СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ ПРОНИЦАЕМОСТИ ПЛАСТА
PROCEDURE FOR CONTROL OF RESERVOIR PERMEABILITY

Изобретение относится к нефтяной промышленности, в частности к способам регулирования проницаемости пласта при проведении водоизоляционных работ в скважине.
Известен способ регулирования проницаемости пласта, реализуемый в способе разработки нефтяного месторождения (патент RU №2136869, МПК Е21В 43/22, C12N 1/26, опубл. 10.09.1999 г.). При реализации данного способа осуществляют последовательную закачку оторочек водного раствора-биополимера Симусан совместно с биологическим поверхностно-активным веществом биоПАВ КШАС-М и жидкого стекла. Причем предпочтительное соотношение водорастворимых биоПАВ, биополимера Симусан и жидкого стекла равно от 1:1:0,04 до 1:1:0,2. По истечении определенного времени в пласте образуется вязко-упругий гель, препятствующий проникновению воды в высокопроницаемые зоны и трещины.
Недостатком данного способа является то, что оторочки водного раствора биополимера Симусан совместно с биологическим поверхностно-активным веществом биоПАВ КШАС-М и жидкого стекла закачивают последовательно, что не обеспечивает их полного перемешивания. Перемешивание раствора биополимера Симусан, биоПАВ КШАС-М и жидкого стекла до начала закачивания в скважину позволило бы получить в пласте вязко-упругий гель с более высокими прочностными характеристиками.
Известен состав для регулирования разработки нефтяных месторождений (патент RU №2207435, МПК Е21В 43/22, С12Р 19/04, опубл. 27.06.2003 г.). Состав используют для регулирования проницаемости пласта по воде, он включает водный раствор экзополисахарида, продуцируемого штаммом Azotobacter vinelandii (Lipman) ФЧ-1, ВКПМ В-5933 в виде культуральной жидкости, жидкое стекло, в качестве ПАВ неонол АФ 9-12 и соляную кислоту при следующем соотношении компонентов, мас.%: экзополисахарид 5-20, неонол АФ 9-12 0,02-0,1, жидкое стекло 5-20, соляная кислота 0,05-0,08, вода - остальное до 100%. Раствор экзополисахарида, продуцируемого штаммом Azotobacter vinelandii (Lipman) ФЧ-1, ВКПМ В-5933 в виде культуральной жидкости, неонол АФ 9-12, жидкое стекло и кислота образуют в пласте гель с пространственно-сшитой сеткой из макромолекул экзополисахарида и образовавшейся кремневой кислоты, что приводит к снижению проницаемости пласта.
Недостатком данного состава является недостаточное содержание в составе одного из структурообразующих компонентов - жидкого стекла. Недостаточное содержание жидкого стекла снижает прочность образующегося геля, что может привести к низкой эффективности применения состава, например, в высокопроницаемых коллекторах.
Наиболее близким аналогом к предлагаемому техническому решению является способ регулирования проницаемости пласта, реализуемый в способе разработки нефтяного месторождения (патент RU №2347896, МПК Е21В 43/22, С09К 8/90, опубл. 27.02.2009 г.). При реализации данного способа осуществляют закачку в пласт через нагнетательную скважину биополимерной гелеобразующей композиции, в качестве биополимерной гелеобразующей композиции используют биополимер ксантанового типа БЖК и коллоидный силикат натрия Сиалит 30-40, или Сиалит 30-50, или гидратированный силикат натрия Сиалит 60-3 при соотношении от 1:1 до 1:1,5, причем указанную композицию закачивают между оторочками пресной воды в суммарном объеме 0,3 перового объема пласта. Эффект от применения способа достигают перераспределением закачиваемых по пласту системой поддержания пластового давления потоков воды в результате повышения фильтрационного сопротивления, возникающего за счет образования коллоидных гелевых осадков, стабилизированных молекулами биополимера, придающих им псевдопластическую реологию и суспендирующие свойства.
Недостатком данного способа является то, что он может эффективно применяться только в условиях месторождений с высокоминерализованными пластовыми водами. При отсутствии взаимодействия используемой биополимерной композиции с солями, содержащимися в пластовой минерализованной воде, образование геля и регулирование проницаемости пласта осуществляться не будет. Закачивание оторочек минерализованной воды до и после биополимерной композиции полностью не решает проблему, так как образование геля будет происходить только на границе контакта оторочек минерализованной воды и биополимерной композиции.
Технической задачей изобретения является повышение эффективности регулирования проницаемости пласта при проведении водоизоляционных работ в скважине в условиях месторождений с опресненными пластовыми водами с низким содержанием солей за счет создания лучших условий для образования из тампонирующей композиции геля.
Задача решается способом регулирования проницаемости пласта, включающим закачивание в скважину тампонирующей композиции, состоящей из водного раствора биополимера и реагента, включающего силикат натрия.
3
Новым является то, что тампонирующую композицию и закачиваемый после нее дополнительно химический инициатор структурирования, представляющий собой 20-35% водный раствор хлористого кальция, закачивают в зависимости от приемистости пласта несколькими чередующимися порциями по 2-10 м, разделенными водным буфером в объеме, который исключает смешивание порций в процессе закачивания, при этом в качестве силиката натрия в тампонирующей композиции используют стекло натриевое жидкое, смешиваемое с водным раствором биополимера, состоящим из 0,2-0,5 мас.% ксантанового биополимера и 0,03-0,3 мас.% бактерицида, в пропорции от 0,8:1 до 1,4:1.
Суть предлагаемого технического решения заключается в ограничении притока воды в скважину путем снижения проницаемости пласта по воде. Снижение проницаемости пласта по воде получают в результате тампонирования гелем, образующимся при взаимодействии раствора хлористого кальция с тампонирующей композицией, которую приготавливают смешением со стеклом натриевым жидким биополимерного раствора, представляющего собой раствор в воде 0,2-0,5 мас.% ксантанового биополимера и 0,03-0,3 мас.% бактерицида, например, СНПХ-1002.
Рассмотрим бактерицид СНПХ-1002, который выпускают по ТУ39-1412-89, представляющий собой смесь солей фенола и кумилфенола с водным раствором едкого натра в активном органическом растворителе.
Ксантановый биополимер с торговой маркой Зибозан производства фирмы Hebei Yuati Import Export Co., LTD представляет собой светло-кремовый порошок с содержанием основного вещества не менее 50 вес.%. Ксантановый биополимер образуется в результате процесса жизнедеятельности бактерий Xanthomonas Campestris, он является водорастворимым биополимером.
3
Стекло натриевое жидкое по ГОСТ 13078-81 представляет собой густую жидкость желтого или серого цвета без механических включений и примесей, видимых невооруженным глазом. Силикатный модуль стекла натриевого жидкого 2,3-3,6, плотность - 1350-1520 кг/м.
Кальций хлористый технический кальцинированный по ГОСТ 450-77 представляет собой порошок или гранулы белого цвета с содержанием хлористого кальция 90-96,5 мас.%.
Способ реализуют следующим образом.
3
3
При изготовлении тампонирующей композиции первоначально готовят биополимерный раствор. Для этого приготавливают 0,03-0,3 мас.% раствор бактерицида, например, СНПХ-1002 в пресной воде. Бактерицид необходим для предотвращения биодеструкции добавляемого позднее в раствор ксантанового биополимера. Использование указанной концентрации бактерицида известно и обосновано ранее (патент RU №2347897, МПК Е21В 43/22, С09К 8/90, опубл. 27.02.2009 г.). В дальнейшем в качестве примера при проведении лабораторных и модельных исследований использовали 0,3 мас.% раствор бактерицида СНПХ-1002. В полученном растворе бактерицида растворяют 0,2-0,5 мас.% ксантанового биополимера, например, с торговой маркой Зибозан. Далее завершают приготовление тампонирующей композиции смешением полученного биополимерного раствора со стеклом натриевым жидким в пропорции стекло натриевое жидкое: биополимерный раствор от 0,8:1 до 1,4:1. Для снижения проницаемости по воде производят закачивание в пласт тампонирующей композиции. С целью создания лучших условий для образования геля закачивание в пласт каждой порции тампонирующей композиции чередуют с закачиванием порции инициатора структурирования, в качестве которого используют водный раствор хлористого кальция. Оптимальной для образования геля является концентрация раствора хлористого кальция 20-35 мас.%, которая была установлена проведением лабораторных исследований. При изменении концентрации раствора хлористого кальция от 20 до 35 мас.% получают стабильно высокую степень снижения проницаемости пласта. Приготовление раствора хлористого кальция концентрацией более 35 мас.% в полевых условиях затруднительно, так как требует разогрева раствора до высоких температур. При использовании раствора хлористого кальция концентрацией менее 20 мас.% степень снижения проницаемости пласта существенно снижается. В дальнейшем в качестве примера при проведении лабораторных и модельных исследований использовали раствор хлористого кальция с концентрацией 35 мас.%. Порции тампонирующей композиции и инициатора структурирования разделяют буфером из пресной воды в объеме, исключающем смешивание порций в процессе закачивания. Производят последовательное закачивание в пласт тампонирующей композиции и инициатора структурирования. С целью повышения степени тампонирования закачивание в пласт тампонирующей композиции и инициатора структурирования производят несколькими чередующимися порциями. Объем порций был установлен на основе анализа опыта промысловых работ и составляет 2-10 м. Чем больше приемистость скважины, в которой планируют проведение работ по ограничению притока воды путем снижения проницаемости пласта, тем большим принимают объем каждой порции и суммарный закачанный объем тампонирующей композиции и инициатора структурирования. Суммарный закачанный объем тампонирующей композиции и инициатора структурирования составляет не менее 10 м. После последовательного закачивания в скважину в процессе продвижения по пласту тампонирующей композиции и инициатора структурирования происходит их перемешивание и образование геля, снижающего проницаемость пласта по воде. За счет закачивания тампонирующей композиции и инициатора структурирования становится возможным образование геля в условиях месторождений с опресненными пластовыми водами с низким содержанием солей. Последовательное закачивание в пласт порций тампонирующей композиции и инициатора структурирования, повторяющееся более одного раза, обеспечивает создание наиболее благоприятных условий для перемешивания тампонирующей композиции и инициатора структурирования и последующего образования геля.
Для установления оптимального содержания компонентов в тампонирующей композиции исследовали структурно-механические свойства получаемого геля, измеряя пластическую прочность по методу конического пластомера П.А.Ребиндера (Справочное руководство по тампонажным материалам: Учебное пособие / Данюшевский B.C., Алиев P.M., Толстых И.Ф. - М.: Недра, 1987. с.336-339). Для проведения опыта готовили смесь раствора хлористого кальция с концентрацией 35 мас.% и каждой из исследуемых рецептур тампонирующей композиции. При приготовлении тампонирующей композиции использовали бактерицид СНПХ-1002, биополимер с торговой маркой Зибозан и стекло натриевое жидкое по ГОСТ 13078-81. Соотношение объемов тампонирующей композиции и раствора хлористого кальция 1:1. Измерения проводили по истечении 24 часов после смешения тампонирующей композиции и раствора хлористого кальция. Результаты исследований приводятся в таблице 1.
Результаты исследований свидетельствуют, что снижение содержания ксантанового биополимера в растворе бактерицида ниже 0,2 мас.% приводит к существенному снижению пластической прочности геля, в то же время увеличение содержания ксантанового биополимера в растворе бактерицида более 0,5 мас.% влияет на пластическую прочность геля незначительно. Так же исследования показали, что при уменьшении содержания в тампонирующей композиции жидкого стекла менее чем в пропорции стекло натриевое жидкое: полимерный раствор 0,8:1 приводит к резкому снижению пластической прочности геля. Увеличение содержания в тампонирующей композиции жидкого стекла более чем в пропорции стекло натриевое жидкое: полимерный раствор 1,4:1 влияет на пластическую прочность геля незначительно. Таким образом, оптимальной является тампонирующая композиция, приготовленная смешением со стеклом натриевым жидким биополимерного раствора, представляющего собой раствор в воде 0,03-0,3 мас.% бактерицида и 0,2-0,5 мас.% ксантанового биополимера, а в тампонирующей композиции соотношение объемов (пропорция) стекло натриевое жидкое: полимерный раствор составляет от 0,8:1 до 1,4:1.
Таблица 1
Результаты исследования пластической прочности
Содержание ксантанового биополимера в растворе бактерицида (в биополимерном растворе), мас.%
Соотношение объемов компонентов в тампонирующей композиции
Пластическая прочность, кПа
раствор бактерицида и биополимера (биополимерный раствор)
стекло натриевое жидкое
0,05
1
0,6
0,6
0,1
1
0,6
0,95
0,2
1
0,6
1,65
0,35
1
0,6
2,0
0,5
1
0,6
2,16
0,55
1
0,6
2,22
0,6
1
0,6
2,4
0,05
1
0,7
1,85
0,1
1
0,7
1,9
0,2
1
0,7
2,85
0,35
1
0,7
2,9
0,5
1
0,7
3,0
0,55
1
0,7
3,01
0,6
1
0,7
3,09
0,05
1
0,8
2,5
0,1
1
0,8
2,61
0,2
1
0,8
3,7
0,35
1
0,8
3,85
0,5
1
0,8
3,91
0,55
1
0,8
3,9
0,6
1
0,8
3,95
0,05
1
1,1
2,77
0,1
1
1,1
2,81
0,2
1
1,1
3,75
0,35
1
1,1
3,9
0,5
1
1,1
4,1
0,55
1
1,1
4,12
0,6
1
1,1
4,14
0,05
1
1,4
2,9
0,1
1
1,4
3,1
0,2
1
1,4
3,8
0,35
1
1,4
4,1
0,5
1
1,4
4,2
0,55
1
1,4
4,25
0,6
1
1,4
4,26
0,05
1
1,5
3,0
0,1
1
1,5
3,16
0,2
1
1,5
3,81
0,35
1
1,5
4,16
0,5
1
1,5
4,22
0,55
1
1,5
4,25
0,6
1
1,5
4,3
0,05
1
1,6
3,0
0,1
1
1,6
3,16
0,2
1
1,6
3,81
0,35
1
1,6
4,16
0,5
1
1,6
4,26
0,55
1
1,6
4,26
0,6
1
1,6
4,31
2
Эффективность снижения проницаемости пласта по предлагаемому способу оценивали проведением модельных испытаний, замеряя давление прорыва закачиваемой воды через модель пласта. Исследования проводили на моделях пласта длиной 95 см и внутренним диаметром 3,7 см, заполненных кварцевым песком. Подбором фракционного состава кварцевого песка получили модели с проницаемостью 1,0-1,5 мкм. Модель пласта первоначально насыщали дистиллированной водой, а затем нефтью. Для моделирования обводненного нефтяного пласта месторождения с опресненной пластовой водой, через предварительно заполненную нефтью модель пласта прокачивали пресную воду. Для модельных испытаний получают биополимерный раствор. Для этого приготавливают 0,3 мас.% раствор бактерицида СНПХ-1002 в пресной воде, а на нем готовят 0,2-0,5 мас.% раствор ксантанового биополимера. Далее завершают приготовление тампонирующей композиции смешением полученного биополимерного раствора со стеклом натриевым жидким при соотношении объемов (в пропорции) стекло натриевое жидкое: полимерный раствор от 0,8:1 до 1,4:1.
Для моделирования предлагаемого способа в подготовленную модель пласта последовательно закачивают тампонирующую композицию, буфер из пресной воды; раствор хлористого кальция концентрацией 35 мас.%, буфер из пресной воды, тампонирующую композицию; буфер из пресной воды; раствор хлористого кальция концентрацией 35 мас.%. Далее модель оставляют на реагирование в течение 24 часов, после чего, закачивая воду через выход модели, определяют давление прорыва воды. Результаты исследований приводятся в таблице 2.
Для моделирования наиболее близкого аналога в подготовленную модель пласта последовательно закачивают минерализованную воду с содержанием солей 140 г/л, буфер из пресной воды гелеобразующую композицию, буфер из пресной воды, минерализованную воду хлоркальциевого типа с содержанием солей 140 г/л. Далее модель оставляли на реагирование в течение 24 часов, после чего, закачивая воду через выход модели, определяли давление прорыва воды. Результаты исследований приводятся в таблице 3.
Результаты модельных испытаний свидетельствуют, что при моделировании предлагаемого способа давление прорыва модели водой на 2,3 МПа/м и более превышает давление прорыва модели водой для наиболее близкого аналога. Из этого следует, что предлагаемый способ более эффективен и может быть использован для снижения проницаемости пласта по воде.
Таблица 2
Результаты модельных испытаний предлагаемого способа
Содержание Ксантана в растворе бактерицида (в биополимерном растворе), мас.%
Соотношение объемов компонентов в тампонирующей композиции
Давление прорыва модели, МПа/м
раствор бактерицида и биополимера (биополимерный раствор)
стекло натриевое жидкое
0,2
1
0,8
6,7
0,35
1
0,8
7,3
0,5
1
0,8
7,5
0,2
1
1,1
8,1
0,35
1
1,1
8,6
0,5
1
1,1
8,9
0,2
1
1,4
9,6
0,35
1
1,4
9,8
0,5
1
1,4
10,5
Таблица 3
Результаты модельных испытаний наиболее близкого аналога
Компоненты гелеобразующей композиции
Соотношение объемов компонентов в тампонирующей композиции
Давление прорыва модели, МПа/м
БЖК
Сиалит
БЖК: Сиалит 30-40
1
1
3,6
БЖК: Сиалит 60-3
1
0,5
2,1
БЖК: Сиалит 30-50
1
1,5
4,5
Пример практического применения
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
В нефтедобывающей скважине с эксплуатационной колонной диаметром 168 мм и текущим забоем 1750 м необходимо провести работы по ограничению водопритока. Продуктивные пласты вскрыты перфорацией в интервалах 1701-1704 м и 1711-1713 м. По результатам геофизических исследований основной приток жидкости в скважину происходит из интервала перфорации 1711-1713 м. Данный интервал вскрывает обводненный пласт. Из скважины поднимают подземное оборудование и производят спуск в скважину насосно-компрессорных труб (НКТ) диаметром 73 мм на глубину 1714 м. Приготавливают 20 м тампонирующей композиции. Первоначально готовят 10 м биополимерного раствора. Для этого приготавливают 0,2 мас.% раствор бактерицида СНПХ-1002 в 10 м пресной воды. В полученном растворе бактерицида растворяют 0,3 мас.% ксантанового биополимера с торговой маркой Зибозан производства фирмы Hebei Yuati Import Export Co., LTD. Далее завершают приготовление тампонирующей композиции смешением 10 м полученного полимерного раствора и 10 м стекла натриевого жидкого по ГОСТ 13078-81. Приготавливают 20 м водного раствора хлористого кальция концентрацией 35 мас.%. Для приготовления 1 м такого раствора в 857 л пресной воды при постоянном перемешивании растворяют 463 кг безводного хлористого кальция. Для снижения проницаемости по воде пласта, вскрытого в интервале 1711-1713 м, производят последовательное закачивание через скважину в пласт 0,7 мпресной воды в качестве буфера; 10 м тампонирующей композиции; 0,7 м пресной воды в качестве буфера; 10 м раствора хлористого кальция концентрацией 35 мас.%, 0,7 мпресной воды в качестве буфера, 10 м тампонирующей композиции; 0,7 м пресной воды в качестве буфера; 10 м раствора хлористого кальция концентрацией 35 мас.%. Продавливание реагентов в пласт осуществляют закачиванием в НКТ 7 м пластовой воды. Скважину оставляют на реагирование в течение 24 часов с целью образования геля, снижающего проницаемость обводненного пласта. Далее скважину промывают, спускают подземное оборудование и пускают скважину в эксплуатацию.
Применение предлагаемого способа позволяет на 20-40% увеличить степень снижения обводненности продукции скважины при проведении водоизоляционных работ в условиях месторождений с опресненными пластовыми водами с низким содержанием солей.