7. Экологические работы по оздоровлению фонда скважин

Экологические ремонты связаны с охраной окружающей среды и рациональным использованием природных ресурсов и являются одной из актуальных проблем для большинства месторождений России на современном этапе. Это, в первую очередь, связано с особенностями разработки и эксплуатации нефтяных, газовых и газоконденсатных месторождений России, которые можно сгруппировать по следующим признакам:

1) длительный период эксплуатации части основного фонда скважин, продолжительность которого превысила нормативный срок эксплуатации для данных конструкций скважин. При этом в ряде случаев первоначально выбранная система заводнения месторождений в процессе ее реализации претерпела существенные изменения (перевод части обводнившихся добывающих скважин под нагнетание – что не всегда предусмотрено первоначальной конструкцией скважины);

2) по ряду месторождений одновременно-совместная разработка нескольких пластов одной сеткой скважин (это может приводить к межпластовым перетокам, при которых возможна несовместимость пластовой нефти и вод);

3) массовое применение жесткого водонапорного режима работы пласта;

4) массовое обводнение добывающих скважин, связанное с применением системы заводнения и вступлением месторождений в завершающую стадию разработки;

5) широкое использование при заводнении пластов сточных вод, обладающих высокой коррозионной активностью по отношению к металлу эксплуатационной колонны и цементному камню;

6) использование повышенных давлений нагнетания воды при внедрении гидродинамических методов увеличения нефтеотдачи пластов (что не всегда предусмотрено конструкцией скважины);

7) наличие в продукции скважины повышенного содержания коррозионно-активного сероводорода и диоксида углерода;

8) массовое применение при эксплуатации ГТМ, направленных на интенсификацию добычи углеводородов (в первую очередь реагенты воздействуют на эксплуатационную колонну и цементный камень, а затем – на призабойную зону пласта);

9) по многим скважинам, пробуренным на ранних стадиях разработки месторождений, первичное цементирование эксплуатационной колонны не соответствует предъявляемым современным требованиям.

Все это в условиях повышения требований к охране недр и окружающей среды, несоответствия существующих конструкций скважин условиям их эксплуатации может существенно осложнить экологическую и социально-экономическую обстановку, создать трудности природопользования и самого процесса доразработки нефтяных и газовых месторождений.

Исходя из актуальности проблемы вывода из бездействия скважин и вовлечения их в активную эксплуатацию с целью интенсификации разработки нефтяных и газовых месторождений, ниже рассмотрены основные мероприятия, связанные с ограничением притока вод и снижением обводненности скважин, восстановлением герметичности обсадной колонны и ликвидацией скважин.

7.1 Классификация методов ограничение притока пластовых вод

Ограничение притока воды к забоям добывающих скважин является одной из важнейших проблем в системе мероприятий по повышению эффективности разработки нефтяных и газовых месторождений и увеличению нефте - и газоотдачи пластов. В скважинах, эксплуатирующих несколько продуктивных пластов одновременно, обводнение происходит неравномерно – вода продвигается по более проницаемым пропласткам и прослоям. Во многих случаях поступление воды по таким пропласткам происходит настолько интенсивно, что создается впечатление полного обводнения скважины. В таких условиях происходит неравномерная выработка отдельных пластов.

Не меньший вред нормальной эксплуатации залежи и скважин наносит подошвенная вода. Она конусообразно затягивается в призабойную зону и поступает в скважину через нижние отверстия интервала перфорации эксплуатационной колонны. Обводнение скважин при этом из года в год прогрессирует. Преждевременное обводнение скважин (не связанное с полной выработкой пласта) уменьшает конечную нефте - и газоотдачу, приводит к большим затратам на добычу попутной воды и подготовку нефти и газа.

Большое разнообразие и сложность путей обводнения нефтяных и газовых скважин обуславливает трудность решения проблемы, которая ещё больше усугубляется отсутствием надежных методов определения путей поступления воды в скважину. В условиях сложного геологического строения залежей и пластов наблюдается все многообразие форм поступления воды, основными из которых являются:

1) обводнение скважин за счет подтягивания подошвенной воды (образование конуса обводнения);

2) обводнение скважин за счет опережающего продвижения воды по наиболее проницаемым пропласткам одного пласта (образование языков обводнения);

3) обводнение скважин за счет первичного обводнения высокопродуктивных пластов при объединении двух и более продуктивных пластов в один объект разработки;

4) обводнение скважин по некачественному цементному кольцу. При этом скважины обводняются как водами эксплуатационного пласта, так и водами выше- и нижележащих водоносных горизонтов.

В последние годы в нефте - и газодобывающей промышленности изысканию методов ограничения водопритоков к забоям скважин уделяется все больше внимания. Методы ограничения притока вод в скважины в зависимости от характера влияния закачиваемой водоизолирующей массы на проницаемость нефте- и газонасыщенной части пласта, вскрытого перфорацией, делятся на селективные и неселективные.

Селективные методы изоляции (СМИ) – это такие методы, когда используют материалы, которые закачивают во всю перфорационную часть пласта. При этом образующийся осадок, гель или отверждающее вещество увеличивают фильтрационное сопротивление только в водонасыщенной части пласта, а закупорки нефтяной или газовой части пласта не происходит. При СМИ нет необходимости производить повторную перфорацию. Классификация СМИ по функциональному назначению, химической природе и принципу образования закупоривающего материала приведена на рис. 13.1.

С учетом механизма образования водоизолирующих масс можно выделить пять селективных методов (на примере ограничения притока вод в нефтяные добывающие скважины):

1. Методы селективной изоляции, основанные на образовании водоизолирующей массы, растворимой в нефти и нерастворимой в водной среде. Рекомендуется использовать такие материалы, как нафталин, парафин, растворенные в анилине, креозоле, ацетоне, спирте или другие пересыщенные растворы твердых углеводородов в растворителях. Применяются вязкие нефти, эмульсии и другие нефтепродукты, нерастворимые соли и латексы типа СКД-1.

2. Методы селективной изоляции, основанные на образовании закачиваемыми в пласт реагентами осадков в водонасыщенных зонах. Предлагается закачивать неорганические соединения типа FeSO₄, M₂Sio₃ (M – одновалентный щелочной металл), которые, реагируя между собой в водной среде, образуют гидрат закиси железа и силикагель. Более прочную массу образуют кремнеорганические олигомеры, оказывающие продолжительный эффект воздействия.

Рис. 13.1 - Классификация селективных методов изоляции обводнившихся пластов по физико-химическим свойствам водоизолирующего материала

3. Методы, основанные на взаимодействии реагентов с солями пластовых вод. На осаждении и структурировании ионами поливалентных металлов Ca⁺², Mg⁺², Fe⁺² и других основаны методы ограничения движения воды в пласте с применением таких высокомолекулярных соединений, как производные целлюлозы и акриловых кислот. В контакте с приведенными катионами высаживается из раствора ряд сополимеров полиакриловой и метакриловой кислот с высокой степенью гидролиза. В нефтяной среде они сохраняют свои первоначальные физические свойства, обеспечивая тем самым селективность воздействия на нефтеводонасыщенный пласт.

4. Методы, основанные на взаимодействии реагента с поверхностью породы, покрытой нефтью. К этой группе относятся способы ограничения притока воды с использованием частично гидролизованного полиакриламида (ПАА), мономеров акриламида, гипано-формальдегидной смеси (ГФС) и др. Механизм методов заключается в том, что при адсорбционном и механическом удерживании полимера в пласте величина остаточного сопротивления зависит от минерализации воды, молекулярной массы полимера, степени гидролиза и проницаемости пористой среды. Величина остаточных сопротивлений в нефтенасыщенной части пород на порядок ниже, чем в водонасыщенных, что объясняется сродством частиц полиакриламида с органическими соединениями нефти. Кроме того, в нефтенасыщенной части пласта ухудшаются условия для адсорбционного и механического удерживания частиц полимера породой вследствие присутствия на поверхности раздела углеводородной жидкости.

5. Методы, основанные на гидрофобизации поверхности пород призабойной зоны с применением ПАВ, аэрированных жидкостей, полиорганосилоксанов и других химических продуктов. Общий механизм заключается в гидрофобизации пород, приводящей к снижению фазовой проницаемости пород для воды, в образовании пузырьков газа, которые легко разрушаются в присутствии нефти.

Неселективные методы изоляции (НСМИ) – это такие методы, где используются материалы, которые независимо от насыщенности среды нефтью, водой или газом образуют экран, не разрушающийся со временем в пластовых условиях. Основное требование при НСМИ – точное выделение обрабатываемого обводненного интервала и исключение снижения проницаемости продуктивной нефтенасыщенной или газонасыщенной части пласта. Классификация НСМИ по физико-химическим свойствам водоизолирующего материала приведена на рис. 13.2.

В качестве водоизолирующих материалов используют следующие группы реагентов.

1. Водоизолирующие материалы на основе отверждающих систем в полном объеме пласта:

- цементные составы;

- смолы (фенолформальдегидные смолы типа ТСД-9 и ТС-10; жидкие формальдегидные смолы типа СФЖ-3012, ВР-1, ГТМ-3; мочевиноформальде-гидные смолы и др.);

- составы с образованием водоизолирующей массы в результате взаимодействия закачиваемых реагентов (закачка жидкого стекла с соляной кислотой и др.).

2. Водоизолирующие материалы на основе осадкообразующих систем.

3. Технические средства.

4. Технические средства с водоизолирующими материалами.

Рис. 13.2 - Классификация неселективных методов изоляции пластовых вод по физико-химическим свойствам водоизолирующего материала