Исследование и применение силикатных микрогелевых систем для увеличения нефтеизвлечения

Ганеева, Зильфира Мунаваровна

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Исследование и применение силикатных микрогелевых систем для увеличения нефтеизвлечения
ВАК РФ 25.00.17, Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений

Автореферат диссертации по теме "Исследование и применение силикатных микрогелевых систем для увеличения нефтеизвлечения"

На правах рукописи

ТАНЕЕВА ЗИЛЬФИРА МУНАВАРОВНА

ИССЛЕДОВАНИЕ И ПРИМЕНЕНИЕ СИЛИКАТНЫХ МИКРОГЕЛЕВЫХ СИСТЕМ ДЛЯ УВЕЛИЧЕНИЯ НЕФТЕИЗВЛЕЧЕНИЯ

Специальность 25.00.17 - Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

2 4 ОКТ 2013

005535674

Бугульма-2013

005535674

Работа выполнена в Татарском научно-исследовательском и проектном институте нефти (ТатНИПИнефть) ОАО «Татнефть» имени В.Д. Шашина

доктор технических наук Мусабиров Мунавир Хадеевич

Крупин Станислав Васильевич

доктор технических наук, профессор. Казанский национальный исследовательский технологический университет, профессор кафедры физической и коллоидной химии

Чепик Сергей Константинович

кандидат технических наук, ООО «ИНТЕРЮНИС», начальник направления стимуляции эксплуатационных объектов

Открытое акционерное общество «Научно-исследовательский институт нефтепромысловой химии» (г. Казань)

Защита диссертации состоится 28.11.2013 г. в 15 час. 30 мин. на заседании диссертационного совета Д 222.018.01 в Татарском научно-исследовательском и проектном институте нефти по адресу: 423236, Республика Татарстан, г.Бугульма, ул. М. Джалиля, 32.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института «ТатНИПИнефть» ОАО «Татнефть» им. В.Д. Шашина.

Автореферат разослан: 10 октября 2013 г.

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

Ведущая организация:

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы

Потокоотклоняющие технологии наряду с гидродинамическими методами повышения эффективности нефтеизвлечения при разработке неоднородных по проницаемости продуктивных пластов вносят существенный вклад в решение задач по стабилизации и увеличению добычи нефти. Выравнивание фронта вытеснения нефти закачиваемой водой путем блокирования химическими реагентами или продуктами их реакции высокопроницаемых прослоев продуктивного пласта является одним из основных факторов, способствующих равномерной выработке запасов нефти.

Технологии увеличения нефтеизвлечения, основанные на использовании силикатных гелей, нашли широкое промышленное применение в нефтяной практике благодаря совокупности несомненных достоинств, таких как доступность на рынке химических реагентов исходных компонентов, их цена и экологическая чистота, а также стабильность силикатного геля в широких термобарических условиях.

Существенным недостатком этих технологий является отсутствие возможности контроля и регулирования процесса образования в пластовых условиях или на забое скважины силикатного геля при смешении водных растворов силиката натрия и соляной кислоты. Во-первых, это приводит к ухудшению блокирующих свойств оторочки силикатного геля и, во-вторых, радиальная зона блокирования может быть недостаточной для перераспределения фильтрационных потоков в продуктивном пласте.

В связи с вышеизложенным актуальным направлением для повышения эффективности разработки нефтяных месторождений является создание и применение технологий с использованием силикатного геля, регулируемые процессы получения и диспергирования которого, а также последующее смешение частиц силикатного геля с водой осуществляются в наземных условиях. Изменение содержания частиц силикатного геля и варьирование их размеров в закачиваемой дисперсной системе позволяет расширить область применения мето-

дов увеличения иефтеизвлечения, основанных на закачке силикатных гелей за счет более эффективного перераспределения фильтрационных потоков как по толщине, так и по простиранию продуктивного пласта.

Цель работы

Повышение иефтеизвлечения из неоднородных по проницаемости заводненных продуктивных пластов с применением силикатных микрогелевых систем и композиций на их основе.

Основные задачи исследований

1. Анализ существующих потокоотклоняющих технологий и обобщение результатов их применения.

2. Исследование физико-химических, реологических и фильтрационных свойств силикатных микрогелевых систем.

3. Обоснование применимости силикатных микрогелевых систем для увеличения нефтеизвлечения из заводненных продуктивных пластов.

4. Определение области эффективного применения силикатных микрогелевых систем.

5. Разработка технологий на основе силикатных микрогелевых систем для повышения нефтеизвлечения.

Методы решения поставленных задач

Решение поставленных задач основано на анализе материалов разработки и обобщении результатов промыслового применения технологий увеличения нефтеизвлечения, на статистической обработке экспериментальных данных и их анализе, а также на проведении промысловых испытаний технологических процессов с целью отработки оптимальных параметров их реализации.

Научная новизна

1. Установлены закономерности изменения вязкости силикатной микро-гелевой системы в зависимости от содержания частиц силикатного геля и скорости сдвига:

- выявлено, что коэффициент динамической вязкости силикатной микро-гелевой системы экспоненциально зависит от массовой концентрации частиц

силикатного геля - в диапазоне массовой концентрации от 5 до 25 % коэффициент динамической вязкости увеличивается от 2 до 10,2 мПа с;

- выявлено, что эффективная вязкость силикатной микрогелевой системы зависит от скорости сдвига по убывающей степенной функции - с увеличением скорости сдвига от 16,6 до 129 с'1 эффективная вязкость силикатных микроге-левых систем снижается не менее чем в шесть раз.

2. Установлено, что силикатная микрогелевая система с частицами силикатного геля размером от 2 до 27 мкм кратно снижает коэффициент проницаемости насыпных моделей пласта по воде.

3. Показано, что увеличение объёма закачки силикатной микрогелевой системы от 10 до 30 % от объема пор насыпных моделей пласта приводит к линейной зависимости роста остаточного фактора сопротивлений, при этом темп прироста величины остаточного фактора сопротивлений в среднем в 1,4 раза меньше темпа увеличения объёма закачки силикатной микрогелевой системы.

Основные защищаемые положения

1. Использование силикатных микрогелевых систем для увеличения нефтеизвлечения путём повышения охвата пласта вытеснением.

2. Результаты экспериментальных исследований по получению силикатных микрогелевых систем со свойствами, оптимальными как при закачке их в скважину, так и для перераспределения фильтрационных потоков в продуктивном пласте.

3. Технологические процессы увеличения нефтеизвлечения на основе силикатных микрогелевых систем и результаты их внедрения на нефтяных месторождениях ОАО «Татнефть» им. В.Д. Шашина.

Практическая значимость работы

1. Выявлены диапазоны оптимальных массовых концентраций силиката натрия и соляной кислоты в водных растворах, равные, соответственно, 17,8 -35,4 % и 1,8-4,5 %, при смешении которых в объёмном соотношении 1:1 в течение двух минут образуется силикатный гель с максимальной сдвиговой прочностью, составляющей 780-790 Па.

2. Определены минимальная массовая концентрация силиката натрия в водном растворе, равная 6,1 %, и коэффициент пропорциональности, равный 6,5, связывающие линейной зависимостью массовые концентрации соляной кислоты и силиката натрия в водных растворах, для быстрого образования силикатного геля со свойствами, обеспечивающими получение частиц силикатного геля оптимальных размеров.

3. Разработаны технические решения по приготовлению и закачке в пласт силикатных микрогелевых систем.

4. Разработаны и внедрены в практику разработки нефтяных месторождений ОАО «Татнефть» им. В.Д. Шашина две технологии увеличения нефтеиз-влечения с использованием силикатных микрогелевых систем.

Внедрение технологий регламентируется РД 153-39.0-503-07 «Инструкция по технологии повышения выработки продуктивных пластов на поздней стадии разработки нефтяных месторождений с применением вязко-упругой коллоидной суспензии на основе жидкого стекла (технология ВУКСЖС)» и РД 153-39.0-738-11 «Инструкция по технологии повышения выработки нефтяных пластов с применением композиций на основе силикатного геля (технология ССГ)».

5. Технологии и технические средства для их промысловой реализации защищены патентами Российской Федерации на изобретение № 2321733 «Способ регулирования профиля приемистости нагнетательных скважин» и № 2483202 «Способ разработки нефтяного пласта», патентами Российской Федерации на полезные модели № 48202 «Установка для приготовления, дозирования и закачивания технологических растворов в скважину» и № 55027 «Струйный аппарат».

Апробация работы

Основные положения диссертационной работы докладывались на:

- Международной научно-практической конференции «Инновационные технологии в геологии и разработке углеводородов» (г. Казань, 2009);

- Международной научно-практической конференции, посвященной 60-летию ОАО «Татнефть» им. В.Д. Шашина, «Инновации и технологии в разведке, добыче и переработке нефти и газа» (г. Казань, 2010);

- совещании специалистов ОАО «Татнефть» им. В.Д. Шашина по вопросу «Проблемы и перспективы развития системы заводнения» (г. Альметьевск, 2010);

- VI Всероссийской научно-практической конференции, посвященной 20-летию ЗАО «Химеко-ГАНГ» (г. Москва, 2011);

- Международной практической конференции, посвященной 75-летию с начала целенаправленных работ на нефть и газ в Республике Татарстан и 70-летию с начала промышленной разработки нефтяных месторождений Республики Татарстан, «Проблемы повышения эффективности разработки нефтяных месторождений на поздней стадии» (г. Казань, 2013).

Публикации

По теме диссертации опубликовано 14 работ, в том числе два патента РФ на изобретения и два патента РФ на полезные модели, 10 статей, две из которых опубликованы в изданиях, рекомендуемых ВАК РФ.

Структура и объем работы

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, содержащего основные результаты и выводы, и приложения. Работа изложена на 132 страницах машинописного текста, содержит 20 таблиц, 39 рисунков, список использованной литературы из 148 наименований, три приложения.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснованы актуальность проблемы, цель работы, определены основные задачи исследований, научная новизна, основные положения, выносимые на защиту, и практическая значимость работы.

В первой главе рассмотрены наиболее распространенные способы решения задачи регулирования внутрипластовых фильтрационных потоков и увеличения охвата пласта вытеснением.

Значительный вклад в развитие данного направления внесли: JI.K. Алту-нина, А.Ш. Газизов, И.Ф. Глумов., А.Т. Горбунов, P.P. Ибатуллин, В.Я. Кабо, P.P. Кадыров, C.B. Крупин, H.H. Кубарева, Л.Е. Ленченкова, Е.В. Лозин, Р.Х. Муслимов, Ю.А. Поддубный, Г.Н. Позднышев, И.А. Сидоров, О.Б. Соба-нова, A.B. Старковский, М.Л. Сургучев, А.Г. Телин, В.Н. Хлебников, P.C. Хи-самов, Н.И. Хисамутдинов, И.А. Швецов, F. Edvard, T. Dralen, В. Burton, W. Leroy и многие другие.

Показано, что наиболее распространенными методами, обеспечивающими перераспределение фильтрационных потоков в продуктивном пласте, остаются технологии с использованием сшитых полимерных систем, способных образовывать в порах гель, а также полимердисперсных и осадкообразующих составов.

Однако все эти композиции содержат дорогостоящие составляющие, такие как полимерные или сшивающие агенты. Кроме того, некоторые реагенты имеют ограниченную область использования, а также вследствие токсичности могут ухудшить экологическую обстановку в районе применения.

В этих условиях методы увеличения нефтеизвлечения должны развиваться в направлении применения малозатратных и экологически чистых технологий, одними из которых являются технологии на основе силикатных гелей.

Среди них наиболее известны технологии, основанные на получении геля кремниевой кислоты при закачке растворов силиката натрия и реагента с низким значением водородного показателя (pH). Отличительным преимуществом таких технологий является использование недорогих и доступных реагентов, однако их существенным недостатком является невозможность управления процессом гелеобразования в пластовых условиях. Ввиду того, что в пористой среде сильно затруднено перемешивание растворов и невозможно обеспечить диапазон pH, оптимальный для получения силикатного геля, закачиваемые растворы силиката натрия и соляной кислоты не могут взаимодействовать полностью. В этом случае гелеобразование происходит в узком промежутке контакт-

ных зон реагирующих оторочек, а непрореагировавшие растворы могут представлять коррозионную опасность.

Преимущества применения силикатных гелей привели к необходимости совершенствования существующих технологий путем устранения указанных недостатков, что послужило основанием для постановки задач данной работы.

Во второй главе представлены результаты экспериментальных исследований физико-химических и реологических свойств силикатного геля и силикатных микрогелевых систем (далее по тексту - СМГС), совокупность которых легла в основу обоснования и разработки технологий, направленных на перераспределение фильтрационных потоков в неоднородных продуктивных пластах.

Силикатный гель представляет собой структурированную конденсационную систему, образующуюся в результате смешения водных растворов силиката натрия и соляной кислоты. Свойства силикатного геля определяются концентрациями и соотношениями основных компонентов и, как следствие, рН смеси, при этом скорость гелеобразования зависит от температуры окружающей среды.

Исследования условий получения и свойств силикатного геля проводились с целью определения минимального периода времени образования силикатного геля (далее по тексту - быстрое гелеобразование), оптимального для получения и закачки СМГС в скважину.

Под быстрым гелеобразованием силикатного геля подразумевается период времени в пределах двух минут, в течение которых за счет применения современных технических средств обеспечивается образование массы силикатного геля из водных растворов силиката натрия и соляной кислоты на устье скважины. Последующее диспергирование образовавшегося силикатного геля и смешение частиц силикатного геля с водой приводит к получению СМГС в едином непрерывном технологическом процессе в промысловых условиях.

По результатам лабораторных исследований установлено, что рН смеси водных растворов силиката натрия и соляной кислоты для быстрого гелеобра-зования находится в диапазоне от 6,5 до 9,0 ед. (рис. 1).

140

110 1. 160

И.

i -

r-UM0.Ue»*IIJ,71í$i»

tt-o.w:

г-

t-a,<xa»«>m

4 « t

Воаорсятптжяигеи» <гд

• о«гт —Сштп1 — Стегмомлг

Рисунок I - Зависимость времени образования силикатного геля от рН среды

Изучено влияние плотности водного раствора силиката натрия и объёмного соотношения водных растворов силиката натрия и соляной кислоты на прочностные свойства силикатных гелей (рис. 2).

900

МО

700

«00

« хю

S 400

>00

»0

100

1Л0

1.09 1.10 1,1» 1Д0 1J3 1.» ПЯОПЮСТЬ ВСДООГОр.КТ»0)>,1 апкат» н.иуш г сы'

I 1

Рисунок 2 - Зависимость сдвиговой прочности силикатного геля от плотности водного раствора силиката натрия (скорость сдвига 0,167 с"')

Определено, что диапазон плотности растворов силиката натрия, обеспечивающий получение геля с оптимальными прочностными свойствами, находится в пределах от 1100 до 1130 кг/м\ и объёмное соотношение водных рас-

творов силиката натрия и соляной кислоты составляет 1:1. Установлено, что при плотности водного раствора силиката натрия, превышающей 1130 кг/м\ прочность геля стабилизируется. Объёмное соотношение водных растворов силиката натрия и соляной кислоты в указанном диапазоне существенно не влияет на увеличение прочности силикатного геля, сдвиговая прочность силикатных гелей составляет 780-790 Па.

Значительное влияние на время быстрого образования силикатного геля оказывает температура окружающей среды - с ее понижением значительно увеличивается период времени преобразования. Определено, что приготовление силикатного геля необходимо проводить при температуре окружающей среды не ниже плюс 8 °С, при этом период времени гелеобразования составляет

до 30 сек (рис. 3).

г *

! »

? =

I 3

5 в

а м » м « я «»

Т«я»р1!>Т», ;С

Рисунок 3 - Зависимость времени образования силикатного геля от температуры окружающей среды

На основе статистической обработки экспериментальных данных получено уравнение регрессии линейного вида, статистически значимо связывающее концентрации соляной кислоты и силиката натрия в водных растворах для быстрого образования геля:

См.,«о, ' 6.1048 + 6.5031X С«,,

рДе и сиа - соответственно концентрации силиката натрия и соляной

кислоты в водных растворах.

у-4Т

кк*09>"ТЗ

Г«.МКХ>«0.М

—■

СМГС должны обладать хорошей проникающей способностью в пористую среду, высокой устойчивостью в воде различной минерализации, причем для максимального глубокого проникновения в продуктивный пласт должны иметь минимальные размеры частиц силикатного геля.

Исследованиями на приборе «Multisizcr MS» установлены размеры частиц силикатного геля, устойчиво находящихся во взвешенном состоянии в воде различной минерализации (рис. 4). В воде плотностью от 1 ООО до 1180 кг/м5 стабильную систему формируют частицы силикатного геля размером от 2 до 27 мкм.

Рисунок 4 - Распределение размеров частиц силикатного гсл* в системе (дисперсионная среда - вола плотностью 1000 кг/м3. 1090 кг/м* и 1180 кг/м')

Изучены реологические свойства СМГС и получена зависимость коэффициента динамической вязкости СМГС от концентрации частиц силикатного геля (рис. 5).

Определены массовые концентрации частиц силикатного геля в системе, лежащие в пределах от 5 до 25 %, оптимально соответствующие всем требованиям промысловой реализации закачки СМГС в скважину.

Установлено, что СМГС обладают псевдопластичным характером течения, т.е. с увеличением скорости сдвига происходит резкое снижение эффективной вязкости систем (рис. 6).

» « mororui мае '»

Рисунок 5 - Зависимость коэффициента динамической вязкости силикатной микрогслсвой системы от концентрации частиц силикатного геля

1000

1200

1400

llDOtfa* ••

Cropom сдам-», с"1 mi »

9 1,18 Г^СЖ*

Рисунок 6 - Зависимость эффективной вязкости силикатной микрогслсвой системы от скорости сдвига (массовая концентрация частиц силикатного геля -10%)

В результате проведенных лабораторных исследований сформулированы требования к процессу получения силикатного геля и СМГС с оптимальными физико-химическими и реологическими характеристиками, обеспечивающими высокую эффективность технологий на их основе (табл. 1).

Для расширения областей применения СМГС проведены лабораторные исследования по определению влияния поверхностно-активных веществ (ПАВ) и полимеров на эффективность их совместного использования с СМГС в двух технологических направлениях: для приготовления СМГС и путём использования в виде последовательных оторочек. При исследованиях использовались

«Неонол» АФ9-12, «Айеп Б А» и «Биксол», а также полимер - ПАА марки «БР 9-8177».

Таблица 1 - Требования к процессу получения силикатного геля и силикатных микрогелевых систем

Наименование показателя Значение

Силикатный гель

Плотность воды, кг/м3 1000

Массовая концентрация силиката натрия в водном растворе, % 17,8-35,4

Массовая концентрация соляной кислоты в водном растворе, % 1,8—4,5

Объёмное соотношение водных растворов силиката натрия и соляной кис-

лоты 1:1

Водородный показатель смеси (рН), ед. 6,5-9,0

Сдвиговая прочность, Па, при скорости сдвига 0,167 с"1 780-790

Время гелеобразования, сек 30

Силикатная микрогелевая система

Плотность воды, кг/м3 1000-1180

Размер частиц силикатного геля, мкм 2,0-27,0

Массовая концентрация частиц силикатного геля, % 5,0-25,0

Эффективная вязкость, мПасек, при скорости сдвига 129 с"1 2,0-10,2

В третьей главе представлены результаты физического моделирования влияния размещенной в пористой среде СМГС на изменение фильтрационных характеристик насыпных моделей пласта.

В ходе экспериментов использовались как однослойные, так и двухслойные насыпные модели пласта различной проницаемости, а СМГС готовились только из силикатного геля, полученного в результате смешения в объёмном соотношении 1:1 водных растворов силиката натрия и соляной кислоты с массовыми концентрациями 25 и 2,9 % соответственно.

Показано, что при сопоставимых по проницаемости условиях увеличение объёма закачки СМГС не приводит к пропорциональному росту остаточного фактора сопротивлений (ОФС) насыпных моделей: темп прироста величины ОФС в среднем в 1,4 раза меньше темпа увеличения объёма закачки СМГС (рис. 7).

1« 90 >»

Обмм кички си.*иашой мнкрогслсаой системы, »% ООрового объема мелели

Рисунок 7 - Динамика изменения величины остаточного фактом сопротивлений в зависимости от объема силикатной микрогелевой системы

Установлено, что при одном и том же объеме закачки СМГС рост величины ОФС практически прямо пропорционален увеличению массовой концентрации частиц силикатного геля в системе: при увеличении массовой концентрации частиц силикатного геля в системе от 5 до 25 % ОФС увеличиваете» в 4,3 раза (рис. 8).

Рисунок 8 - Динамика изменения ве тчины остаточного фактора сопротивлений в зависимости от концентрации частиц силикатного геля (объем СМГС - 30 % порового объема)

Получена статистически значимая экспоненциальная зависимость коэффициента проницаемости по воде после закачки СМГС от коэффициента про-

ницасмостн по воде до закачки СМГС (рис. 9), которая свидетельствует о том, что с увеличением проницаемости моделей пласта эффект от закачки СМГС существенно снижается.

1Л

I—

е- Ее* £ "

I ал

Я о.«

ад ад

у-адзз.М0* У

1.......... р-адаи«о,м

ад ио за э л 4Л ад

Кгоффпдккт проющемнгш до зшчи системы. им-'

ад

Рисунок 9 - Изменение проницаемости модели по воде после икачки силикатной мнкрогелевой системы (объем СМГС - 30 % порового объема)

Результаты экспериментов по фильтрации воды в двухслойных моделях пласта до и после закачки СМГС представлены в табл. 2. В качестве дисперсионной срсды для приготовления СМГС использовались преенгя и минерализованные воды плотностью 1090 и 1180 кг/м5. Массовая концентрация частиц силикатного геля в СМГС составляла 5 и 10 %.

Таблица 2 - Основные результаты экспериментов по фильтрации воды на двухслойных моделях пласта до и после закачки силикатных микрогелевых систем

Параметры Массовая концентрация частиц силикатного геля, %

5.0 Ю.о

Плотность воды, кг/м'

1000 1090 1180 1000 1090 1180

Распределение объема закачки воды до воздействия, %: - высокопронииаемая модель - низкопроницаемая модель 83,8 16.2 81,3 18,7 74,7 25,3 80,8 19,2 87,3 12.7 86,3 13,7

Распределение объема закачки воды после воздействия, %: - высокопроницаемая модель - низкопроницаемая модель 64,4 35,6 78,7 21.3 63,9 36,1 57.7 42.3 51.4 48,6 63.5 36.5

Данные табл. 2 свидетельствуют о том, что в условиях неоднородности пласта действие СМ ГС может привести к перераспределению фильтрационных потоков и частичному выравниванию профиля приемистости в слоисто-неоднородных пластах.

Результаты экспериментальных исследований физико-химических, реологических свойств и фильтрационных характеристик СМГС позволили обосновать возможность их применения в технологиях для увеличения нефтеизвле-чения из неоднородных пластов.

В четвертой главе представлена техническая сущность технологий, заключающихся в получении на устье скважины силикатного геля, его диспергировании и смешении частиц силикатного геля с водой непосредственно перед закачкой в скважину с использованием мобильной установки УПСГ-1. Для промысловой реализации технологий обоснована и разработана технологическая схема закачки СМГС в скважину.

Проведен анализ и обобщены результаты промысловых испытаний, а также промышленного внедрения на месторождениях ОАО «Татнефть» им. В. Д. Шашина двух технологий увеличения нефтеизвлечсния, основанных на применении СМГС, а именно:

• технологии повышения выработки продуктивных пластов на поздней стадии разработки нефтяных месторождений с применением вязко-упругой коллоидной суспензии на основе жидкого стекла (технология ВУКСЖС);

- технологии повышения выработки нефтяных пластов с применением композиций на основе силикатного геля (технология ССГ)-

Приведены результаты технологической эффективности применения этих технологий. Всего по состоянию на 01.01.2013 объём внедрения технологий с применением установки УПСГ-1 составил 195 геолого-технических мероприятий, в том числе 170 мероприятий с применением технологии ВУКСЖС (период внедрения - 2007-2012 г.) и 25 мероприятий технологии ССГ (начало внедрения - 2012 г.).

Основные технико-экономичсскис показатели промысловой реализации технологий ВУКСЖС и ССГ приведены в табл. 3.

Таблица 3 - Технико-экономичсскис показатели промысловой реализации технологий ВУКСЖС и ССГ

Наименование показателя Технология

ВУКСЖС ССГ

Период внедрения, годы 2007-2012 2012

Объем внедрения, ед. 170 25

Удельная дополнительна* добыча нефти, т/скв.-операнию, не менее 3000 1800

Суточный прирост дебита нефти в среднем по участку, т/сут 5,3 5,9

Продолжительность эффекта, мсс. не менее 24 15"

Затраты на промысловую реализацию, тыс. руб. 500,0 467,0

Экономический эффект на одно мероприятие, млн. руб. 12 5.6

Прммечаияе • По тоиюлогки ССГ средах* вролаюттелытость эффет окончательно не определена ю-за небольшого периода внедрения.

Распределение объёмов внедрения технологий ВУКСЖС и ССГ и их технологического эффекта по горизонтам представлены на рис. 10 и 11.

«ОН мл •м

■

«ал

1 ■ 1

зол 1 1 1

1 1 1

ол 1 1 1

Д1 Со си

Гороапт

■ Давюбшмшф-ггасх.Ч аДош» фомртмпшалэптском%

Рисунок 10 - Распределение объема внедрения технологии ВУКСЖС и технологического эффекта по горизонтам, %

Приведен пример промысловой реализации технологии ВУКСЖС на участке, расположенном на Азнакаевской площади Ромашкинского месторождения, представленном нагнетательной скважиной № 3019 и шестью добывающими скважинами. На рис. 12 приведена динамика текущих показателей разра-

ботки участка до и после реализации технологии ВУКСЖС. Параметры и результаты обработки по технологии ВУКСЖС обобщены в табл. 4.

«о.о sao

40.0 30.0 зол 10Л ОЛ

.......«м »14

................М......

Горесжт

■ Яка » Лыж tmsptm % ■ Додх г сушргшх т

СИ

Рисунок 11 - Распределение объема внедрения технологии ССГ и технологического эффекта по горизонтам, %

И11Í И Ч i И !''

5 § 8

Период жспчуатачи и«

■ О. —0к.|/мк —Овма.Ч

Рисунок 12 - Динамика показателей разработки участка нагнетательной скважины № 3019 до и после реализации технологии ВУКСЖС

Таблица 4 - Параметры и результаты обработки по технологии ВУКСЖС

Наименование показателя Значение

Объем закачки. м! 400

Массовая концентрация частиц силикатного геля в системе. У» 5.0

Прирост суточного дебита нефти в среднем по участку, т/сут 2.7

Снижение обводненности добываемой продукции в среднем по участку.% 6,7

Дополнительна* добыча нефти, т (tía 01.01.2013) 6312

Продолжительность технологического эффекта, мсс 27

Приведен пример промысловой реализации технологии ССГ на участке, расположенном на Ново-Елховском месторождении, представленном нагнетательной скважиной № 2697 и четырьмя добывающими скважинами. На рис. 13 приведена динамика текущих показателей разработки участка до и после реализации технологии ССГ. Параметры и результаты обработки по технологии ССГ обобщены в табл. 5.

Г|1|

НШ|

|И

П«р|К>ДЖСП1уатлим ж

■ Оя.к^мгс Обаод.Н

Рисунок 13 - Динамика показателей разработки участка нагнетательной скважины № 2697 до и после реализации технологии ССГ

Таблица 5 - Параметры и результаты обработки по технологии ССГ

Наименование показателя Значение

ОбъСм закачки, м' 180 (120 м' ССГ и 60 м> ПАВ)

Массовая концентрация частиц силикатного геля в системе. % 10

Прирост суточного дебита нефти в среднем по участку, т/сут 1.7

Снижение обводненности добываемой продукции в среднем по участку, % 2.0

Дополнительная добыча нефти, т (на 01.05.2013) 2560

Продолжительность технологического эффекта, мес 10"

Примечите - Продолжительность эффекта окончательно не определена иэ-м небольшого периода же-плтатшки участка после анедреюи мероприятия -

Таким образом, полученные результаты промышленного внедрения технологий ВУКСЖС и ССГ подтверждают применимость и эффективность закачки СМГС как метода увеличения нсфтсизвлсчсния из неоднородных по проницаемости заводнбнных продуктивных пластов.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

1. На основе анализа и обобщения результатов теоретических и экспериментальных исследований определены направления работ по получению силикатного геля в наземных условиях и последующей его закачке в виде водной силикатной микрогелевой системы в продуктивный пласт.

2. Установлены диапазоны оптимальных массовых концентраций силиката натрия и соляной кислоты в водных растворах, равные, соответственно, 17,8 -35,4 % и 1,8-4,5 %, при смешении которых в объёмном соотношении 1:1 в течение двух минут образуется силикатный гель с максимальной сдвиговой прочностью, составляющей 780-790 Па.

Определены минимальная массовая концентрация силиката натрия в водном растворе, равная 6,1 %, и коэффициент пропорциональности, равный 6,5, связывающие линейной зависимостью массовые концентрации соляной кислоты и силиката натрия в водных растворах для быстрого образования силикатного геля со свойствами, обеспечивающими получение частиц силикатного геля оптимальных размеров.

3. Установлены закономерности изменения вязкости силикатной микрогелевой системы от содержания частиц силикатного геля, скорости сдвига и плотности воды. Показано, что в диапазоне массовой концентрации от 5 до 25 % коэффициент динамической вязкости увеличивается от 2,0 до 10,2 мПа с.

Экспериментально определено, что с увеличением скорости сдвига в диапазоне от 16,6 до 129 с"1 (при плотности воды от 1000 до 1180 кг/м3) эффективная вязкость силикатных микрогелевых систем снижается в шесть раз.

4. При экспериментальных исследованиях на насыпных моделях пласта со слоисто-неоднородной пористой средой установлено, что водный раствор силикатного геля, предварительно диспергированного на частицы размером от 2 до 27 мкм, кратно снижает коэффициент проницаемости насыпных моделей пласта по воде. Показано, что увеличение объёма закачки силикатной микрогелевой системы приводит к росту остаточного фактора сопротивлений насыпных моделей пласта, при этом темп прироста величины остаточного фактора

сопротивлений в среднем в 1,4 раза меньше темпа увеличения объёма закачки силикатной микрогелевой системы.

5. Выработаны критерии применимости силикатных микрогелевых систем и композиций на их основе для различных геолого-физических условий разработки месторождений Татарстана.

6. Разработан способ управляемой генерации силикатной микрогелевой системы с использованием специализированной установки, обеспечивающей реализацию технологического процесса в промысловых условиях (патенты РФ на полезные модели № 48202 и № 55027).

7. Обоснованы и промышленно внедрены технологии увеличения нефте-извлечения, основанные на закачке силикатных микрогелевых систем:

- «Технология повышения выработки продуктивных пластов на поздней стадии разработки нефтяных месторождений с применением вязко-упругой коллоидной суспензии на основе жидкого стекла (технология ВУКСЖС)» РД 153-39.0-503-07 (патент РФ на изобретение № 2321733);

- «Технология повышения выработки нефтяных пластов с применением композиций на основе силикатного геля (технология ССГ)» РД 153-39.0-738-11 (патент РФ на изобретение № 2483202).

Экономический эффект от применения технологии ВУКСЖС составляет 7,2 млн. руб. на одно мероприятие, удельная технологическая эффективность -3000 т нефти на одну скважино-обработку. Экономический эффект от применения технологии ССГ составляет 5,6 млн. руб. на одно мероприятие, удельная технологическая эффективность на одну скважино-обработку - 1800 т дополнительно добытой нефти при продолжающемся эффекте.

Основное содержание работы изложено в следующих публикациях:

1. Танеева З.М., Елизарова Т.Ю., Ризванов Р.З., Михайлов A.B., Хисамет-динов М.Р. Увеличение нефтеотдачи пластов вытеснением с применением дисперсных систем на основе силиката натрия // Нефтяное хозяйство. - 2011. -№ 7. - С. 33-36.

2. Танеева З.М., Хисаметдинов М.Р., Ризванов Р.З., Мусабиров М.Х. Развитие технологий увеличения нефтеизвлечения, основанных на применении силикатного геля в ОАО «Татнефть» // Нефтяное хозяйство. - 2013. - № 8. — С. 82-84.

3. Установка для приготовления, дозирования и закачивания технологических растворов в скважину : пат. 48202 Рос. Федерация. № 2005115436/22 ; заявл. 20.05.05 ; опубл. 27.09.05, Бюл. № 27.

4. Струйный аппарат : пат. 55027 Рос. Федерация. № 2006103633/22 ; заявл. 07.02.06 ; опубл. 27.07.06, Бюл. № 21.

5. Способ регулирования профиля приемистости нагнетательных скважин : пат. 2321733 Рос. Федерация. № 2006130909/03 ; заявл. 28.08.06 ; опубл. 10.04.08, Бюл. № 10.

6. Способ разработки нефтяного пласта : пат. 2483202 Рос. Федерация. №2011147673/03 ; заявл. 23.11.2011 ; опубл. 27.05.13, Бюл. № 15.

7. Танеева З.М., Елизарова Т.Ю., Усманова М.С., Абросимова H.H. и др. Результаты промышленного применения технологий увеличения нефтеотдачи с использованием жидкого стекла на месторождениях ОАО «Татнефть» // Сб. науч. тр. «ТатНИПИнефть». - М.: ОАО «ВНИИОЭНГ». - 2008. - С. 223-228.

8. Танеева З.М., Ризванов Р.З., Абросимова H.H., Коновалова Н.П., Хисаметдинов М.Р. Установка для приготовления, дозирования и закачивания технологических растворов в скважину // Сб. науч. тр. «ТатНИПИнефть». - М.: ОАО «ВНИИОЭНГ». - 2009. - С. 165-168.

9. Танеева З.М., Ризванов Р.З., Абросимова H.H., Хисаметдинов М.Р. Установка для приготовления, дозирования и закачивания технологических растворов в скважину // Материалы Международной научно-практической конференции «Инновационные технологии в геологии и разработке углеводородов» - Казань. - 2009. - С. 355-357.

10. Танеева З.М., Хисаметдинов М.Р., Ризванов Р.З., Елизарова Т.Ю. Анализ эффективности закачки суспензии силикатного геля на месторождениях ОАО «Татнефть» // Материалы Международной научно-практической конфе-

ренции «Инновационные технологии в геологии и разработке углеводородов». Казань.-2010.-С. 73-76.

11. Танеева З.М., Михайлов A.B., Ризванов Р.З., Хисаметдинов М.Р. Фильтрационные исследования суспензий на основе силикатного геля и их применение для увеличения нефтеотдачи пластов // Сб. науч. тр. «ТатНИ-ПИнефть». - Выпуск № LXXVIII - М.: ОАО «ВНИИОЭНГ». - 2010. - С. 178182.

12. Танеева З.М. Технология применения суспензии силикатного геля для увеличения нефтеизвлечения // Материалы VI Всероссийской научно-практической конференции «Нефтепромысловая химия», посвященной 20-летию ЗАО «Химеко-ГАНГ». Москва. - 2011. - С. 57-60.

13. Танеева З.М., Хисаметдинов М.Р., Гаффаров Ш.К. Инновационные физико-химические технологии увеличения нефтеизвлечения ОАО «Татнефть // Нефть, газ, новации. - 2013. - № 8. - С. 20-22.

14. Танеева З.М., Ризванов Р.З., Елизарова Т.Ю., Хисаметдинов М.Р. Применение технологии увеличения нефтеотдачи охвата пласта воздействием с использованием суспензии силикатного геля на месторождениях ОАО «Татнефть» // Материалы Международной научно-практической конференции «Проблемы повышения эффективности разработки нефтяных месторождений на поздней стадии» - Казань. - 2013. - С. 176-178.

Отпечатано в секторе оперативной полиграфии института «ТатНИПИнефть» ОАО «Татнефть» на Ricoh Aficio 3045, HP 6040

тел.: (85594) 78-656,78-565 Подписано в печать 01.10.13 г. Заказ №01102013 Тираж 100 экз.

Текст научной работыДиссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Ганеева, Зильфира Мунаваровна, Бугульма

Татарский научно-исследовательский и проектный институт нефти (ТатНИПИнефть) ОАО «Татнефть» им. В.Д. Шашина

Танеева Зильфира Мунаваровна

ИССЛЕДОВАНИЕ И ПРИМЕНЕНИЕ СИЛИКАТНЫХ МИКРОГЕЛЕВЫХ СИСТЕМ ДЛЯ УВЕЛИЧЕНИЯ НЕФТЕИЗВЛЕЧЕНИЯ

Специальность 25.00.17 «Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений»

Диссертация

на соискание ученой степени кандидата технических наук

На правах рукописи

Научный руководитель: доктор технических наук Мусабиров Мунавир Хадеевич

Бугульма — 2013

СОДЕРЖАНИЕ

С.

Введение.................................................................................. 5

ГЛАВА 1 - ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР. СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ УВЕЛИЧЕНИЯ НЕФТЕИЗВ ЛЕЧЕНИЯ............................................ 10

1.1 Краткая характеристика геологического строения основных объектов разработки месторождений Татарстана................................. 10

1.2 Характеристика современных методов увеличения нефтеизвлечения... 12 1.2.1 Потокоотклоняющие технологии для увеличения нефтеизвлечения... 12

1.2.1.1 Технологии увеличения нефтеизвлечения с применением водорастворимых полимеров.......................................................... 13

1.2.1.2 Дисперсные системы для увеличения нефтеотдачи пластов.......... 19

1.2.1.3 Осадкообразующие системы для увеличения нефтеотдачи пластов 22

1.2.1.4 Гелеобразующие композиции на основе неорганических реагентов 25

1.3 Технологии увеличения нефтеизвлечения с использованием поверхностно-активных веществ и композиций на их основе........................... 31

ВЫВОДЫ 35

ГЛАВА 2 - РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ

И РЕОЛОГИЧЕСКИХ СВОЙСТВ СИЛИКАТНОГО ГЕЛЯ И КОМПОЗИЦИЙ НА ЕГО ОСНОВЕ............................................................. 36

2.1 Методика приготовления силикатного геля.................................... 38

2.2 Исследование физико-химических и реологических свойств основных компонентов силикатного геля.......................................... 39

2.3 Исследование размеров частиц силикатного геля в силикатных мик-рогелевых системах.................................................................... 53

2.4 Изучение реологических свойств силикатных микрогелевых систем... 60

2.5 Результаты исследований композиций с применением силикатных

микрогелевых систем................................................................... 63

2.5.1 Исследование силикатной микрогелевой системы и ПАВ............... 63

2.5.2 Исследование силикатных микрогелевых систем и полимеров............................................................................................. 67

ГЛАВА 3 - ИЗУЧЕНИЕ СВОЙСТВ СИЛИКАТНЫХ МИКРОГЕЛЕВЫХ СИСТЕМ МЕТОДАМИ ФИЗИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ............... 73

3.1 Исследование фильтрационных характеристик силикатных микрогелевых систем на линейных водонасыщенных насыпных моделях пласта................................................................................................ 73

3.2 Исследование фильтрационных и нефтеотмывающих свойств силикатных микрогелевых систем и композиций на их основе на двухслойных насыпных моделях со слоисто-неоднородной пористой средой............................................................................................. 78

3.2.1 Исследование фильтрационных и нефтевытесняющих свойств силикатных микрогелевых систем............................................................... 81

3.2.2 Исследование фильтрационных и нефтевытесняющих свойств силикатных микрогелевых систем и ПАВ или полимера........................................ 83

ГЛАВА 4 - РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЙ УВЕЛИЧЕНИЯ НЕФТЕИЗВЛЕЧЕНИЯ С ПРИМЕНЕНИЕМ СИЛИКАТНЫХ МИКРОГЕЛЕВЫХ СИСТЕМ И РЕЗУЛЬТАТЫ ПРОМЫСЛОВЫХ ИСПЫТАНИЙ............................................................................ 89

4.1 Способ получения силикатной микрогелевой системы в промысловых условиях.................................................................................... 89

4.2 Критерии выбора объектов реализации технологических процессов........................................................................................... 92

4.3 Расчет объёма закачки силикатной микрогелевой системы................ 94

4.4 Результаты промысловых испытаний силикатных микрогелевых систем для повышения выработки продуктивных пластов............................... 95

4.4.1 Результаты промысловых испытаний технологии ВУКСЖС............ 95

4.4.2 Результаты промысловых испытаний технологии ССГ................... 104

4.5 Расчет технико-экономического эффекта от применения технологий увеличения нефтеизвлечения ВУКСЖС и ССГ.................................... 108

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ............................................................................111

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ........................................................................113

Приложение А Акт о проведении приемочного испытания технологического

процесса (Технология ВУКСЖС)..............................................................................................................129

Приложение Б Титульный лист - РД 153-39.0-503-07 (Технология

ВУКСЖС)........................................................................................................................................................................131

Приложение В Титульный лист - РД 153-39.0-738-11 (Технология ССГ)............132

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность проблемы

персной системе позволяет расширить область применения методов увеличения нефтеизвлечения, основанных на закачке силикатных гелей за счет более эффективного перераспределения фильтрационных потоков как по толщине, так и по простиранию продуктивного пласта.

Цель работы

Повышение нефтеизвлечения из неоднородных по проницаемости заводненных продуктивных пластов с применением силикатных микрогелевых систем и композиций на их основе.

Основные задачи исследований

1. Анализ существующих потокоотклоняющих технологий и обобщение результатов их применения.

2. Исследование физико-химических, реологических и фильтрационных свойств силикатных микрогелевых систем.

4. Определение области эффективного применения силикатных микрогелевых систем.

5. Разработка технологий на основе силикатных микрогелевых систем для повышения нефтеизвлечения.

Методы решения поставленных задач

Научная новизна

1. Установлены закономерности изменения вязкости силикатной микроге-левой системы в зависимости от содержания частиц силикатного геля и скорости сдвига:

- выявлено, что коэффициент динамической вязкости силикатной микроге-левой системы экспоненциально зависит от массовой концентрации частиц силикатного геля - в диапазоне массовой концентрации от 5 до 25 % коэффициент динамической вязкости увеличивается от 2 до 10,2 мПа с;

- выявлено, что эффективная вязкость силикатной микрогелевой системы зависит от скорости сдвига по убывающей степенной функции - с увеличением скорости сдвига от 16,6 до 129 с"1 эффективная вязкость силикатных микрогеле-вых систем снижается не менее чем в шесть раз.

3. Показано, что увеличение объёма закачки силикатной микрогелевой системы от 10 до 30 % от объёма пор насыпных моделей пласта приводит к линейной зависимости роста остаточного фактора сопротивлений, при этом темп прироста величины остаточного фактора сопротивлений в среднем в 1,4 раза меньше темпа увеличения объёма закачки силикатной микрогелевой системы.

Основные защищаемые положения

1. Использование силикатных микрогелевых систем для увеличения нефте-извлечения путём повышения охвата пласта вытеснением.

Практическая значимость работы

1. Выявлены диапазоны оптимальных массовых концентраций силиката натрия и соляной кислоты в водных растворах, равные, соответственно, 17,835,4 % и 1,8-4,5 %, при смешении которых в объёмном соотношении 1:1 в течение

двух минут образуется силикатный гель с максимальной сдвиговой прочностью, составляющей 780-790 Па.

3. Разработаны технические решения по приготовлению и закачке в пласт силикатных микрогелевых систем.

4. Разработаны и внедрены в практику разработки нефтяных месторождений ОАО «Татнефть» им. В.Д. Шашина две технологии увеличения нефтеизвле-чения с использованием силикатных микрогелевых систем.

Апробация работы

Основные положения диссертационной работы докладывались на:

- VI Всероссийской научно-практической конференции, посвященной 20-летию ЗАО «Химеко-ГАНГ» (г. Москва, 2011);

Публикации

Структура и объем работы

Автор выражает благодарность за консультации и практическую помощь при выполнении диссертационной работы научному руководителю, а также сотрудникам отдела увеличения нефтеотдачи пластов института «ТатНИПИнефть».

ГЛАВА 1 - ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР. СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ УВЕЛИЧЕНИЯ НЕФТЕИЗВЛЕЧЕНИЯ

1.1 Краткая характеристика геологического строения основных объектов разработки месторождений Татарстана

Все месторождения, находящиеся на территории Республики Татарстан, сложнопостроенные, многопластовые и многозалежные. Характеризуются структурой остаточных запасов нефти с преобладающей долей трудноизвлекаемых в карбонатных и низкопроницаемых терригенных коллекторах, водонефтяных и высокообводненных зонах, с высоковязкой нефтью.

Основными базисными нефтеносными объектами являются пашийско-кыновские отложения терригенного девона, в которых содержится 74 % разведанных и 64,3 % начальных потенциальных ресурсов (НПР) Татарстана [1].

В следующем по промышленной значимости объекте тульско-бобриковских отложений содержится 15,5 % разведанных и 13 % НПР.

В терригенных отложениях девона (горизонты До, ДО преобладают высокоемкие коллекторы с пористостью от 20 до 22 % и проницаемостью 0,031,0 мкм2. Породами-коллекторами, в основном, являются мелко- и разнозерни-стые песчаники и крупнозернистые алевролиты с малым содержанием пелитовых фракций (1-5 %). Нефтенасыщенные толщины продуктивных горизонтов составляют от 8,8 до 27,3 м. В разрезе выделяются до восьми-девяти нефтеносных пластов. Эти коллекторы насыщены легкой (плотность пластовой нефти от 796 до 820 кг/м3), газированной (газовый фактор от 40 до 70 м3/т), маловязкой (вязкость в пластовых условиях от 2,3 до 6,7 мПа с) нефтью. Продуктивность скважин — от 2 до 133 т/с/МПа.

Все эти особенности строения пластов и насыщающих их флюидов обусловливают высокую продуктивность месторождений: Ромашкинского, Ново-Елховского, Бавлинского, Бондюжского, Первомайского и другие.

К высокопродуктивным относится и часть залежей тульско-бобриковских отложений нижнего карбона. Горизонт состоит из двух-четырех пластов, сложенных преимущественно песчаниками мелкозернистыми в разной степени с ал евро-литыми прослоями. Пористость их составляет от 21 до 28 %, проницаемость - от 0,1 до 2,0 мкм2. Наряду с этим встречаются мелко- и разнозернистые алевролиты с высоким содержанием (от 6 % до 17 %) пелитовой фракции, которая наряду с многочисленными углисто-глинистыми прожилками создает большую анизотропию и неоднородность пород. Пористость этих разностей пород - от 14 до 25 %, проницаемость — от единиц до 0,3 мкм2. Нефтенасыщенная толщина в среднем 2,7-3,6 м, вязкость нефти 12,4-28,6 мПа-с. Продуктивность скважин - от 3,7 до 7,2 т/с/МПа. Однако их продуктивность по части месторождений снижается по причине насыщенности высоковязкой нефтью.

Еще более неоднородны и менее продуктивны карбонатные отложения, представленные преимущественно трещинными, порово-трещинными и трещино-вато-поровыми коллекторами. Основное промышленное значение в карбонатных отложениях имеют залежи верхнетурнейского подьяруса нижнего карбона и ве-рей-башкирские отложения среднего карбона. Они характеризуются еще меньшей пористостью (13,0-14,5 %) и проницаемостью (0,038-0,082 мкм2), большей вязкостью нефти (до 90 мПа с). Продуктивность скважин в среднем изменяется от 0,14 до 6,0 т/сут/МПа. В отличие от терригенных коллекторов карбонатные отложения девона и карбона являются низкопродуктивными, запасы нефти в них относятся к категории трудноизвлекаемых.

Поскольку основные высокопродуктивные месторождени�

Информация о работе

Ганеева, Зильфира Мунаваровна
кандидата технических наук
Бугульма, 2013
ВАК 25.00.17

Диссертация

Исследование и применение силикатных микрогелевых систем для увеличения нефтеизвлечения - тема диссертации по наукам о земле, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы