Способ увеличения добычи нефти
METHOD TO INCREASE OIL PRODUCTION

Изобретение относится к области нефтедобычи, точнее к разработке нефтяных пластов, разрабатываемых с использованием системы поддержания пластового давления путем закачки воды в пласт. Изобретение может быть использовано для обработки добывающих и нагнетательных скважин в широком интервале пластовых температур.
Закачка воды в нефтяные пласты позволяет увеличить добычу нефти на месторождениях нефти. Однако при длительном применении этого способа происходит падение его эффективности из-за прорывов нагнетаемой в пласт воды от нагнетательных к добывающим скважинам, что приводит к снижению доли нефти в добываемой жидкости. Этот процесс, называемый водопритоком, приводит к удорожанию стоимости добычи нефти за счет нерациональной работы технологического оборудования и снижению уровня ее добычи. Для борьбы с водопритоками в скважинах разработан ряд технологий, например [1], но их недостатком является ограниченное применение низкотемпературными пластами.
Проблема водопритоков в добывающих скважинах, как правило, решается путем закачки в добывающие скважины водоизолирующих составов. Для пластов с температурой 60-90°С предложен ряд термотропных составов. Термотропным называется состав, который, будучи при температуре, близкой к нормальной (0-30°С), является текучим, но при попадании в пластовые условия повышает свою вязкость или образует гель. Это позволяет провести закачку в скважину указанного состава и создать в водонасыщенной части пласта непроницаемый для воды экран, но при этом не создается экран для притока нефти к скважине.
Известен способ, в котором используют алюминий с концентрацией 0,4-17,0 мас.%, карбамид с концентрацией 1,5-30,0 мас.%, полиакриламид с концентрацией 0,5-2,5 мас.%, так чтобы вязкость состава была не менее η>10⋅10-3 Па⋅с, и воду до 100%. Исходный состав закачивают в промытые зоны пласта, где под действием высокой температуры образуется гель гидроксида алюминия, вязкость среды при этом возрастает, что приводит к «затуханию» фильтрации флюида через высокопористую зону [2].
Недостатком способа является требование к температуре пласта не менее 90°С, при которой происходит реакция гидролиза карбамида. При снижении температуры время гелеобразования достигает нескольких суток или образования геля может не произойти вообще.
Известен гелеобразующий состав, получаемый смешением полиакриламида, карбамида, соли алюминия и воды, причем в качестве соли алюминия используют пентагидроксохлорид алюминия, а указанное смешение осуществляют путем введения карбамида в полимер-коллоидный комплекс, полученный смешением водного раствора полиакриламида с водным коллоидным раствором пентагидроксохлорида алюминия при следующем соотношении компонентов, мас.% [3]:
пентагидроксохлорид алюминия 3-6;
полиакриламид 0,25-0,5;
кабамид 7-14;
вода - остальное.
Недостаткам состава является низкая селективность водоизоляции вследствие неизбирательного процесса проникновения состава в поры, а также ограничение использования состава на месторождениях нефти исключительно с высокой пластовой температурой.
Наиболее близким по технической сущности является способ повышения добычи нефти, включающий закачку через добывающую скважину в пласт водной суспензии полиакриламида, обработанного ионизирующим излучением совместно с неорганической солью многовалентного металла [4]. Недостатком известного способа является малая продолжительность ограничения притока воды в добывающие скважины из-за ограниченных упругих свойств получаемых полимерных гелей.
Целью изобретения является увеличение добычи нефти за счет увеличения продолжительности эффекта, селективности воздействия на пласт и расширения области применения.
Поставленная цель достигается тем, что в известном способе, включающем закачку через добывающую или нагнетательную скважину в пласт водной дисперсии гелей полиакриламида, обработанного ионизирующим излучением совместно с неорганической солью многовалентного металла, при этом гель получают непосредственно перед закачкой в пласт в проточном буферном объеме, например объеме скважины, путем смешения 100 массовых частей пластовой воды с 0.5-3 массовыми частями порошковой композиции следующего состава:
неорганическая соль алюминия или хрома 1-10%
полиакриламид – остальное,
при содержании, мас.%: указанная композиция 0,5-3, пластовая вода – остальное, и времени контакта указанных композиции и воды в буферном объеме, определяемом условием по формуле
где
t - время контакта композиции и воды в буферном объеме, ч;
Т - время равновесного набухания гелевой дисперсии в буферном объеме;
3
Q - скорость закачки, м/ч;
3
V - буферный объем, м.
Использование способа становится более удобным, если в качестве сульфатов и хлоридов алюминия и хрома используют их основные соли - основной сульфат хрома и оксихлорид алюминия. Это связано с тем, что эти соли не содержат кристаллизационной воды и поэтому не образуют комков в процессе хранения.
Сущность изобретения состоит в том, что в пласт закачивают частично набухший гель полиакриламида, обработанного ионизирующим излучением, который дополнительно модифицирован путем добавки к полимеру соли многовалентного металла - алюминия или хрома. Модификация происходит в буферной емкости в зависимости от времени контакта полимера и воды. В качестве буферной емкости при работе непосредственно на скважине используют объем скважины и коммуникации, при этом буферный объем рассчитывается как сумма объема скважины и коммуникаций, находящихся между насосом и забоем скважины. В процессе модификации дисперсный гель, представляющий собой суспензию гелевых частичек в воде размером 1-10 мм, увеличивает свой объем за счет прививки к сшитому полимеру имеющихся в составе полимера линейных макромолекул и увеличению электрического заряда звеньев макромолекулы ПАА за счет замещения однозарядных ионов на многозарядные. Рост величины одноименных зарядов в составе макромолекулы приводит к их отталкиванию и соответственно к увеличению объема, занимаемого гелевой частицей, состоящей из набухшего сшитого ионизирующим излучением ПАА.
Время модификации геля задается временем контакта t композиции и воды отношением объема буфера V и скорости закачки Q в пласт в соответствии с условием соотношения
При этом время контакта t выбирается меньшим, чем время равновесного набухания Т. Время равновесного набухания определяется по результатам лабораторного определения кинетики набухания. Время равновесного набухания Т определяется как время, прошедшее от времени смешения реагента и воды до времени прекращения набухания (нулевой скорости набухания). Это позволяет закачанному в поровый объем пласта гелю дополнительно увеличить объем и тем самым более более эффективно влиять на фильтрацию воды к добывающей скважине. Время контакта в буферном объеме задается меньшим, чем время равновесного набухания полимера. В случае повышенной пластовой температуры эта формула справедлива, но не является обязательным условием вследствие того, что равновесие достигается при другой температуре (термотропный эффект). Время контакта в случае пластовой температуры выше 60°С может быть как меньше, так и больше времени равновесного набухания Т.
Полученная в результате модификации полимерно-гелевая система (суспензия гелей) сохраняет свою дисперсность и, следовательно, сохраняет возможность транспортировки ее по коммуникациям. Также сохраняется возможность движения гелей по пластовым трещинам и неоднородным по проницаемости участкам в пласте. Поэтому данный способ позволяет регулировать потоки воды в пласте как при закачке в пласт через добывающие скважины, так и через нагнетательные скважины.
В качестве неорганических солей трехвалентных алюминия или хрома используются неорганические порошкообразные соли алюминия или хрома:
- квасцы хромокалиевые (ГОСТ 4162-79);
- квасцы алюмокалиевые (ГОСТ 4329-77);
- оксихлорид (гидрокисхлорид, полиоксихлорид) алюминия (ТУ 6-09-05-1456-96);
- хром сернокислый основной, ХРОМОТЕЛЬ XGS (ТУ 2214-001-239325568-04).
Из перечисленного списка предпочтение отдается основным солям, так как наличие гидроксильной группы в составе солей дает им важное преимущество по сравнению с другими солями - стабильность в порошкообразном состоянии при хранении на воздухе. Также они имеют более высокую скорость растворения в воде за счет высокой дисперсности порошков, что обеспечивает получение полимерно-гелевых систем со стабильными свойствами.
Пример 1. Для реализации способа необходимо определение времени равновесного набухания Т. Время равновесного набухания определяется на основании изучения зависимости объема геля от времени контакта композиции и воды. С этой целью 1 грамм порошка полиакриламида, обработанного ионизирующим излучением дозой 8 кГр, и 0,03 грамма основного сульфата хрома (OCX) марки хромотель смешали со 100 граммами пластовой воды с минерализацией 50 грамм на литр в стакане объемом 200 мл. Периодически с интервалом 10 минут производили кратковременное (до 1 минуты) перемешивание системы и визуально измеряли объем осадка набухшего полимера. Объем осадка определяли после прекращения седиментации частичек. Циклы измерений проводили до стабилизации объема осадка в течение трех последовательных измерений. По результатам строили зависимость объема осадка (геля) от времени контакта полимера и воды. Результат представлен в виде кинетической зависимости объема осадка геля от времени контакта полимера, соли и воды (см. рис. 1). По этой зависимости находится время равновесного набухания (Т), равное времени на кинетической кривой, после которого объем осадка (геля) стабилизируется. В данном случае Т=110 минут. На основании полученной зависимости определяется диапазон допустимого времени контакта t - оно должно быть менее 110 минут. Для определенности выбираем время контакта в этом диапазоне, равное половине времени равновесного набухания, то есть t=55 минут. Для этого времени контакта объем геля в ПГС составляет 33%. Равновесный объем геля по представленным данным составляет 37%. Эти данные показывают, что при времени контакта композиции и воды в течение 55 минут в дальнейшем в течение еще 55 минут объем геля возрастет с 33% до 37%, то есть в пласт будет поступать частично набухший гель, который в пласте будет увеличивать свой объем.
Аналогично реализованы опыты по изучению кинетики набухания порошкообразного полиакриламида совместно с неорганическими солями многовалентных металлов в воде. В качестве неорганических солей апробированы: полиоксихлорид алюминия, алюмокалиевые квасцы, основной сульфат хрома, хромокалиевые квасцы. Результаты представлены в таблице 1. Эти данные подтверждают, что при времени контакта композиции и воды, меньшем, чем время равновесного набухания, гель остается способным к дальнейшему набуханию в пластовых условиях.
Пример 2. Моделирование предлагаемого способа проведено на лабораторной модели пласта, имитирующего обработку добывающей скважины для ограничения притока воды в скважину с целью увеличения доли нефти в добываемой продукции. Ограничение притока воды в скважину будет происходить при создании в призабойной зоне добывающей скважины гелевого экрана в водоносной части пласта. На первом этапе предварительно выбрана композиция и вода из примера №7 таблицы 1, для которой время равновесного набухания составляет 30 минут. Для испытаний способа в лабораторных условиях приготовлена трубчатая модель пласта диаметром 30 мм и длиной 200 мм, заполненная кварцевым песком проницаемостью 1,2 Дарси. Модель пласта обвязана по коммуникациям с дозирующим насосом высокого давления и манометром. В емкость объемом 200 мл (модель буферной емкости) поместили 100 мл пластовой воды с минерализацией 30 г на литр. При перемешивании в воду добавили 1.0 грамм порошкообразного полиакриламида, обработанного ионизирующим излучением дозой 9 кГр, и 0,03 г хромокалиевых квасцов и произвели перемешивание в течение 25 минут. Время перемешивания в данном случае равно времени контакта воды и полимера и это время - t=25, меньше времени равновесного набухания Т=55 минут на 30 минут, что соответствует заявленной формуле.
Приготовленную суспензию закачали в модель пласта и выдержали в течение 20 часов. Далее произвели вытеснение закачанной в поровый объем модели пласта суспензии путем закачки пластовой воды в модель со скоростью 12 мл/мин. При этом закачку воды проводили в направлении обратном первоначальному. В процессе работы измеряли давление, при котором происходит фильтрация. Результаты измерения давления во времени, представленные на рис. 2, показывают появление снижения проницаемости пористой среды и рост сопротивления движению воды более чем в 20 раз по сравнению с первоначальным.
Пример 3.
Для определения возможности применения данного способа для повышения добычи нефти в пластах с температурой проведено исследование влияния температуры на фильтрационные и реологические свойства полимерно-гелевых систем (ПГС) получаемых по предлагаемому способу. Свойства изучены по двум показателям - показателю скрин-фактора, а также объема геля в ПГС.
3
В основу методики определения скрин-фактора положили показатель скрин-фактора, определяемый на скрин-вискозиметре конструкции «Гипровостокнефть» [4]. Сущность определения скрин-фактора по методике «Гипровостокнефть» сводится к измерению времени истечения раствора полимера под действием собственного веса из ячейки фиксированного объема через сетчатый фильтр с размером ячеек фильтра, близким к 100 мкм. Ввиду ограниченной сферы применения областью вязких полимерных растворов этот метод был модифицирован для проведения измерений не только растворов полимеров, но и дисперсных полимерно-гелевых систем. В модифицированном варианте течение жидкости через сетчатый фильтр происходит под действием избыточного давления газа. Скрин-фактор, определяемый по модифицированной методике, назвали комплексным скрин-фактором, так как позволяет измерять одновременно и скрин-фактор раствора полимера и дисперсной полимерно-гелевой системы. Определение комплексного скрин-фактора проводили на скрин-вискозиметре, состоящего из вертикально расположенной цилиндрической ячейки диаметром 3 см объемом 60 см, в нижней части ячейки расположен сетчатый фильтр из нержавеющей стали с размером ячеек 100 мкм диаметром 15 мм. К верхней части ячейки подведена трубка от ресивера (емкости заполненной воздухом). Давление газа в емкости измеряется манометром. Воздушной помпой можно создавать давление газа в емкости на постоянном уровне равном 300 мм рт.ст. Для проведения измерений образец помещают в ячейку и соединяют ее с ресивером. Под действием избыточного давления газа жидкий образец вытекает из ячейки через сетчатый фильтр. При этом измеряют время истечения образца из ячейки или, если время истечения образца превысит 60 с, определяют объем фильтрата.
0
Расчет комплексного скрин-фактора производится по одной из формул в зависимости от времени истечения полимерно-гелевой системы из измерительной ячейки объемом V=60 мл
0
при t ≤ t
0
при t ≥ t
0
0
где СФК - скрин-фактор комплексный, t - время истечения ПГС объема V=60 мл, V - объем фильтрата за время t=60 с.
Объем ячейки и время измерений выбраны из удобства проведения лабораторных тестов.
Размер ячеек фильтра приближен к характерным размерам поровых каналов нефтеносного коллектора и поэтому может служить оценкой фильтрационных свойств в них. Комплексный скрин-фактор позволяет оценивать реологические свойства как растворов полимеров, так и фильтрационные свойства дисперсных полимерно-гелевых систем.
Измерение объема геля в полимерно-гелевой системе проводили в мерном цилиндре объемом 100 мл. Измерение проводили следующим образом. Образец ПГС помещали в мерный цилиндр и выдерживали в статических условиях 30 минут для осаждения суспензии гелевых частиц. Далее фиксировали границу между слоем гелевых частиц и жидкостью. Доля геля определялась по формуле
,
0
где V - объем геля, V - объем ПГС.
Термотропную полимерно-гелевую систему готовили следующим образом. 0,75 г порошка полиакриламида с молекулярной массой 25 млн а.е.м. (атомных единиц массы) и степенью гидролиза 20-24% обработали ионизирующим излучением дозой 12 кГр. К порошку полимера добавили 0,030 полиоксихлорида алюминия (ПОХА). Порошкообразную смесь смешивали при непрерывном перемешивании с 100 г пластовой водой при 20°С, время составило 2 часа. В процессе смешения контролировали объем геля и определили время равновесного набухания - 60 минут. Далее выдержали полимерно-гелевую систему еще 1 час при 20°С. Полученную полимерно-гелевую систему исследовали на скрин-фактор и содержание геля по описанной выше методике. В дальнейшем систему подвергали обработке при 95°С в течение 24 часов до достижения нового равновесного набухания гелей при повышенной температуре и также определили скрин-фактор и объем геля (при температуре 20°С). Результат представлен в таблице 2, опыт №1. Из полученного результата видно, что после проведения термической обработки ПГС скрин-фактор увеличился с 2,5 до 30, а объем геля в ПГС возрос с 37 до 62%. Полученные данные показывают, что при времени контакта полимера и воды в буферном объеме в течение 2-часов при температуре 20°С, последующая термическая обработка при температуре 95°С в течение 24 часов приводит к возрастанию объема геля. При этом выполняется условие формулы, согласно которой время контакта композиции и воды t=2 часа больше, чем время равновесного набухания Т=1 ч, то есть t>T (при условии, что пластовая температура выше 60°С).
Аналогичным образом были получены и исследованы полимерно-гелевые системы, приготовленные на основе порошкообразного полиакриламида различной молекулярной массы и степени гидролиза, обработанного ионизирующим излучением разными дозами, а также другими добавками неорганических солей многовалентных металлов - основного сульфата хрома и полиоксихлорида алюминия. Результаты представлены в таблице 2, опыты №2-5. В опыте №6 в качестве соли использованы аклюмокалиевые квасцы и температура дополнительной термической обработки полимерно-гелевой системы составила 60°С. Эти опыты подтверждают возрастание скрин-фактора и объема геля при термической обработке приготовленных полимерно-гелевых систем и позволяют отнести их к типу термотропных гелей.
Источники информации
1. РД-39-81483П-206-85. Руководство по проектированию и технико-экономическому анализу разработки нефтяных месторождений с применением метода полимерного воздействия на пласт. Миннефтепром, Гипровостокнефть, 1985 г., 209 стр.
2. Пат. РФ 2076202, кл. Е21В 49/22, опубл. 27.03.97.
3. Пат. РФ 2348792, Е21В 33/138, C09K 8/508, 2009.
4. Пат. РФ 2558565, Е21В 43/22, C09K 8/575.