Экспериментальное определение влияния закачки раствора ППД на коллекторские свойства продуктивных горизонтов Иреляхского ГНМ

веществе - зеленым; температура в исследуемом образце - красным; разница температур между эталоном и исследуемым веществом - синим. В левом нижнем углу рабочего окна программы обработки данных, в таблице, отображаются найденные точки экстремумов, причем для каждой точки приводятся все необходимые значения: температура (°С), время (сек.) и давление (атм.). Также программой предусмотрен вывод полученной информации на печать.

Разработанная программа позволила следить на экране монитора за всеми контролируемыми параметрами процесса образования (диссоциации) гидратов одновременно, а также наблюдать их изменение в динамике.

Таким образом, проведение модификации установки ДТА с применением современных комплектующих позволило перейти от аналоговой записи сигнала датчиков к цифровой. Вследствие чего повысилась точность, качество проводимых экспе-

риментов, и сократилось время обработки полученных данных за счет использования современных программных средств и обеспечения.

В целом, относительно ранее разработанной установки ДТА, предназначенной для определения параметров образования (разложения) газовых гидратов, экспериментальная часть работы будет производиться на более высоком качественном научном уровне.

Литература

1. Инербаев Т.М. Влияние молекул-гостей на структуру и стабильность газовых гидратов. Новосибирск, 2003.

2. Макогон Ю. Ф. Гидраты природных газов. М,: Недра, 1974.

3. Датчики давления Метран-55: Руководство по эксплуатации. Челябинск, 2004.

4. Система компьютерно-измерительная «АК-6.25». М., 1995.

— ♦> ♦> ❖ —

УДК 622.276.72

Экспериментальное определение влияния закачки раствора ППД на коллекторские свойства продуктивных горизонтов Иреляхского ГНМ

Е.Ю. Шиц, А.Ф. Федорова, А.С. Портнягин

В работе экспериментально исследовано влияние применяемого раствора для поддержания пластового давления (ППД) на проницаемость пород-коллекторов ботуобинского иулаханского горизонтов Иреляхского ГНМ. Показано, что с увеличением продолжительности заводнения скважин используемой жидкостью для ППД, строение парового пространства будет претерпевать изменения в результате его кальцинирования и сульфатизации, что приведет к ухудшению коллекторских свойств и в дапьнейшемусложнит работу добывающих скважин и месторождения в целом.

The paper presents results of the experimental study of the influence of the solution appliedfor maintaining the reservoir pressure (MRP) on permeability of reservoir rocks of Botuobinsky and Ulakhansky horizons of the Irelyakh gas and oilfield. It is shown that with the increase of the duration of well flooding with the solution for MRP the pore space structure will undergo changes due to its calcination and sulphatization, which can worsen the collector properties and complicate the operation of producing wells and the field in the whole.

Иреляхское газонефтяное месторождение расположено в окрестностях г. Мирного. Газонефтяные залежи приурочены к ботуобинскому и ула-ханскому горизонтам венда. Горизонты сложены преимущественно песчаниками. Песчаники боту-

ШИЦЕлена Юрьевна, зав. лабораторией ИПНГ СО РАН, к.т.н.; ФЕДОРОВА Айталина Федоровна, в.н.с. ИПНГ СО РАН, к.т.н.; ПОРТНЯГИН Альберт Серафимович, вед. инженер ИПНГ СО РАН

обинского горизонта по составу обломочной части существенно кварцевые, практически лишенные глинистого цемента. Песчаники улаханского горизонта отличаются более высоким содержанием в обломочной части полевых шпатов и присутствием глинистого цемента (гидрослюда). В силу чего песчаники ботуобинского горизонта обладают более высокими фильтрационно-емкостными свойствами, по сравнению с песчаниками улаханского горизонта.

Кроме того, характерной особенностью залежей Иреляхского месторождения, как и всех месторождений нефти и газа Юго-Западной Якутии, являются специфические термобарические параметры: аномально низкие пластовые температуры (11°С) и давления (15 МПа) при глубине залегания залежей 2110-2200 м.

С 1993 г. на месторождении ведется опытно-промышленная эксплуатация обеих залежей по «Технологической схеме пробной эксплуатации опытного участка», составленной институтом ВНИИнефть. В числе основных задач, стоящих перед ОПЭ, - изучение физико-химических процессов, протекающих в пласте при взаимодействии пластовой воды с нагнетаемой в пласт для поддержания пластового давления жидкостью.

Основной задачей настоящей работы являлось экспериментальное определение влияния закачиваемого раствора ППД на проницаемость пород-коллекторов ботуобинского и улаханского горизонтов Иреляхского ГНМ.

Объектами исследований являлись: 1) пластовая вода улаханского горизонта из скважины №155-019 Иреляхского ГНМ и минерализованная вода (жидкость, раствор для ППД), получаемая процессом выщелачивания из каменных солей Чарской свиты (скважина №1РЭ) и используемая в качестве агента повышения пластового давления; 2) образцы, изготовленные из монолитного керна Иреляхского месторождения ботуобинского и улаханского горизонтов, состоящего из мелкозернистого песчаника на глинистом цементе, наклонно слоистой ориентации, кварцево-полевошпатового состава.

На практике, при использовании высокоминерализованных растворов в качестве жидкости для ППД, часто наблюдается снижение конечного коэффициента извлечения нефти, которое происходит за счет понижения фильтрационных свойств породы-коллектора по причине выпадения осадков малорастворимых солей, образующихся при взаимодействии пластовых вод с растворами ППД, что на поздней стадии резко ухудшает условия выработки месторождений и в конечном счете отрица-

тельно сказывается на технико-экономических показателях месторождения.

Для исследования совместимости пластовых вод с используемым раствором ППД Иреляхского ГМН был определен их индивидуальный химический состав. Качественный анализ проб пластовой воды и минерализованной воды показал, что в них содержатся катионы кальция, магния, натрия, калия, гидрокарбонат, сульфат, хлорид-анионы. Количественное содержание солей определялось тит-риметрическим и гравиметрическим (сульфат-ионы) методами анализа (табл. 1).

Как видно из таблицы 1, пластовую воду можно отнести к хлоридно-кальциевому, а жидкость для ППД - к хлоридно-натриевому типу.

Таблица

Химический состав проб пластовой воды Иреляхского ГНМ и используемого раствора для ППД

№ Ионы Пластовая вода Раствор для ППД

моль/л г/л моль/л г/л

1 Са1+ 4,99 100,16 0,100 2,00

2 Мв2+ 0,932 22,66 0,005 0,12

3 Общая жесткость 5,93 122,82 0,105 2,13

4 N<1+К" 0,993 24,82 4,57 114,3

5 НСО{ 0,00732 0,45 0,00136 0,083

6 то; 0,0163 1,56 0,0402 3,87

7 сг 6,89 244,91 4,64 164,54

8 Сумма ионов 394,57 284,92

Для наиболее точной оценки возможности выпадения осадка сульфата кальция, при смешении пластовой воды и раствора для ППД, необходимо учитывать факторы, влияющие на его растворимость, то есть солевой эффект и возможность протекания конкурирующих реакций.

Поскольку в пластовой воде содержатся ионы кальция и магния, возможно протекание гидролиза. Кроме того, ионы осадка могут вступать в реакции с компонентами раствора: гидроксид-анио-нами, катионами водорода, собственными ионами, посторонними веществами. Протекание всех этих конкурирующих реакций зависит от значения водородного показателя среды. Водородный показатель определялся мономером «Экотест-200». Для пластовой воды рН - 5,0; для раствора ППД рН = 7,21.

Как видно из полученных данных, среда пластовой воды слабокислая, следовательно, в растворе СаБ04 наряду с реакцией

Са&04 о Са2+ + 5<Э4~ могут протекать следующие конкурирующие реакции [1]:

бо]- + н+ = с константой равновесия

К„

[hso;]

hso; + н+ = h2so4

с константой равновесия

[h2so4]

Известно, что растворимость складывается из равновесных концентраций всех форм сульфат-аниона:

5 = = [sor ] + [hso, ] + [h2so4],

Тогда ионная растворимость будет вычисляться по формуле:

ПЕГ

-к <4)

где Ks - произведение растворимости, aso¡- - коэффициент побочной конкурирующей реакции:

[н+]2 +[н+}Ка]+КаУКа,

Для данных, приведенных в таблице 1, этот коэффициент побочной конкурирующей реакции равен 0,9999. Таким образом, в данном случае влиянием конкурирующих реакций можно пренебречь.

Одним из факторов, влияющих на осадкообразование, является солевой эффект. Так как в пластовой воде и растворе для ППД, кроме ионов кальция и сульфат-ионов, содержатся катионы магния, натрия, калия, гидрокарбонат, хлорид-анионы, то коэффициенты активности осадкообразующих ионов не равны единице. Поэтому произведение растворимости выражаем через активности ионов:

К!=а(Са2+)-а(яо?) =

= /(Са2+)[Са2+]/(5042")[5042-],

где/- коэффициенты активности ионов, определяемые по третьему приближению уравнения Де-бая-Хюккеля [2].

Для произвольного электролита АгХХхА оно имеет вид:

1 (7) 1 + В-аЧ1

где А и В - постоянные коэффициенты, которые зависят от характеристик растворителя и его температуры; гА, гх- заряды катиона и аниона для данного электролита; а и Ь - эмпирические константы, определяемые по справочным данным [3]; I - ионная сила раствора электролита, которая характеризует суммарную концентрацию и заряд всех ионов в растворе и определяются по формуле:

1

УС,-:,

где С- концентрация иона (моль/л) иг- заряд каждого иона в растворе.

Результаты расчета произведения растворимости сульфата кальция при смешении пластовой воды Иреляхского ГНКМ и раствора повышения пластового давления представлены на рис.1.

Из рис. 1 видно, что при температуре 10°С процесс осадкообразования сульфата кальция происходит при смешении пластовой воды и раствора для ППД в диапазоне соотношений 2/8 - 7/3, поскольку произведения растворимостей больше предельных значений [3].

0:10 1:09 2:08 3:07 4:06 5:05 6:04 7:03 8:02 9:01 10:00 Сэошошение Г:Р

Рис. 1. Зависимость произведения растворимости сульфата

кальция от соотношения пластовой воды Иреляхского ГНКМ к рассолу ППД при 10°С: 1 - табличное значение/^0;

2 - рассчитанное значение

Установлено, что выпадение осадков других малорастворимых соединений (гидроксиды кальция и магния), влияющих на фильтрационно-ем-костные свойства породы-коллектора, происходить не будет, так как произведение их активностей меньше табличных значений К,0.

Таблица 2

Растворимость хлорида натрия в воде (10°С) при разных соотношениях пластовой воды Иреляхского ГНКМ и раствора для ППД

Соотношение ПВ:Р Табл. значения. [3] 0/10 1/09 2/08 3/07 4/06 5/05 6/04 7/03 8/02 9/0 Ï 10/00

S(10°C), г/100 г мстворителя 35.7 6,62 6,63 6,53 6,31 5,98 5,57 5,06 4,49 3,84 3,13 2,14

момент времени, который соответствует определенному объему прокачанного газа (рис. 2, образцы 1193, 2193, рис.2, образцы 3193, 3193А). Данное явление, вероятно, связано с движением жидкой (предположительно нефти) фазы при фильтрации газа в образце, что приводит к частичной закупорке межпоровых каналов и, соответственно, способствует уменьшению фильтрационной способности образца.

Другой не менее важной проблемой совмещения пластовой воды и жидкости для ППД является возможность кристаллизации хлорида натрия, так называемая галитизация промыслового коллектора. Из табл. 2 видно, что концентрация хлорида натрия не превышает предельную концентрацию (растворимость) его в воде, т.е. при смешении пластовой воды с минерализованной водой в свободном объеме кристаллизация соли происходить не будет.

Таким образом, показано, что при смешении минерализованной воды, используемой в качестве агента ППД, с пластовой водой Иреляхского ГНМ в пластовых условиях будет происходить выпадение твердого осадка в виде сульфата кальция, что, возможно, будет снижать фильтрационные характеристики породы - коллектора.

Для определения влияния жидкости для поддержания пластового давления (ППД) на юллекторские свойства нефтеносного пласта Иреляхского ГНМ было произведено определение проницаемости образцов коллектора (кернов) по газу (азоту) и жидкости (раствору для ППД).

Проницаемость определялась на установке УИПК-02М, входящей в исследовательский комплекс АКМ, по методике [4], соответствующей ГОСТ 26450.2-85. Для увеличения эффективности исследовательского процесса 5ыла произведена модернизация заводской комплектации этой установки, что позволило последовательно определять газопроницае-юсть и проницаемость по жидким флюидам образцов керна.

Исследование газопроницаемости кернов продуктивных горизонтов Иреляхского ГНМ пока-ило, что в некоторых случаях величина коэффициента проницаемости резко снижается в

б 5 4

M

Ь

1

1193А

7 7

1193-

-W

1000

1500 2000 Время, мин

2500

3500

Рис. 2. Зависимость коэффициента газопроницаемости образцов керна Иреляхского ГНМ ботуобинского горизонта от времени

В то же время для некоторых образцов (рис. 3, образец И93А, рис. 3, образец4193) коэффициент проницаемости повышался с самого начала процесса фильтрации газа. Отметим также, что в процессе эксперимента не наблюдалось выделения из образцов как ботуобинского, так и улаханского горизонтов остаточной нефти или каких бы то ни было жидкостей органического состава. Этот факт может означать, что во время фильтрации газа происходило возрастание нефтенасыщенности на выходе из образца, а так как величина капиллярного давления в данном случае даже выше, чем перепад давления газа по длине образца, то возникал так называемый концевой эффект, приводящий к запиранию фильтрующегося газа. Тот факт, что этот эффект наблюдался не во всех образцах, можно объяснить их различной начальной нефтенасы-щенностью.

О 500 1000 1600 2000 2500 3000 3500 4000 Время, мин

Рис. 3. Зависимость коэффициента газопроницаемости образцов керна Иреляхского ГНМ улаханского горизонта от времени

Исследование проницаемости образцов по жидкости для ППД продуктивных горизонтов Иреляхского ГНМ показало, что значения коэффициента проницаемости снижаются с увеличением объёма проходящего через образцы флюида. В результате проведенных исследований установлено, что при прокачке агента ППД через образцы в количестве, соответствующем более 100 объемам порового пространства, коэффициент проницаемости кернов ботуобинского горизонта уменьшается на 67%, а кернов улаханского горизонта - на 60%.

Химический анализ жидкости для ППД после ее фильтрации через стандартные образцы кернов обоих продуктивных горизонтов (улаханского и ботуобинского) показал разное содержание солей в фильтрате и в жидкости для ППД до ее фильтрации.

При сравнении значений концентраций, например, ионов Са2+ в жидкости для ППД начального состава и после фильтрации через образец, показано, что концентрация ионов Са2+ в фильтрате уменьшалась на 20-40% в зависимости от принадлежности образца к одному из продуктивных горизонтов.

Установлено, что по сравнению с начальным количеством в жидкости для ППД концентрация

ионов 8042 также уменьшается. Снижение концентрации ионов 8042" в среднем составляет 11%. Максимальное уменьшение концентрации зарегистрировано в фильтрате, отобранном при исследованиях образцов улаханского продуктивного горизонта, - 12,5%.

На основании расчетов и экспериментальных исследований проницаемости образцов по жидкости для ППД можно сделать вывод о том, что в породе коллектора остаётся определенное количество малорастворимого соединения СаБО^, что и снижает ее фильтрационные характеристики. Это предположение дополнительно подтверждается фактом значительного и одновременного снижения концентрации ионов Са2+ и БО2' в фильтратах. Установлено, что более значительное уменьшение концентрации ионов Са2+ наблюдается у образцов ботуобинского продуктивного горизонта, которые характеризуются лучшей фильтрационной способностью.

Таким образом, с увеличением продолжительности заводнения скважин используемой жидкостью для ППД строение порового пространства в результате его кальцинирования и сульфатизации будет претерпевать значительные изменения в сторону ухудшения коллекторских свойств.

Литература

1. Основы аналитической химии. Кн. 1. / Под ред. Болотова Ю.А. М.: Высшая школа, 2002. 351 с.

2. Лурье Ю.Ю. Справочник по аналитической химии. М.: Химия, 1989. 448 с.

3. Справочник химика / Под ред. Никольского Б.П. М.: Химия, 1964. Т. 3. 1167 с.

4. Калинко М.К. Методика исследования коллекторских свойств кернов. М.: Гостоптехиздат, 1963. 435 с.

❖ ❖ ♦>