонирования 25% мольн., ориентировочный молекулярный вес 8 миллионов у.ед..
7. Хром(III) ацетат (хром(III) уксуснокислый), содержащий в растворе не менее 11,35% масс. хрома(III), выпускается по ТУ 0254-031-17197708-96 с изм. 1-3.
3
++
++
8. Минерализованная вода плотностью 1,211 г/см, с содержанием катионов Са и Mg 25 800 мг/л.
3
++
++
9. Минерализованная вода плотностью 1,012 г/см, с содержанием катионов Са и Mg 1000 мг/л.
10. Пресная вода.
Для иллюстрации описываемого способа проводят испытания образцов используемых оторочек.
Для этого готовят составы оторочки низковязкой гелеобразующей композиции с различными концентрациями компонентов.
Состав 1.
3
В стеклянном стакане на 250 мл в 195,0 г (97,5% масс.) минерализованной воды плотностью 1,211 г/см растворяют 4,0 г (2,0% масс.) полиоксихлорида алюминия (аква-аурата), 0,5 г (0,25% масс.) ацетата натрия и 0,5 г (0,25% масс.) карбамида. В результате, смешиваемые реагенты полностью растворяются в воде, при этом получается однородный полупрозрачный раствор низкой вязкости. Состав 2.
3
В стеклянном стакане на 250 мл в 170,0 г (85,0% масс.) минерализованной воды плотностью 1,012 г/см растворяют 16,0 г (8,0% масс.) полиоксихлорида алюминия (аква-аурата), 4,0 г (2,0% масс.) ацетата натрия и 10,0 г (5,0% масс.) карбамида. В результате, смешиваемые реагенты полностью растворяются в воде, при этом получается однородный полупрозрачный раствор низкой вязкости.
Состав 3.
В стеклянном стакане на 250 мл в 140,0 г (70,0% масс.) пресной воды растворяют 20,0 г (10,0% масс.) шестиводного хлорида алюминия, 10,0 г (5,0% масс.) ацетата натрия и 30,0 г (15,0% масс.) карбамида. В результате, смешиваемые реагенты полностью растворяются в воде, при этом получается однородный полупрозрачный раствор низкой вязкости.
Состав 4 (по известному способу).
3
В стеклянном стакане на 250 мл в 170,0 г минерализованной воды плотностью 1,012 г/см растворяют 15,0 г изолирующего состава ВИС-1. В результате, смешиваемый реагент полностью растворяется в воде, при этом получается однородный полупрозрачный раствор низкой вязкости.
Приготовленные составы нагревают в термошкафу в закрытых тефлоновых стаканах при температуре 85°C.
Состав гелеобразующей композиции (гелеобразующего состава), а также данные по времени образования геля при температуре 85°C и комплексной вязкости гелей при различном содержании реагентов в гелеобразующих составах представлены в таблице 1.
В результате нагрева получают неподвижный однородный гель. Время гелеобразования при одинаковой температуре исследования зависит от типа, концентрации реагентов и их соотношения. Так, из таблицы 1 следует, что, несмотря на одинаковую общую концентрацию реагентов, время образования геля у состава 2 в 3, 4 раза выше, чем у известного состава (состав 4).
Комплексная вязкость состава, содержащего ацетат натрия, (состав 2) также значительно выше, чем у известного состава (состав 4).
При закачке в пласт водных растворов ВМСПАА наблюдается значительная адсорбция полимера на поверхности поровых каналов, что значительно снижает эффективность технологии, т.к. после полной адсорбции полимера будет происходить смешение гелеобразующего состава с пластовой водой.
Объем адсорбированного полимера вычисляют следующим образом (Магадова Л.А., Губанов В.Б., ВуАнь. Фан. Разработка состава для технологии ПАВ-полимерного заводнения применительно к условиям месторождения Белый Тигр. Промышленный сервис. - 2016. - №3. - С. 21-25):
где:
п
ΔV - объем адсорбированного ВМСПАА,
п
0
V - закачиваемый объем раствора ВМСПАА,
п
к
V - объем раствора ВМСПАА, прошедший через поровое пространство,
ост
R - остаточный фактор сопротивления, полученный на основании фильтрационных исследований.
Объем оторочки раствора ВМСПАА в призабойной зоне пласта рассчитывают по формуле 2:
где:
от.
3
V- объем оторочки раствора ВМСПАА в призабойной зоне пласта, м,
r - радиус распространения раствора, м; π=3,14;
h - эффективная нефтенасыщенная толщина пласта, м;
m - пористость пласта, доли ед.;
w
S - водонасыщенность.
Исходя из вышеописанных формул 1 и 2, объем оторочки раствора ВМСПАА с учетом его адсорбции в пористой среде определяется по формуле 3:
от
A
где V - оторочки раствора ВМСПАА с учетом его адсорбции в пористой среде (равен объему адсорбированного полимера в пласте).
от
A
Таким образом, при закачке в продуктивный пласт раствора ВМСПАА объемом V радиус распространения раствора ВМСПАА будет выражаться следующей формулой (4):
поэтому, чем ниже адсорбция полимера, тем ниже фактор остаточного сопротивления и тем выше радиус распространения раствора ВМСПАА.
Для снижения адсорбции ВМСПАА используется высокомолекулярный сульфонированный полиакриламид марки AN 125, а в раствор полимера добавляют сшиватель - ацетат хрома (АХ). Снижение адсорбции сшитого высокомолекулярного сульфонированного ПАА будет происходить за счет экранирования активных групп полимера.
Неоднородность пласта по проницаемости отражается на коэффициенте охвата пласта заводнением, снижение неоднородности продуктивного пласта достигается при применении технологий, суть которых заключается в селективной закачке в высокопроницаемые зоны продуктивного пласта тампонирующего состава, тем самым выравниваются проницаемости высоко- и низкопроницаемых зон. Степень тампонирования высокопроницаемой зоны пласта (уменьшение его проницаемости) определяется фактором остаточного сопротивления, представляющим собой отношение проницаемости высокопроницаемой зоны до воздействия к значению проницаемости после обработки составом.
В таблице 2 представлены данные по показателю - «фактор остаточного сопротивления», полученные при фильтрации несшитых и сшитых растворов ПАА низкой вязкости через насыпные модели (в водонасыщенные модели закачивают по одному поровому объему состава, используемого в эксперименте).
Для оценки влияния на тампонирующие свойства компонентного состава оторочки гелеобразующей композиции, а также предварительной и последующей закачки оторочек экранирующей буферной жидкости, представляющей собой сшитый раствор полиакриламида в пресной воде (ВМСПАА) проводят фильтрационные исследования для определения фактора остаточного сопротивления.
Методика исследований.
3
2
Готовят модели пласта, насыщенные минерализованной водой плотностью 1,012 г/см при 20°C, с вязкостью 1,024 мПа*с при 20°C и проницаемостью по минерализованной воде порядка 0,2 мкм.
пор
пор
Согласно разработанной методике при температуре пористой среды 85°C в первую модель закачивают 0,15V (порового объема) гелеобразующего состава (состав 2 из таблицы №1), а затем, закачав 0,2 V воды, выдерживают модель при данной температуре для проведения процесса гелеобразования в течение 24 часов.
пор
пор
Во вторую модель при температуре пористой среды 85°C закачивают 0,15 V гелеобразующего состава (состав 2 из таблицы №1), а затем, закачав 0>7 V воды, выдерживают модель при данной температуре для проведения процесса гелеобразования в течение 24 часов.
пор
пор
пор
В третью модель при температуре пористой среды 85°C закачивают 0,3%-ный раствор ВМСПАА (AN 125) с добавлением 0,01% ацетата хрома, затем гелеобразующий состав (состав 2 из таблицы №1) и снова 0,3%-ный раствор ВМСПАА (AN 125) с добавлением 0,01% ацетата хрома в объеме по 0,15V каждого состава. То есть, в сумме закачивают 0,45V различных водорастворимых составов. Далее, предполагая, что процесс продвижения водорастворимых составов внутри модели пласта, содержащей водную фазу, будет носить поршневой характер, закачивают в модель пласта 0,55V воды. Тем самым, моделируя процесс продвижения пачки тампонирующих реагентов в пористой среде продуктивного коллектора, перемещают весь объем закачанных составов к выходу модели пласта. После выдержки в течение 24 часов для прохождения процесса гелеобразования, проводят фильтрацию минерализованной воды в том же направлении, в каком проводилась закачка составов, при разных расходах до стабилизации перепада давления. Определяют конечный коэффициент проницаемости по воде и фактор остаточного сопротивления.
пор
пор
пор
В четвертую модель при температуре пористой среды 85°C закачивают 0,01%-ный раствор ВМСПАА (AN 125) с добавлением 0,03% ацетата хрома, затем гелеобразующий состав (состав 2 из таблицы №1) и снова 0,01%-ный раствор ВМСПАА (AN 125) с добавлением 0,03% ацетата хрома, в объеме по 0,15V каждого состава. То есть в сумме закачали 0,45V различных водорастворимых составов. Далее, предполагая, что процесс продвижения водорастворимых составов внутри модели пласта, содержащей водную фазу, будет носить поршневой характер, закачали в модель пласта 0,55V воды. Тем самым, моделируя процесс продвижения пачки тампонирующих реагентов в пористой среде продуктивного коллектора, перемещают весь объем закачанных составов к выходу модели пласта. После выдержки в течение 24 часов для прохождения процесса гелеобразования, проводят фильтрацию минерализованной воды в том же направлении, в каком проводилась закачка составов, при разных расходах до стабилизации перепада давления. Определяют конечный коэффициент проницаемости по воде и фактор остаточного сопротивления.
Результаты фильтрационных исследований на водонасыщенных моделях терригенного пласта по оценке фактора остаточного сопротивления представлены в таблице 3.
Как следует из таблицы 3, при использовании гелеобразующего состава без экранирующей буферной оторочки происходит снижение фактора остаточного сопротивления при движении состава вглубь водонасыщенной модели. Так, в опыте 2 фактор остаточного сопротивления (5, 10) значительно ниже, чем в опыте 1 (27, 40). При этом полученные факторы остаточного сопротивления значительно выше, чем у известного способа с аналогичной общей концентрацией, что объясняется высокими структурно-механическими характеристиками описываемого гелеобразующего состава.
При использовании в качестве оторочек раствора ВМСПАА (AN 125) получен фактор остаточного сопротивления 18, 70 для раствора ВМСПАА (AN 125) в концентрации 0,3% масс. с добавлением ацетата хрома (АХ) 0,01% масс. и фактор остаточного сопротивления 9,56 для раствора ВМСПАА (AN 125) в концентрации 0,01% масс. с добавлением ацетата хрома 0,03% масс., что значительно выше, чем у состава с аналогичной общей концентрацией гелеобразующего состава по известному способу.
Диапазон концентрации ВМСПАА (AN 125) выбирают на основании следующих данных:
- минимальная концентрация ВМСПАА (AN 125) составляет 0,01% масс., ниже которого раствор ВМСПАА (AN 125) не будет препятствовать, за счет слишком низкой вязкости, разбавлению раствора гелеобразующего состава пластовой и закачиваемой водой, а максимальная концентрация (0,3 масс. %) ограничивается высокой вязкостью раствора полиакриламида и экономической целесообразностью.
- минимальная концентрация ацетата хрома составляет 0,001% масс., ниже которой раствор ВМСПАА (AN 125) не будет препятствовать, за счет слишком низкой вязкости разбавлению раствора гелеобразующего состава пластовой и закачиваемой водой, а максимальная концентрация (0,03 масс. %) ограничивается высокой вязкостью сшитого раствора полиакриламида и экономической целесообразностью.
Диапазон объема буферной пачки выбран на основании следующих данных:
- минимальное значение объема буферной пачки составляет 10% от объема гелеобразующего состава, ниже которого будет происходить разбавление раствора гелеобразующего состава пластовой и закачиваемой водой, а максимальный объем - 100% от объема гелеобразующего состава ограничивается экономической целесообразностью.
Минимальный объем используемого гелеобразующего состава -25 м3 выбран с учетом опыта применения аналогичных составов на практике, что составляет, примерно, 0,15Vпор для части пласта толщиной 1 м и радиусом 20 м, при пористости около 13,6% (такая пористость может быть характерна для низкопроницаемых терригенных коллекторов Западной Сибири).
Максимальный объем используемого гелеобразующего состава ограничивается экономической целесообразностью и составляет не более 0,6 Vпор.
Таким образом, описываемый способ позволяет повысить степень охвата пласта заводнением, что подтверждают данные фильтрационных исследований, представленных в таблице 3, моделирующих закачку описываемой системы оторочек в водонасыщенный пласт, а именно фактор остаточного сопротивления в экспериментах №3 и №4 составляет 18,70 и 9,56, соответственно, что показывает во сколько раз снизится проницаемость высокопроницаемых пропластков после воздействия системы оторочек. Полученные результаты доказывают эффективность данного способа.