Физико-химические методы воздействия на призабойную зону пласта

Проницаемость призабойной зоны пласта может снизиться вследствие проникновения в неё воды (при глушении скважины, удалении песчаных пробок и других работах). Вода может удерживаться в порах молекулярными и капиллярными силами, понижая проницаемость пласта. В призабойной зоне пласта могут образовываться эмульсии, тогда поровые каналы закупориваются парафинами, смолами и асфальтенами.

В данном случае восстановить проницаемость можно обработкой призабойной зоны пласта поверхностно-активными веществами, которые используют в виде водных растворов. При закачке в пласт, поверхностно-активные вещества адсорбируются на поверхности пор и каналов, снижают, на границе»нефть-твёрдая поверхность»,»нефть-вода», поверхностное напряжение.

Тепловые методы воздействия на пласт

ТЕРМОКИСЛОТНАЯ ОБРАБОТКА СКВАЖИНЫ

Отложившиеся в скважине и призабойной зоне пласта парафин, смолы и асфальтены препятствуют взаимодействию кислоты с породой. Для расплавления этих отложений применяют термокислотный метод. Используют вещества, которые вступая во взаимодействие с кислотой выделяли бы тепло (например, магний - Mg).

Mg + 2HCl + H2O = MgCl2 + H2 + 462,8 (кДж);

При растворении 1 (кг) магния выделяется 19 МДж теплоты, кислота при взаимодействии полностью нейтрализуется.

При термокислотной обработке соляная кислота через насосно-компрессорные трубы попадает в наконечник, спущенный в трубы на насосных штангах, реагирует с магнием и в нагретом виде через фильтр поступает на стенки скважины и призабойную зону пласта.

ПРОГРЕВ ПРИЗАБОЙНОЙ ЗОНЫ ПЛАСТА

Закачка нагретой нефти. Для эффективного прогрева призабойной зоны пласта требуется 15 – 30 (куб. м) жидкости, нагретой до 90 – 95 (град. С). Жидкость (флюид) нагретой в передвижной пароустановке закачивают в скважину и осуществля-ют промывку призабойной зоны пласта, а затем продавливают в пласт.

Прогрев паром. Один из самых эффективных способов теплового воздействия на пласт. Водяной пар под давлением 8 – 15 (МПа) закачивают в пласт, если:

- глубина залегания пласта не более 1200 (м);

- толщина пласта не менее 15 (м);

- вязкость нефти при пластовых условиях выше 0,2 (Пас);

- плотность нефти в пласте 0,9 – 0,93 (т/куб. м);

- остаточная нефтенасыщенность пласта до начала

закачки пара не менее 50 (%);

Механические методы воздействия на пласт

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ВЗРЫВНЫХ ВЕЩЕСТВ

К ним относятся:

- пулевая перфорация;

- кумулятивная перфорация;

- общее торпедирование;

• направленное торпедирование;

• направленная перфорация взрывными снарядами;

При недостаточной нефтеотдаче можно повторно произвести обычную перфорацию пулевым перфоратором. Для повышения её эффективности скважину заполняют не глинистыми растворами, а жидкостями не загрязняющими вновь созданные перфорационные отверстия.

При наличии твёрдых и плотных пород можно торпедировать продуктивный пласт взрывчатым веществом (ВВ) спускаемым в интервал залегания пласта в гильзах с электрическими взрывателями. Гильзы изготавливают из металла, асбеста или пластмассы.

В качестве ВВ наиболее часто применяют нитроглицерин, динамит, тротил и т.п.. Взрыв создает в продуктивном пласте каверны, трещины и увеличивается проницаемость пласта в зоне с большим радиусом (создание микро- и макротрещин, которые могут распространяться на десятки метров).

Направленное торпедирование осуществляется за счёт формы снаряда и вставок на пути взрывной волны. Используются торпеды:

• бокового рассеянного действия,

• бокового сосредоточенного действия

• бокового вертикального действия.

Перфораторы с разрывными снарядами создают круглые отверстия в колонне и цементном камне проникая в породу, и взрываясь образуют каверны и трещины.

Кумулятивный перфоратор состоит из устройства, в ячейках которого содержатся заряды кумулятивного действия. Каждая ячейка с противоположной стороны взрывателя оснащена выемкой соответствующего профиля (например, в форме конуса). Таким образом, газообразные продукты взрыва распространяются вдоль оси заряда в вид мощной струи, которая создаёт в колонне, цементе и породе направленные каналы.

ГИДРОПЕСКОСТРУЙНАЯ ПЕРФОРАЦИЯ

Гидропескоструйная перфорация основана на использовании гидромониторного эффекта, создаваемого струёй абразивной песчано-жидкостной смеси, вытекающей с большой скоростью из насадки. Первые работы по внедрению метода были выполнены ВНИИнефтью в 1959 году. В последующие годы гидропеско-струйная перфорация получила довольно широкое распространение как высокоэффективный способ вскрытия пластов.

Гидропескоструйная перфорация по сравнению с кумулятивной является менее производительным процессом, требующим использования специальной техники, поэтому её применяют в тех случаях, когда другие методы не дали нужного эффекта.

Кроме увеличения производительности добывающих скважин, гидропескостуйную перфорацию применяют для:

- выполнения глубоких кольцевых и вертикальных щелей, способствующих образованию трещин при гидроразрыве пласта;

- срезания обсадных, бурильных и насосно-компрессорных труб;

- разрушения металла на забое, а так же твёрдых пробок в скважине;

- расширения диаметра в необсаженой части скважины;

Струя, направленная перпендикулярно к стенке обсадной колонны, вытекает из насадки специального устройства - гидропескоструйного перфоратора.

ВИБРАЦИОННОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ НА ПЛАСТ

Создание в призабойной зоне скважины вибрационных волн при помощи специального вибратора, повышающего проницаемость призабойной зоны пласта. Этот метод разработанный в МИНХ и ГП (в настоящее время РГУНГ им. И.М. Губкина) используют в добывающих скважинах и в нагнетательных скважинах.

Для создания резких колебаний расхода жидкости (вибро-ударных волн) применяют гидравлические вибраторы золотникового типа - ГВЗ. В корпусе ГВЗ жёстко на резьбе закреплён ствол, имеющий щелевые отверстия по образующей цилиндра. На стволе на подшипнике качения свободно вращается цилиндрический золотник, так же имеющий щелевые отверстия выполненные под углом к образующей.

При прокачке золотник вращается и периодически то открывает, то закрывает проход потоку жидкости в результате создаются небольшие гидравлические удары, число которых может быть доведено до 30 000 в минуту. В качестве рабочей жидкости применяют нефть, раствор соляной кислоты, керосин или их смеси.

За длительный период разработки нефтяных месторождений в Нефтеюганском районе Тюменской области произошло значительное ухудшение структуры запасов. По состоянию на начало 1996 года 54 % остаточных запасов нефти содержится в низкопродуктивных пластах с проницаемостью менее 15 мД. Степень выработки их не превышает 5 %. Эти трудноизвлекаемые запасы требуют применения эффективных технологий разработки. Таковым в первую очередь является гидравлический разрыв пласта, поскольку традиционные методы интенсификации нефтеотдачи пластов недостаточно эффективны.

Технология гидроразрыва пласта является методом интенсификации текущей нефтедобычи для низкопроницаемых залежей и повышения в конечном итоге коэффициента нефте-отдачи по месторождению. Проведение гидроразрыва в отдельной скважине ведёт к увеличению её добывающих возможностей значи-тельно выше естественной, обеспечивая дополнительную добычу нефти.

Контрольные вопросы:

1.Какие существуют методы воздействия на призабойную скважину?

2.В следствии чего может снизиться проницаемоть призабойной зоны?

3. Что понимается под тепловым методом?

Литература

1. Гиматудинов Ш. К. и др. Физика нефтяного и газового пласта. – М.: Недра,1982. – 312с.

2.Оркин Г. К., Кучинский П. К. Физика нефтяного пласта. – М.: Гостоптехиздат, 1955. – 299с.

3.Амикс Дж. и др. Физика нефтяного пласта. – М.: Гостоптехиздат, 1962. – 572с.

4.Ермилов О. М., Ремизов В. В., Ширковский Л. И., Чугунов Л. С. Физика пласта, добыча и подземное хранение газа. – М.: Наука, 1996. - 541с.

5.Варфоломеев Д. Ф., Хамаев В. Х. Химия нефти и газа. – Уфа, 1977. – 61с.

Лекция 30

Тема: Способы эксплуатации нефтегазовых скважин.

План: 1. Физические основы и принципы расчета технологичес ких процессов при кислотной обработке, гидравлическом разрыве пласта, тепловом и комбинированном воздействий на пласт. применяемые при этом технические средства.

1. Физические основы и принципы расчета технологичес ких процессов при кислотной обработке, гидравлическом разрыве пласта, тепловом и комбинированном воздействий на пласт. применяемые при этом технические средства.

Известно, что продуктивность скважин во многом зависит от естественной проницаемости продуктивного пласта в целом и призабойной зоны - в частности. Кроме того, большое влияние на последующую производительность объекта оказывают характер и зона изменения проницаемости в процессе закачивания и эксплуатации скважины. Ухудшение коллекторских свойств продуктивного пласта может наступить вследствие набухания глин, выпадения различных солей из пластовых вод, образования стойких эмульсий, отложения смол парафинов и продуктов коррозии в фильтровой части ствола скважины, а также из-за гидратации пород. В этой связи весьма важное значение приобретают методы интенсификации добычи нефти, которые позволяют восстановить, а зачастую и улучшить фильтрационные характеристики коллектора в призабойной зоне скважин. Одним из наиболее распространенных видов воздействия на призабойную зону являются кислотные обработки скважин. В настоящем регламенте будут рассмотрены наиболее распространенные виды обработок: соляно-кислотные обработки (глинокислотные обработки, солянокислотные и глинокислотные ванны).

Физико-химические свойства применяемых реагентов.

Соляная кислота - бесцветный водный раствор хлористого 1 рода с резким запахом, в присутствии железа или хлора слабо окрашена в желтовато-зеленый цвет. Соляная кислота активна и растворяет с выделением водорода все металлы, расположенные в ряду активности до водорода. Для нужд нефтяной промышленности заводы изготовители поставляют синтетическую соляную кислоту техническую (ГОСТ 857-78). Массовая доля хлористого водорода в соляной кислоте должна составлять (не менее) 35 % (марка А) и 31,5 % (марка Б). Плотность ингибированной соляной кислоты с содержанием НСl 22 % (ТУ6-01-714--77) 1154-1188 кг/мЗ, температура замерзания минус 58 град. С. Плавиковая кислота (НF) - водный раствор фтористого водорода (при температуре 19° С - бесцветный газ с резким запахом, ниже 19°С - легкоподвижная жидкость). Заводы - изготовители поставляют техническую плавиковую кислоту по ТУ608-236-77 с содержанием НF не менее 30 % , кремнефтористо-водородной кислоты Н2SiF6 не более 8 % и H2SO 4 не более 2,5 % . Температура замерзания плавиковой кислоты с концентрацией НF минус 35 град.С. Плавиковая кислота поставляется в эбонитовых сосудах вместимостью 20 литров или в полиэтиленовых бутылях. Стекло и керамика разлагаются плавиковой кислотой. Поэтому сосуды из этих материалов нельзя использовать даже для кратковременного хранения плавиковой кислоты. Продукт пожаро- и взрывоопасен, токсичен. При попадании на кожу вызывает сильные ожоги, пары обладают раздражающе действием. Для удобства транспортирования и хранения, и безопасности работы на базах цехов химизации плавиковую кислоту можно получить из БФФА (NH4F*HF+NH4F) непосредственно в процессе приготовления рабочего раствора глинокислоты по следующей химической реакции:

NH4F*HF + НСl = 2HF + NH4Сl

NH4F + НСl = NH4Сl + HF

Бифторид-фторид аммония (БФФА) - твердое кристаллическое бесцветное вещество плотностью 1010 кг/мЗ при 25°С. Растворимость БФФА в воде с ростом температуры возрастает. Гидрофобизатор ИВВ-1 (ТУ 2482-013-13164401-94 ) - катионный ПАВ, четвертичное аммониевое соединение, получаемое конденсацией третичного аминов и бензилхлорида. Эмпирическая формула - R(CH3) 2*C6H5Cl , где R(смесь алкильных остатков C10-C18) - представляет собой прозрачную жидкость от бесцветного до желтого цвета. Представляет собой прозрачную жидкость от бесцветного до желтого цвета. Хорошо растворим в воде, спиртах и ацетоне. Не растворим в нефти. Борная кислота по ГОСТ 18704-78. Кристаллическое вещество белого цвета. Растворима в воде, водных растворах кислот. Используется в качестве компонента глинокислотных композиций для предотвращения выпадения вторичных осадков в процессе обработки ПЗП.

Виды и технологии проведения кислотных обработок.

Кислотные ванны Наиболее простые кислотные обработки, предназначенные для очистки стенок и забоя скважины от остатков цементной и глинистой корок, продуктов коррозии, смолистых веществ, парафина и т.д. (1). Необходимое условие установления кислотной ванны - присутствие раствора кислоты в интервале, для чего разработаны определенные технологические приемы закачивания и продавливания раствора кислоты в скважину. Исходя из опыта работы, нами рекомендованы к применению кислотные обработки на основе как соляной, так и грязевой кислот различных ПАВ, выступающих как ингибиторы коррозии. Функции ПАВ при СКО не ограничиваются только защитой металла от коррозии. Добавление ПАВ к рабочему раствору кислоты обеспечивает также более полное удаление из пласта отработанной кислоты и продуктов реакции за счет снижения поверхностного натяжения на границе "нефть - отработанный раствор соляной кислоты", а также за счет гидрофобизации (гидрофобность - свойство поверхности тела не смачиваться водой) поверхности породы пласта. Наиболее эффективным гидрофобизирующим реагентом является гидрофобизатор ИВВ-1, концентрация которого в растворе кислот и продавочных жидкостей составляет 1.5 % .

Технология проведения кислотных ванн. Необходимое условие установления кислотной ванны - присутствие раствора кислоты в интервале обработки для чего разработаны определенные технологические приемы закачки и продавки раствора кислоты в скважину. Технологический процесс осуществляется следующим образом. Колонну НКТ спускают до забоя и поддерживают циркуляцию воды до устойчивого перелива ее из затрубного пространства. При открытом затрубном пространстве в НКТ закачивают расчетное количество раствора соляной или грязевой кислоты с добавками гидрофобизатора или других ПАВ, а затем без остановки продавочную жидкость. После закачивания продавочной жидкости в объеме, равном объему НКТ, закрывают задвижки в НКТ и выкиде затрубного пространства, и скважина оставляется на реагирование на 0,5 - 6 часов. По истечении времени реагирования производят промывку скважины через затрубное пространство (обратная промывка) водой или через НКТ (прямая промывка) нефтью с целью удаления с забоя продуктов реакции. Схема обвязки наземного оборудования представлена на рис. 1. В нефтяных добывающих скважинах, находящихся в эксплуатации, при обратной промывке в затрубное пространство закачивают нефть. Динамические солянокислотные обработки и динамические грязекислотные обработки проводятся аналогичным образом, но без выдержки кислоты на реакцию. Расчетное количество соляной или грязевой кислоты с добавками гидрофобизатора ИВВ-1 закачивается в НКТ, доводится до зоны перфорации расчетным количеством промывочной жидкости (нефть, вода), а затем производится промывка скважины, обратная, или прямая.

Рисунок 1. Схема обвязки скважины и расположения операторов при простых кислотных обработках.

1 - устье скважины; 2 - УНЦ1-160; 3 - агрегат ЦА-320; 4 - тройник; 5 - 1-й оператор (следит за давлением по манометру на ЦА-320); 6 - 2-й оператор (следит за нагнетательной линией, находится на безопасном расстоянии); 7 - АЦ-11 с продавочной жидкостью; 8 - запорная задвижка. " Расход гидрофобизатора ИВВ-1 на 3м 3 стандартной кислотной ванны составляет 45 литров. * В продавочный раствор добавляют на 10 м3 воды 150 литров ИВВ-1.

Простые кислотные обработки Применяются наиболее часто в практике для интенсификации притока нефти (2). Технологически он осуществляется так же, как и кислотная ванна, с той лишь разницей, что кислота закачивается в пласт под давлением. Основная цель такой обработки - повышение проницаемости призабойной зоны за счет растворения привнесенных в пласт взвесей и увеличение проходного сечения поровых каналов при частичном растворении карбонатных пород. Наибольшая эффективность достигается при проведении простых кислотных обработок после проведения кислотных ванн. Как уже говорилось, в настоящее время соляно-кислотные и грязекислотные обработки проводятся с применением, в качестве добавок, гидрофобизатора ИВВ-1. Продавка и промывка проводятся 1,5 % растворами гидрофобизатора ИВВ-1. Концентрация соляной и грязевой кислот 6-12 % по соляной кислоте, что достигается разбавлением товарных форм кислот водой. Технология простой кислотной обработки заключается в следующем. При открытом затрубном пространстве в НКТ закачивают раствор кислоты в объеме НКТ и затрубного пространства от нижнего конца НКТ до верхней границы обрабатываемого пласта или интервал перфорации. Закрывают затрубное пространство, продолжают закачивать оставшуюся часть раствора кислоты, а затем продавочную жидкость. После продавливания всего раствора в пласт закрывают устье и скважину оставляют на реагирование. (1). При первичных обработках для более полного охвата всей толщины пласта, рекомендуемое давление продавливания раствора кислоты составляет 8-12 МПа. При последующих обработках стремятся к максимально возможному увеличению скорости продвижения раствора кислоты по пласту для достижения наиболее глубокого проникновения его пласт. При обработке малопроницаемых пород рекомендуют несколько ограничить скорость продавливания раствора кислоты для более полного охвата толщины обрабатываемого пласта и исключения его разрыва. Ориентировочные сроки выдерживания растворов кислот на забое скважины 0,5 - 4 часа.

Контрольные вопросы:

1. Что представляют собой кислотные ванны?

2. Какое применяется оборудование при гидравлическом разрыве пласта?

3. В каких годах возникла идея создания гидравлической трещины в продуктивном пласте?

Литература

1. Гиматудинов Ш. К. и др. Физика нефтяного и газового пласта. – М.: Недра,1982. – 312с.

2.Оркин Г. К., Кучинский П. К. Физика нефтяного пласта. – М.: Гостоптехиздат, 1955. – 299с.

3.Амикс Дж. и др. Физика нефтяного пласта. – М.: Гостоптехиздат, 1962. – 572с.

4.Ермилов О. М., Ремизов В. В., Ширковский Л. И., Чугунов Л. С. Физика пласта, добыча и подземное хранение газа. – М.: Наука, 1996. - 541с.

5.Варфоломеев Д. Ф., Хамаев В. Х. Химия нефти и газа. – Уфа, 1977. – 61с.