Исследование и разработка технологии ограничения водопритока в трещине гидроразрыва

Долгушин, Владимир Алексеевич

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Исследование и разработка технологии ограничения водопритока в трещине гидроразрыва
ВАК РФ 25.00.17, Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений

Автореферат диссертации по теме "Исследование и разработка технологии ограничения водопритока в трещине гидроразрыва"

На правах рукописи

ДОЛГУШИН ВЛАДИМИР АЛЕКСЕЕВИЧ

ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ОГРАНИЧЕНИЯ ВОДОПРИТОКА В ТРЕЩИНЕ ГИДРОРАЗРЫВА

Специальности: 25.00.17 - Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых

месторождений; 25.00.15 - Технология бурения и освоения скважин

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

г 8 НОЯ 2013

Тюмень-2013

005541301

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Тюменский государственный нефтегазовый университет» (ТюмГНГУ) Научный руководитель - доктор технических наук, профессор

Зозуля Григорий Павлович Официальные оппоненты — Мерзляков Владимир Филиппович, доктор

технических наук, Федеральное государственное бюджетное учреждение высшего

профессионального образования «Уфимский государственный нефтяной технический университет», кафедра «Разработка и эксплуатация нефтегазовых месторождений», профессор;

— Белей Иван Ильич, кандидат технических наук, Открытое акционерное общество «ТюменНИИгипрогаз», отдел крепления скважин, ведущий научный сотрудник Ведущая организация - Открытое акционерное общество «Сибирский

научно - исследовательский институт нефтяной промышленности» (ОАО «СибНИИНП») Защита диссертации состоится 24 декабря 2013 года в 16 часов на заседании диссертационного совета Д 212.273.01 при ТюмГНГУ по адресу: 625027, г. Тюмень, ул.50 лет Октября, 38.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотечном — издательском комплексе ТюмГНГУ по адресу: 625027, г. Тюмень, ул. Мельникайте, 72 а, кабинет 32.

Автореферат разослан 22 ноября 2013 года. Ученый секретарь

диссертационного совета, ^

кандидат технических наук, „ ¡/у

¡1- ¿-с Л

доцент л 0}, ^ Аксенова Наталья Александровна

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Нефтегазодобывающая отрасль Российской Федерации в последние годы подвержена влиянию ряда отрицательных факторов, основными из которых являются снижение объемов прироста геологических запасов, при увеличении доли трудноизвлекаемых запасов (до 74% на территории ХМАО - Югры) и ухудшении их качества, поздняя стадия разработки большинства месторождений, недостаточные объемы применения методов увеличения нефтеотдачи. Нельзя не отметить и актуальную для большинства нефтегазодобывающих компаний Западной Сибири проблему высокой (более 85 %) обводненности месторождений. Перечисленные факторы не только отрицательно влияют на текущую эффективность разработки нефтяных и газовых месторождений, но и в ряде случаев оказывают существенное влияние на результаты по достижению запланированных объемов добычи углеводородов.

Одним из широко применяемых на сегодняшний день методов, позволяющим увеличить количество дополнительно добываемой нефти, является гидравлический разрыв пласта (ГРП). По своим технологическим возможностям данный метод считается наиболее эффективным при разработке пластов с низкими фильтрационно-емкостными свойствами (ФЕС) и обеспечивает не только интенсификацию добычи углеводородов, но и возможность разработки сложнопостроенных, низкопроницаемых коллекторов.

Основными факторами, ограничивающими количество добывающих скважин - кандидатов под ГРП, являются показатели обводненности продукции и близость водоносных горизонтов, которые в случае прорыва к ним трещины гидроразрыва после проведения операции ГРП приводят к увеличению подтягивания пластовых вод. Одним из путей решения данной проблемы является включение, как в состав жидкости проппантоносителя, так и непосредственно в сами проппанты, композиций с селективными водоизоляционными свойствами для управления фазовой проницаемостью непосредственно в самой трещине гидроразрыва, обладающей высокой проводимостью. Поэтому проведение комплексных исследований по разработке и применению новых материалов и технологий, обеспечивающих селективную изоляцию водопритока после ГРП, и проектную добычу углеводородов на сегодняшний день является достаточно актуальной задачей.

Цель работы. Повышение эффективности водоизоляционных работ при производстве ГРП в сложно построенных коллекторах.

Объект исследования. Процесс ограничения водопритока при высокой проводимости трещины ГРП.

Предмет исследования. Материалы и технологии, управляющие фазовой проницаемостью после производства ГРП.

Основные задачи исследования

1. На основе анализа методов и материалов выявить особенности водоизоляционных работ при операциях ГРП и последующей эксплуатации скважин.

2. Обосновать выбор компонентов и разработать на их основе водоизоляционный состав, применение которого совместно с жидкостью проппантоносителя позволит создать селективный водоизоляционный экран при обеспечении необходимых реологических характеристик жидкости разрыва.

3. Исследовать и обосновать возможность управления фазовой проницаемостью непосредственно в трещине гидроразрыва за счет придания специальных свойств расклинивающему материалу.

4. Разработать на основе результатов проведенных исследований технологию ограничения водопритока при операциях ГРП в скважинах с близко расположенными водоносными горизонтами и провести ее апробацию на производстве.

Методы исследования. При выполнении работы использовалась методы математической статистики и планирования экспериментов, экспериментальные методы исследования физико-механических и гидродинамических характеристик расклинивающих материалов.

Научная новизна

1. Теоретически и экспериментально доказана возможность ограничения водопритока непосредственно в трещине гидроразрыва двухкомпонентным водоизоляционным составом на основе ЭТС-40 и ГКЖ-11Н при сохранении проницаемости по углеводородам.

2. Установлена взаимосвязь реологических характеристик разработанной жидкости проппантоносителя на углеводородной основе от ее компонентного состава, обладающая селективными водоизоляционными свойствами.

3. Обосновано применение в качестве расклинивающего материала опоки, адсорбционные свойства которой позволяют предварительно насытить ее водоизоляционным составом и ограничить водоприток по всей длине трещины гидроразрыва.

Практическая ценность

1. Результаты исследований жидкости проппантоносителя, полученные для пласта АВ/'"2', позволяют обосновать и подобрать компонентный состав жидкости для проведения ГРП в расширенном интервале пластовых температур

от 0 до 200 С0.

2. Расклинивающий материал на основе опоки в отличие от применяемых алюмосиликатных проппантов позволяет доставить и закрепить водоизоляционный состав по всей длине трещины гидроразрыва.

3. Применение разработанной технологии ограничения водопритока позволит увеличить число скважин-кандидатов для ГРП с близко расположенными водоносными горизонтами.

4. Жидкость проппантоносителя, состав которой подобран по разработанным в диссертации рецептурам, применена в компании ООО «ТМК Нефтегазсервис - Бузулук» при проведении ГРП на скважине № 995 Росташкинского месторождения с обводненностью продукции 82%.

Основные положения, выносимые на защиту

1. Результаты исследования селективной изоляции пластовых вод на керне АВ/1"2' Самотлорского месторождения двухкомпонентным составом на основе ЭТС-40 и ГКЖ-11Н.

2. Рецептура жидкости проппантоносителя, обеспечивающая при соответствующем сочетании компонентов селективные водоизоляционные свойства и требуемые реологические характеристики жидкости при минимальных затратах на реагенты.

3. Селективное ограничение водопротока в трещине гидроразрыва, обеспечиваемое за счет применения насыщенной водоизоляционным составом опоки в качестве расклинивающего материала при операциях ГРП.

4. Технология изоляции водопритока при производстве ГРП в скважинах с близко расположенными водоносными горизонтами.

Соответствие диссертации паспорту научной специальности

Диссертация соответствует пункту 2 - области исследований специальности 25.00.17 - Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений (Геолого-физические и физико-химические процессы, протекающие в пластовых резервуарах и окружающей геологической среде при извлечении из недр нефти и газа известными и создаваемыми вновь технологиями и техническими средствами для создания научных основ эффективных систем разработки месторождений углеводородов и функционирования подземных хранилищ газа) и пункту 4 -специальности 25.00.15 - Технология бурения и освоения скважин (Тепломассообменные процессы при бурении скважин с целью разработки технологии и технических средств по улучшению коллекторских свойств призабойной зоны пласта, интенсификации притока пластового флюида, предупреждения загрязнения недр, обеспечения охраны окружающей среды).

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на следующих международных и межрегиональных научно-практических и научно-технических конференциях: Межрегиональной научно-технической конференции с международным участием, посвященной 10-летию Института нефти и газа и 65-летию Победы в Великой Отечественной Войне (Тюмень 2010 г.); IV региональной научно-практической конференция молодых специалистов ТНК-ВР (Тюмень 2010 г.); Молодежном инновационном конвенте Уральского федерального округа и Финального отбора победителей программы «УМНИК» в рамках Конференции «Молодежная наука — экономике знаний» (Тюмень 2010, 2011 гг.); VII Всероссийской научно-технической конференции «Геология и нефтегазоносность Западно-Сибирского Мегабассейна» посвященной 100-летию Н.К. Байбакова (Тюмень 2011 г.); III Всероссийской научно-исследовательской конференции «К вершинам познания» Ноябрьск филиал

ТюмГНГУ (Ноябрьск 2013 г.); XVII Международной научно-практической конференции (Суздаль 2013 г.); Международный конгресс Celle Drilling (Celle 2013 г.), Конкурс инновационных проектов в сфере нефтегазовой отрасли (НефтьГазТЭК Тюмень 2013 г.); Международной научно-технической конференции «Нефть и газ Западной Сибири» (Тюмень 2013 г.).

Результаты, полученные в диссертационной работе, отмечены дипломами победителя в следующих конкурсах: Конкурс инновационных проектов в сфере нефтегазовой отрасли, номинация "Сервис в сфере нефтегазовой отрасли" (НефтьГазТЭК Тюмень 2012 г.); Конкурс «Участник молодежного научно-инновационного конкурса» (УМНИК Тюмень 2012 г.); Конкурс «Молодежных творческих разработок» ООО «Буровая компания «Евразия» (Тюмень 2013 г.); «Гордость Тюменской области-2013» Номинация «Наука» (Тюмень 2013 г.), а так же Специальным именным грантом «Благотворительного фонда «ЛУКОЙЛ» для молодых преподавателей высших учебных заведений (Тюмень 2013 г.) и стипендией Президента Российской Федерации молодым ученым и аспирантам, осуществляющим перспективные научные исследования и разработки по приоритетным направлениям модернизации российской экономики (2013 г.).

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 11 печатных работах, из которых 6 статей в журналах, рекомендованные ВАК Минобрнауки РФ. По результатам работы получен Патент РФ на изобретение и находятся на рассмотрении 2 заявки на изобретение.

Структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти разделов, основных выводов и рекомендаций, списка литературы из 49 наименований и приложения. Работа изложена на 125 страницах машинописного текста, включая 56 рисунков и 15 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении кратко охарактеризованы актуальность темы диссертации, цель работы, основные задачи исследования, научная новизна, практическая ценность, основные защищаемые положения и их апробация.

Первый раздел посвящен анализу материалов и технологий, применяемых для снижения обводненности продукции при проведении ГРП. Вопросам

обводненности продукции посвящены труды отечественных и зарубежных ученых таких как: А.П. Телкова, И.И. Нестерова, Г.П. Зозули, И.И. Клещенко, В.П. Овчинникова, A.B. Кустышева, А.К. Ягафарова, A.B. Григорьева, JI.K. Алтунина, В.А. Блажевич, JI.C. Бриллианта, С.А. Рябоконь, Ю.В. Земцова, P.P. Кадырова, Б.Н. Курочкина, С.А. Христиановича, Ю.П. Желтова, М. Экономидеса, Ховарда, Фаста, Макгуэра, Скора, L. Eoff, I. Lacatos, R.S. Lane, E. Samuelsen, R. Seright и др.

Основными факторами, ограничивающими применение ГРП вследствие обводненности продукции после данной операции являются близость водоносных горизонтов; направление и геометрия трещины ГРП; высокая проводимость трещины ГРП. Основными технологическими решениями, направленными на снижение влияния перечисленных факторов на обводненности продукции, являются:

- ограничение роста трещины в высоту за счет снижения эффективного давления в самой трещине, что достигается путем снижения вязкости жидкости разрыва вследствие применения линейных гелей специальных составов;

- ограничение роста трещины в высоту за счет создания механических барьеров путем предварительной закачивания цементных и глинистых растворов;

- установка химических барьеров (закачивание реагентов, снижающих относительную фазовую проницаемость по воде) применение модификаторов фазовой проницаемости (МФП).

Технологии, направленные на снижение вязкости жидкости разрыва с целью уменьшения высоты трещины подвержены риску получения технологической остановки, т.к. для создания достаточной гидравлической ширины трещины необходимо применение геля с высокой вязкостью. Помимо этого уменьшение вязкости жидкости разрыва приводит к снижению ее несущей способности, что увеличивает риск «упаковки» проппанта на забое скважины. Закачивание цементных и глинистых растворов не обеспечивает селективное ограничение водопритока, так как проницаемость снижается не только по воде, но и по углеводородам. В связи с этим перспективными являются технологии, основанные на применении жидкости проппантоносителя, в состав которой включены водоизоляционные композиции селективного действия. Разработка и применение

таких составов исключает зависимость проведения ГРП от геологических условий с точки зрения вертикального роста трещины, т.к. в случае приобщения трещиной водонасыщенных пропластков изоляция водопритока будет осуществляться соответствующими добавками.

Во втором разделе диссертации исследована проблема изоляции пластовых вод на основе опыта применения в нефтегазовой практике кремнийорганических соединений, способных в присутствии воды вступать в реакцию гидролитической поликонденсации, не взаимодействуя при этом с углеводородами.

В качестве водоизолирующего состава исследовалась композиция на основе этилсиликата ЭТС-40 и гидрофобной кремнийорганической жидкости ГКЖ-11Н, аналоги и прототипы которого рассмотрены в диссертации. Критерием оценки водоизолирующих свойств состава был принят коэффициент восстановления проницаемости, который экспериментальным путем определялся для составов с различным соотношением ингредиентов на образцах керна по пласту АВ/'"2' Самотлорского месторождения. Графическая иллюстрация результатов проведенных экспериментов приведена на рисунке 1.

100

= ю 70

о 60

а 50

1 40

1 30

о,

о с 20

а « 10

О 87,1 /

__ . . .........у^Л / 51,5

О 35,4 ♦ 34,9

27,8 А

--—#13,7

7,4

• Закупоривающая способность по воде

у = 0,060х! + 3,2741 - 5,743 И' = 0,947

♦ Закупоривающая способность по керосину у = 0,01 б1г + 1,5351 - 4,903 И' = 0,927

0,0

10,0 15,0 20,0

Соотношение ГКЖ-1Ш в ЭТС-40, %

25,0

Рисунок 1 - Изменение проницаемости керна по пластовой воде и керосину после воздействия ЭТС-40 и ГКЖ-11Н в различных объемных соотношениях. Композиции на основе данных веществ нетоксичны, взрыво- и пожаробезопасны, обладают низкой коррозионной активностью (в процессе

гидролиза выделяется не кислота, а низшие алифатические спирты). Состав может применяться в широком интервале пластовых температур (0-200 С0) независимо от степени минерализации пластовых вод. Температура замерзания реагентов ~ минус 40С°. Полученные данные свидетельствуют о том, что исследуемый состав обеспечивает селективную изоляцию притока пластовых вод в обводненных скважинах с сохранением продуктивной характеристики ПЗП.

Третий раздел диссертации посвящен обоснованию и разработке компонентного состава жидкости проппантоносителя с селективными водоизоляционными свойствами и необходимыми реологическими характеристиками. Для придания жидкости селективных свойств использован компонент ЭТС-40. Требование к отсутствию примесей, которые могут вступить с ЭТС-40 в химические реакции и вызвать гидролиз или повлиять на степень его поликонденсации определили в качестве основы разрабатываемой жидкости смесь дизельного топлива (ДГ) и ЭТС-40. В качестве гелеобразователя выбран реагент НСО — 77 (Гелант), допускающий в отличие от других гелирующих агентов для жидкостей на углеводородной основе более значительные колебания концентраций. Основой компонента являются фосфатный эфир и малогорючий растворитель. На практике он используется вместе с активатором НвА-Ю.

Вследствие отсутствия зависимостей, определяющих взаимосвязь величины вязкости — основного реологического параметра жидкости проппантоносителя от ее компонентного состава, в работе поставлен и проведен полнофакторный эксперимент. При планировании экспериментов приняты следующие три фактора: (В) - процентное соотношение ДГ и ЭТС - 40; (С) - содержание в жидкости Геланта (НСХЗ - 77) и Активатора (ЬГСА - 10); (7) - температура. Область варьирования принятых факторов определена на основе экспериментов, выполненных в компании ООО «Эконотех» (г.Нижневартовск) и приведена в таблице 1. Результаты проведенных экспериментов свидетельствуют, что при концентрации компонента ЭТС-40 более 30 % происходит деструкция состава. Исходя из данного факта, подобранны концентрации Геланта и Активатора для достижения вязкости жидкости проппантоносителя не менее ц=300 мПахс. Критерием выбора температурного интервала явилась средняя температура по пласту АВ/'"2) Самотлорского месторождения, величина которой составляет ~ 50 С0.

Дискретность временного интервала определенна по результатам измерения вязкости жидкости, стабилизация значений которой происходила в интервале от 15 до 25 мин., вследствие этого приняты временные интервалы 30,45, 60 мин.

Таблица 1 - Область варьирования факторов

В, ДТ/ЭТС-40, (%) с, Гелант/Активатор, (%) Т, Температура, (°С)

-1 90/10 0,4/0,4 30

0 80/20 0,5/0,5 50

+1 70/30 0,6/0,6 70

Искомая регрессионная зависимость для вязкости имеет вид:

ц = ц(В,С,Т), (1)

Аппроксимация зависимости (1) выполнена полиномиальной функцией ц = а00 +а10В + а20В2 +а01С + а02С2 +апВС+а12ВС2 +а21В2С + а22В2С2, (2) По результатам выполненных экспериментов установлены величины вязкости ц, для значений факторов, соответствующих их уровням варьирования (при времени стабилизации жидкости ¡=сот{).

а) б)

Рисунок 2 - Функция отклика а) и линии уровня б), соответствующие

следующим значениям вязкости: 1 - 300 мПахс; 2 - 400

мПахс; 3 - 500 мПахс.

В качестве примера на рисунке 2а) приведена функция отклика,

иллюстрирующая взаимосвязь искомых параметров (при ? =30 мин и 71=50оС), а

на рисунке 26 - линии уровня (для значений вязкости ц* =300 мПа*с, 400 мПахс

и 500 мПахс в плоскости параметров В и С), позволяющие определить

требуемое соотношение уровней факторов (значения выходных параметров уровней). Данные, представленные на рисунке 2-6 свидетельствуют, что для каждого значения Т*=сот1 при /*=соил/ существуют различные компонентные составы жидкости проппантоносителя, обеспечивающие одинаковую величину ее вязкости.

Применяя стоимость компонентов как дополнительный критерий, получена зависимость для расчета минимальной (в принятых пределах варьирования факторов) цены одной тонны жидкости проппантоносителя:

£>(В, С) = 32000 + 4000

5-10 10

+ 3140 + 785

С-0,4 ОД

(4)

где б и С определяются в соответствии с выражениями:

В = \0Вх+20-, С = Су -0,1 + 0,5. (5)

На рисунке 3 показан результат расчета в пакете МАТНЬАВ функции (4) стоимости жидкости проппантоносителя для ц* = 300 мПахс при ? = ЗОмин, Т=50°С.

зЖИЯ4^

........кьн

Анализ функции (4) свидетельствует, что ее минимум всегда соответствует минимальной величине

параметра В (в предельном случае В= Ю, т.е. содержание ЭТС-40 в жидкости составляет 10%), что позволяет на основе выполненных расчетов

¡Р*Т>,460

1)456 определить оптимальные (по

' ¿О«*'

критерию минимальной

стоимости) составы жидкости для ц* = 300, 400 и 500 мПахс. Рисунок 3 - Графическая интерпретация функции стоимости жидкости

(для ц*=300 мПахс при г =30 мин, Г=50°С) На основе приведенного в диссертации расчета для каждого значения вязкости жидкости ц*= 300, 400 и 500 мПахс (при времени ее стабилизации I =30мин)

определены оптимальные значения параметров С и В при фиксированных в процессе экспериментов значениях температуры (7), которые отраженные на

рисунках 4, 5 и 6 точками.

20 40 60

Температура, "С

С(Т) = 1,3 5 ■ 1 (Г5 Т2 +1.7 • 10"3 Т + 0,328 а) Функция параметра С(Т)

Температура, °С

В(Т) = -7,5 • 10~3Т2 + 0,6Т + 4,75 б) Функция параметра В(Т)

Рисунок 4 - Зависимость концентрации компонентов жидкости от

і слшсра і у ра, V,

С(Т) = -5,875-10-5Т2 + 7,05 10 3Т + 0,339 С(Т) = -3,625-10"5Г2 + 4,35 ■ 10~3Т + 0,442

Рисунок 5 - Функция параметра С(7) Рисунок 6 - Функция параметра С(Т) /=30 мин, 400 мПахс, /=30 мин, ц*= 500 мПа*с,

параметр В =10 параметр В =10

Полученные рецептуры обеспечивают требуемую величину вязкости жидкости проппантоносителя и ее стабильное значение на протяжении всей операции ГРП, и позволяют создать селективный водоизоляционный экран.

В четвертом разделе исследована возможность применения опоки в качестве расклинивающего материала. Обоснованием применения опоки являются ее адсорбирующие свойства, которые позволяют в отличие от применяемых проппантов предварительно насытить опоку водоизолирующим составом и не только доставить его в трещину гидроразрыва, но и удерживать в ней. Таким образом, после проведения операции гидроразрыва будет создан изолирующий экран, препятствующий движению воды в самой трещине гидроразрыва. Предлагаемый подход позволит решить как задачу интенсификации притока, так и селективной водоизоляции.

Соответствие свойств опоки требованиям, предъявляемым к проппантам, проверялось согласно ГОСТ Р 51761-2005, сравнение опоки с наиболее часто применяемыми проппантами на Российском рынке приведено в диссертации. Прочностные характеристики опоки, долговременная проводимость и долговременная проницаемость, полученные в результате выполненных в работе экспериментов, представлены на рисунках 7-9 соответственно.

(16/20 меш)

Давление. МПа

Рисунок 8 - Долговременная проводимость опоки фракции 0,85 - 1,18 мм (16/20 меш)

Рисунок 9 - Долговременная проницаемость опоки фракции 0,85 -1,18 мм (16/20 меш)

Результаты экспериментальных исследований свидетельствуют, что опоки соответствуют требованиям ГОСТ Р 51761-2005, что позволяет применить их в качестве расклинивающего материала, отличительной особенностью которого является возможность насыщения предложенным двухкомпонентным водоизоляционным составом на основе ЭТС-40 и ГКЖ-11Н, доставка и

закрепление его непосредственно в трещине гидроразрыва, с целью ограничения водопритока по всей ее длине даже в случае прорыва в водоносный горизонт.

В пятом разделе разработана технология изоляции водопритока, основанная на применении предложенной жидкости проппантоносителя и опоки в качестве расклинивающего материала. Схема, иллюстрирующая реализацию технологии в горизонтальном участке скважины с близко расположенными водоносными горизонтами, представлена на рисунке 10. Сущность технологии заключается в следующем. В случае прорыва трещины после операции ГРП в обводненный горизонт 8 образуется блокирующий экран для пластовых вод за счет содержания как в жидкости проппантоносителе 12, так и в самой опоке компонента ЭТС-40. В отдаленных участках трещины 13 экран образуется за счет содержания в жидкости проппантоносителе, так и в самой опоке компонента ГКЖ-11Н. Применение данного способа совместно с разработанными водоизоляционными материалами позволяет снизить влияние таких основных факторов, как обводненности добываемой продукции и близость водоносных горизонтов на производительность скважины при ее эксплуатации после ГРП.

Рисунок 10 - Схема ГРП в горизонтальном участке ствола скважины с близко расположенными водоносными горизонтами. 1 - ствол скважины; 2 - продуктивный пласт; 3 -эксплуатационная колонна; 4 - цементное кольцо за эксплуатационной колонной; 5 хвостовик; 6 центраторы; 7 — колонна насосно-компрессорных труб; 8 обводненный горизонт; 9 - цементное кольцо за хвостовиком; 10 - пробка мостовая разбуриваемая; 11 - пакер; 12 -жидкость проппантоносителя в составе ЭТС-40 и расклинивающий материал на основе опоки, предварительно насыщенный ЭТС-40; 13 расклинивающий материал на основе опоки предварительно насыщенный ГКЖ-11Н.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ ПО РАБОТЕ

1. В результате проведенного анализа выявлено, что наибольшей эффективностью ограничения водопритока при операциях ГРП обладают технологии, основанные на применении составов позволяющих управлять фазовой проницаемостью.

2. Разработан состав жидкости проппантоносителя компоненты которой обеспечивают создание селективного водоизоляционного экрана при сохранении реологических свойств и минимальных затратах на реагенты.

3. Применение опоки в качестве расклинивающего материала, совместно с разработанным двухкомпонентным составом на основе ЭТС-40 и ГКЖ-11Н позволяет создать селективный водоизоляционный экран непосредственно в трещине гидроразрыва по всей ее длине.

4. Результаты исследований подтверждены опытно промысловыми водоизоляционными работами (совместно с ООО «ТМК Нефтегазсервис — Бузулук») на скважине № 995 Росташкинского месторождения (обводненность продукции 82%) при производстве ГРП на основе жидкости проппантоносителя по разработанной технологии. Дополнительная добыча за 127 дней составила 4104 тонн нефти. При этом установлено увеличение обводненности продукции только на 6 %.

Основные положения диссертационной работы опубликованы в следующих работах:

В изданиях, рекомендованных ВАК РФ:

1. Клещенко И.И. Продуктивность скважин при поинтервальном гидроразрыве нефтяных пластов / И.И. Клещенко, А.К. Ягафаров, Сохошко С.К. Лесь И.В., В.А. Долгушин и др. // Известия вузов. Нефть и газ. - 2012. - № 4. -С. 70-73.

2. Дмитрук В.В. Особенности очистки забоев скважин после ГРП от проппантовых пробок / В.В. Дмитрук, С.Н. Рахимов, P.A. Графенин, Д.А. Кустышев, В.А. Долгушин // Наука и техника в газовой промышленности. — 2012.-№ 2. С. 47-51.

3. Долгушин В.А. Результаты анализа методик исследования физико-механических и фильтрационных свойств проппантов для ГРП / В.А. Долгушин, Д.С. Леонтьев, A.A. Земляной и др. // Бурение и нефть. - 2013. - № 4. - С. 16-19.

4. Кряжев A.B. Система гидравлического разрыва пласта Quantum RU компании Trican well service / A.B. Кряжев, B.A. Долгушин, A.A. Земляной и др. // Нефтепромысловое дело. — 2013. № 6. - С 19-26.

5. Долгушин В.А. Разработка и исследование физико-механических свойств проппантов со специальными свойствами // Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море. - 2013. № 7. С. 41-44.

6. Долгушин В.А. Исследование и разработка расклинивающего материала с водоизолирующими свойствами для крепления трещин ГРП / В.А. Долгушин, C.JI. Голофаст, Д.С. Леонтьев // Известия вузов. Нефть и газ. - 2013. - № 4. - С. 44-49.

Публикации в других изданиях:

7. Долгушин В.А. К вопросу проведения гидравлического разрыва пласта в газовых скважинах при наличии в разрезе многолетнемерзлых пород / В.А. Долгушин, A.A. Земляной, Г.П. Зозуля и др. // X международная конференция по мерзлотоведению: сб.научн.тр. — Салехард, 2012. - С. 118-119.

8. Лесь И.В. Некоторые аспекты проведения струйного и поинтервального ГРП / И.В. Лесь, И.И. Клещенко, С.К. Сохошко, В.А. Долгушин и др. // Наука и ТЭК. - 2012. - №7. - С.36-39.

9. Долгушин В.А. Результаты исследований составов на основе кремнийорганических соединений и совершенствование технологий их применения при производстве водоизоляционных работ / В.А. Долгушин, A.A. Земляной, Г.П. Зозуля // Материалы региональной научно-практической конференции студентов, аспирантов, молодых учёных и специалистов — Тюмень, ТюмГНГУ - 2012. - С. 112-120.

10. Долгушин В.А. Результаты исследования физико-механических и фильтрационных свойств проппантов фракции 16/20 / В.А. Долгушин, Д.С. Леонтьев // III Всероссийская научно-исследовательская конференция «К вершинам познания». — Ноябрьск: филиал ТюмГНГУ — 2013. - С. 41 — 43.

11. Пат. № 2451789 Способ эксплуатации залежи углеводородов ГРП БС / Г.П. Зозуля, A.B. Кустышев, И.В. Чижов, В.В. Семенов, Р.В Ткаченко, В.А. Долгушин. РФ. - № 2010128425, Заявка 08.07.2010 бюл. №2; Опубликован 27.05.2012 бюл. №15.

Соискатель

В.А. Долгушин

Подписано в печать 19.11.2013. Формат 60x90 1/16. Усл. печ. л. 1,5. Тираж 100 экз. Заказ № 1959.

Библиотечно-издательский комплекс государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Тюменский государственный нефтегазовый университет». 625000, Тюмень, ул. Володарского, 38.

Типография библиотечно-издательского комплекса. 625039, Тюмень, ул. Киевская, 52. 625027, г. Тюмень, ул. Киевская, 52

Текст научной работыДиссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Долгушин, Владимир Алексеевич, Тюмень

Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего

профессионального образования «Тюменский государственный нефтегазовый университет»

ДОЛГУШИН ВЛАДИМИР АЛЕКСЕЕВИЧ

ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ОГРАНИЧЕНИЯ ВОДОПРИТОКА В ТРЕЩИНЕ ГИДРОРАЗРЫВА

25.00.17 - Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений 25.00.15 - Технология бурения и освоения скважин

На правах рукописи

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель

доктор технических наук

профессор [Т.П. Зозуля

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. АНАЛИЗ ВЛИЯНИЯ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО РАЗРЫВА ПЛАСТА НА РОСТ ОБВОДНЕННОСТИ ПРОДУКЦИИ, И МЕТОДЫ БОРЬБЫ С ОБВОДНЕННОСТЬЮ ПРИМЕНЯЕМЫЕ РАНЕЕ.

1.1 Влияние ориентации трещин на динамику обводнения скважин после гидроразрыва

1.2 Обзор применяемых технологий по ограничению водопритока при проведении ГРП

1.2.1 Технологии, ограничивающие вертикальный рост трещины за счет снижения эффективного давления

1.2.2 Технологии, ограничивающие вертикальный рост трещины за счет создания механических барьеров

1.3. Технологии ограничения водопритока с помощью использования модификаторов фазовой проницаемости

1.3.1 Модификатор фазовой проницаемости WCA-1 21

1.3.2 Модификатор фазовой проницаемости AquaCon 22

1.3.3 Анализ результатов использования МФП 22

1.3.4 Технология ограничения водопритока после ГРП с помощью водоизолирующего состава ЗАО «Химеко-ГАНГ»

1.4 Опыт применения новых технологий на примере месторождений ООО «ЛУКОЙЛ-Западная Сибирь»

2. СОСТАВ ДЛЯ ВОДОИЗОЛЯЦИОННЫХ РАБОТ В НЕФТЯНЫХ СКВАЖИНАХ С СЕЛЕКТИВНЫМ ВОЗДЕЙСТВИЕМ

3. РАЗРАБОТКА ЖИДКОСТИ ПРОППАНТОНОСИТЕЛЯ С СЕЛЕКТИВНЫМИ ВОДОИЗОЛЯЦИОННЫМИ СВОЙСТВАМИ 3.1. Введение и постановка задачи 47

3.2 Планирование экспериментальных исследований 48

3.3 Обработка результатов исследования 54

3.4 Стоимость компонентов как дополнительный критерий выбора необходимого состава при равных значениях вязкости 4. ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА РАСКЛИНИВАЮЩЕГО МАТЕРИАЛА С ВОДОИЗОЛИРУЮЩИМИ СВОЙСТВАМИ ДЛЯ КРЕПЛЕНИЯ ТРЕЩИН ГРП

4.1 Методики исследования физико-механических и гидродинамических свойств расклинивающих материалов

4.2. Классификация проппантов согласно ГОСТ Р 51761 - 2005 83

4.3 Требования к проппантам согласно ГОСТ Р 51761 - 2005 84

4.4 Методики исследования проппантов, используемые в диссертации, по ГОСТР 51761-2005 85

4.4.1 Определение насыпной плотности 85

4.4.2 Определение сопротивления раздавливанию 87

3.4.3 Определение растворимости в кислотах 90

4.4.4 Определение сферичности и округлости 92

4.4.5 Определение гранулометрического состава 94

4.4.6 Определение проводимости и проницаемости проппантовой упаковки 96

4.5. Исследование опоки для применения в качестве расклинивающего ^ материала трещин ГРП

5. ТЕХНОЛОГИЯ ИЗОЛЯЦИИ ВОДОПРИТОКА ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ ГРП В СКВАЖИНАХ С БЛИЗКО РАСПОЛОЖЕННЫМИ 107

ВОДОНОСНЫМИ ГОРИЗОНТАМИ

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ 119

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 120

ПРИЛОЖЕНИЕ А 126

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы. Нефтегазодобывающая отрасль Российской Федерации в последние годы подвержена влиянию ряда отрицательных факторов, основными из которых являются снижение объемов прироста геологических запасов, при увеличении доли трудноизвлекаемых запасов (до 74% на территории ХМАО — Югры) и ухудшении их качества, поздняя стадия разработки большинства месторождений, недостаточные объемы применения методов увеличения нефтеотдачи. Нельзя не отметить и актуальную для большинства нефтегазодобывающих компаний Западной Сибири проблему высокой (более 85 %) обводненности месторождений. Перечисленные факторы не только отрицательно влияют на текущую эффективность разработки нефтяных и газовых месторождений, но и в ряде случаев оказывают существенное влияние на результаты по достижению запланированных объемов добычи углеводородов.

, ''г Л <'

селективную изоляцию водопритока после ГРП, и проектную добычу углеводородов на сегодняшний день является достаточно актуальной задачей.

Объект исследования. Процесс ограничения водопритока при высокой проводимости трещины ГРП.

Предмет исследования. Материалы и технологии, управляющие фазовой проницаемостью после производства ГРП.

Основные задачи исследования

Научная новизна

1. Теоретически и экспериментально доказана возможность ограничения водопритока непосредственно в трещине гидроразрыва двухкомпонентным

водоизоляционным составом на основе ЭТС-40 и ГКЖ-11Н при сохранении проницаемости по углеводородам.

Практическая ценность

1. Результаты исследований жидкости проппантоносителя, полученные для пласта АВ1(1"2), позволяют обосновать и подобрать компонентный состав жидкости для проведения ГРП в расширенном интервале пластовых температур от О до 200 С0.

1.1 Влияние ориентации трещин на динамику обводнения скважин после гидроразрыва

Основным фактором, определяющим обводненность непосредственно после ГРП, является направление трещины [1]. Так, если трещина проходит вне языка обводнения, то обводненность сразу после ГРП резко падает, поскольку в трещину начинает поступать нефть из зоны, ранее не охваченной вытеснением, потом по мере заводнения пласта доля воды в добываемой продукции постепенно возрастает. В случае если одно из крыльев трещины оказывается внутри языка обводнения, то доля воды в добываемой продукции после ГРП сразу возрастает, затем некоторое время снижается по мере того, как вода, находящаяся вблизи скважины, поступает в трещину и замещается нефтью, после чего наблюдается постепенный рост обводненности, связанный с продвижением фронта воды вдоль трещины к скважине [2].

1.2 Обзор применяемых технологий по ограничению водопритока при проведении ГРП.

Основными факторами, ограничивающими область применения ГРП, являются близость водо- и газонасыщенных прослоев, небольшие запасы нефти или высокая степень их выработки, низкое пластовое давление. С конца 90-х -начала 2000-х годов зарубежными и отечественными компаниями ведется активная работа по поиску и внедрению новых технологий ГРП, позволяющих снизить риск высокой обводненности и потери добычи нефти после операций [3].

Трещины, образуемые при ГРП, можно использовать для предотвращения притока воды в нефтяные скважины, В частности, при ГРП на заводняемых нефтяных площадях может дать эффект закачка вместо крупнозернистого песка кристаллов неорганических солей тина хлоридов, растворяющихся в пластовых

водах (предпочтительно поваренной соли). Применяются хлориды, имеющие частицы достаточной крупности, в количестве до 950 г/л, Концентрация их в жидкости разрыва обычно составляет до 950 г/л. Жидкость разрыва должна иметь достаточную удерживающую способность и вязкость более 10 мПахс. В качестве такой жидкости могут использоваться остатки бензинового газоконденсата, некоторые топлива, промысловые нефти (обычные или загущенные), растительные масла и даже нефтяные остатки, вязкость которых доходит до 500 мПахс и выше [4].

Объем используемой жидкости разрыва изменяется в пределах от 1.9 до 19 мЗ. Объем продавочной жидкости определяется из расчета размещения закачиваемой соли в трещине.

Данный способ ГРП позволяет избежать увеличения обводненности продукции нефтяных скважин, если трещина образуется в водонасыщенной части пласта. В случае образования здесь трещины заполнившая ее соль быстро растворяется в притекаюшей воде и вымывается из трещины, что ведет к смыканию последней и предотвращению дальнейшего поступления по ней воды в скважину. Если, наоборот, трещина возникает в нефтяной части пласта, то соль, поскольку она не растворима в нефти, удерживает трещину в раскрытом состоянии и таким образом обеспечивает повышенный приток нефти из пласта к забою скважины [4].

Технология состоит в том, что в пласт перед закачкой жидкости разрыва вводится специально обработанный раствор, который в воде дает осадок. Осадок увеличивает сопротивление потоку в трещинах, заполненных водой. Если трещины образовались в водоносной зоне, то в результате реакции воды с раствором количество осадка увеличивается и трещины закупориваются, уменьшая приток воды [4].

Применяемые жидкости представляют собой раствор полимеров в смеси воды со спиртом. Полимеры можно получать реакцией серной кислоты со смолой, растворенной в таких растворителях, как газолин, бензин, четыреххлористый углерод и др.

Количество раствора, используемого для изоляции трещин в водонасыщенной зоне, зависит от радиуса их распространения. Опыт показал, что объем раствора должен составлять не менее 5% от количества жидкости разрыва.

Большие количества раствора (до 10—20%) нецелесообразно применять из экономических соображений,

В литературе описывается состав вещества, применяемого при ГРП для закрытия наиболее проницаемых водонасыщеииых пропластков. Полициклическне ароматические углеводороды, которые раньше использовались для этой цели, имеют следующие недостатки: низкую точку плавления и высокую растворимость в нефти [4].

Можно также использовать гексахлорциклогексан, имеющий ряд изомеров. Изомеры могут быть применены как в чистом виде, так и в виде смеси, имеющей точку плавления выше 93 С0. В качестве носителя твердых частиц служат вода, нефть или любая другая жидкость, имеющая небольшую водоотдачу и большую вязкость (30 мПахс при 27 °С). При использовании воды вязкость увеличивается добавлением мыл, смол и т. п., а для лучшего образования фильтрационной корки добавляются коллоиды (натрий, КМЦ глина). Добавление хлорида натрия и цинка повышает плотность жидкости-носителя. Расход гексахлорциклогексана составляет около 120 кг на 1 мЗ жидкости разрыва [4].

Для одновременного осуществления ГРП в нефтенасыщенной части и селективной изоляции водоносных пропластков рекомендуется в качестве жидкостей разрыва использовать специально приготовленные для этих целей закупоривающие агенты смолообразующего типа, хорошо растворимые в пластовых нефтях, но не растворимые в воде. Такие жидкости должны обладать достаточно высокой вязкостью, следовательно, они обладают способностью хорошо удерживать во взвешенном состоянии крупнозернистый песок, предназначенный для заполнения трещин при ГРП [4].

Эта жидкость, попадая в водонасыщенную зону, при пластовых температурах конденсируется в твердую водонепроницаемую массу, которая предотвращает приток пластовой воды к забою нефтяной скважины,

В качестве жидкостей разрыва также использовались частично конденсированная смесь, состоящая из фенола, паральдегида и кислотного катализатора конденсации. Имеется несколько рецептов приготовления подобных жидкостей. В частности, следующий состав в % вес: высококипящне фенолы - 60, октилфенол - 10, паральдегид - 10, нефтяные сульфокислоты - 1С, вода - 10 [4].

Приготовление смеси продолжается 30 мин; вязкость готового продукта — 400 мПахс. Переход такого смолообразующего продукта в твердое состояние при температуре 71 С0 происходит через 24 ч. Смола не растворима в воде; закупоривает поры песчаника, но в то же время хорошо растворяется в керосине. Поэтому в нефтяной зоне проницаемость породы полностью восстанавливается. Обработка скважин осуществляется по- технологии, аналогичной обычному ГРП.

В одной из эксплуатационных скважин восточной части Техаса (США) впервые была проведена с успехом изоляция подошвенной воды путем закачки в пласт пластмассы [4].

В основе технологии этой операции лежит применение ГРП для создания первоначальной трещины в пласте на уровне водонефтяного контакта. Образовавшаяся трещина является емкостью для затвердевшей пластмассы, На уровне водонефтяного контакта создается изолирующая перемычка из затвердевшей пластмассы.

Перемычка может иметь форму диска или цилиндра; она уменьшает или совсем прекращает приток воды в скважину. Маловязкая пластмасса закачивается под давлением, не превышающим давление первичного разрыва пласта. Это делается с таким расчетом, чтобы пластмасса заполнила поровое пространство и трещину на уровне водонефтяного контакта, а не новую произвольно образовавшуюся трещину. В известняках пластмасса обычно закачивается лишь после направленной кислотной обработки скважины [4].

В общем можно выделить три направления технологических решений в данной области:

- ограничение роста трещины в высоту за счет создания механических барьеров путем предварительной закачки цементных и глинистых растворов;

- установка химических барьеров (закачка реагентов, снижающих относительную фазовую проницаемость по воде) - применение модификаторов фазовой проницаемости (МФП) [5-8].

Первые два направления используются в условиях тонких глинистых перемычек, отделяющих нефтенасыщенные интервалы от водо- или газонасыщенных прослоев, для низкообводненных объектов (

Информация о работе

Долгушин, Владимир Алексеевич
кандидата технических наук
Тюмень, 2013
ВАК 25.00.17

Диссертация

Исследование и разработка технологии ограничения водопритока в трещине гидроразрыва - тема диссертации по наукам о земле, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы