Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Обоснование технологии регулирования фильтрационных потоков в низкопроницаемых нефтяных коллекторах с использованием гидрофобизированного полимерного состава

ВАК РФ 25.00.17, Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений

Автореферат диссертации по теме "Обоснование технологии регулирования фильтрационных потоков в низкопроницаемых нефтяных коллекторах с использованием гидрофобизированного полимерного состава"

На правах рукописи

КОНДРАШЕВ Артем Олегович

ОБОСНОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ РЕГУЛИРОВАНИЯ ФИЛЬТРАЦИОННЫХ ПОТОКОВ В НИЗКОПРОНИЦАЕМЫХ НЕФТЯНЫХ КОЛЛЕКТОРАХ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ГИДРОФОБИЗИРОВАННОГО ПОЛИМЕРНОГО СОСТАВА

Специальность 25.00.17 - Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург - 2015

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Национальный минерально-сырьевой университет «Горный».

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор

Рогачев Михаил Константинович

Официальные оппоненты:

Газизов Айдар Алмаэович доктор технических наук, ОАО «Научно-производственная фирма «Иджат», генеральный директор

Стрижнев Владимир Алексеевич кандидат технических наук, ООО «Уфимский Научно-Технический Центр», главный научный сотрудник

Ведущая организация:

Государственное автономное научное учреждение «Институт нефтегазовых технологий и новых материалов»

Защита состоится 10 апреля 2015 г. в 14 час. 00 мин. на заседании диссертационного совета Д 212.224.10 при Национальном минерально-сырьевом университете «Горный» по адресу: 199106, Санкт-Петербург, 21-я линия, дом 2, ауд. 1163.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Национального минерально-сырьевого университета «Горный» и на сайте www.spmi.ru.

Автореферат разослан 10 февраля 2015 г.

УЧЕНЫЙ СЕКРЕТАРЬ НИКОЛАЕВ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы

Текущее состояние нефтедобычи в Западной Сибири характеризуется ухудшением структуры запасов углеводородов в связи с постепенным истощением запасов месторождений маловязкой нефти, заключенной в коллекторах с хорошими фильтрационно-емкостными характеристиками, и переходом большинства эксплуатируемых крупных месторождений в позднюю стадию разработки, характеризующуюся высокой обводненностью добываемой продукции и низкими дебитами скважин. Для поддержания и повышения уровня добычи нефти в разработку вводятся сложнопостроенные залежи с низкопроницаемыми неоднородными коллекторами, для которых характерны внутрипластовые прорывы воды, преждевременное обводнение и низкий коэффициент извлечения нефти. В связи с этим разработка технологий регулирования внутрипластовых фильтрационных потоков на таких месторождениях в настоящее время становится важнейшей научной и практической задачей.

Вопросами разработки методов и технологий физико-химического воздействия на нефтяной коллектор занимались отечественные и зарубежные ученые: Алтунина J1.K., Андреев В.Е., Бабалян Г.А., Валеев М.Д., Девликамов В.В., Дияшев Р.Н., Газизов A.A., Газизов А.Ш., Гайворонский И.Н., Желтов Ю.В., Зейгман Ю.В., Ленченкова Л.Е., Мусабиров М.Х., Муслимов Р.Х., Ребиндер П.А., Рогачев М.К., Рябоконь С.А., Стрижнев В.А., Стрижнев К.В., Телин А.Г., Уметбаев В.Г., Фахретдинов Р.Н., Вопеу К., Economides М., Fogler H.S.

Целью диссертационной работы является повышение эффективности разработки нефтяных месторождений с низкопроницаемыми неоднородными коллекторами.

Идея диссертационной работы

Повышение эффективности извлечения нефти из низкопроницаемых неоднородных коллекторов может быть обеспечено за счет внедрения технологий физико-химического воздействия на продуктивные пласты, основанных на закачке гидрофобизированного полимерного состава для направленного регулирования внутрипластовых фильтрационных потоков.

Задачи исследований

1) Выполнить анализ современной литературы, проанализировать и обобщить современные методы и технологии, применяемые при разработке нефтяных месторождений с низкопроницаемыми неоднородными коллекторами.

2) Исследовать влияние неионогенных ПАВ на физико-химические и реологические свойства полимерного состава, определить оптимальную концентрацию ПАВ.

3) Разработать гидрофобизированный полимерный состав для внутрипластовой водоизоляции, обеспечивающий регулирование фильтрационных характеристик низкопроницаемых неоднородных коллекторов.

4) Исследовать влияния разработанного водоизоляционного состава на фильтрационные характеристики пород коллекторов.

5) Разработать технологии регулирования фильтрационных потоков в низкопроницаемых неоднородных нефтяных коллекторах.

Методы исследований

Работа выполнена в соответствии со стандартными методами теоретических, а также со стандартными и разработанными методиками проведения экспериментальных исследований (исследования физико-химических свойств водоизоляционных полимерных составов; исследования реологических и микрореологических свойств водоизоляционных полимерных составов в стандартных и пластовых термобарических условиях месторождений Западной Сибири; физическое моделирование процессов фильтрации водоизоляционных полимерных составов в пористой среде и др.). Обработка экспериментальных данных проводилась с помощью методов математической статистики.

Научная новизна работы

1) Установлена зависимость изменения физико-химических, реологических и фильтрационных характеристик полимерного состава (водно-щелочного раствора гидролизованного акрилсодержащего полимера «гивпана») от концентрации в нем неионогенного поверхностно-активного вещества с гидрофобными свойствами - гидрофобизатора НГ-1 (основным компонентом которого является продукт реакции триэтаноламина с жирными кислотами таллового масла).

2) Выявлена способность разработанного

гидрофобизированного полимерного состава, представляющего собой смесь 3-10%-ного водно-щелочного раствора гидролизованного акрилсодержащего полимера «гивпана» и неионогенного поверхностно-активного вещества с гидрофобными свойствами - гидрофобизатора НГ-1 (1-5% масс.), повышать коэффициент извлечения нефти из модели неоднородного пласта.

Защищаемые научные положения

1) Добавление к 3-10%-ному водно-щелочному раствору гидролизованного акрилсодержащего полимера «гивпан» 1-5% масс, неионогенного поверхностно-активного вещества с гидрофобными свойствами - гидрофобизатора НГ-1 (основным компонентом которого является продукт реакции триэтаноламина с жирными кислотами таллового масла), улучшает физико-химические, реологические и фильтрационные характеристики исходного раствора, что позволяет рекомендовать получаемый таким образом гидрофобизированный полимерный состав для внутрипластовой водоизоляции на нефтяных месторождениях с низкопроницаемыми неоднородными коллекторами.

2) Использование разработанной технологии регулирования фильтрационных потоков в низкопроницаемых неоднородных нефтяных коллекторах, основанной на закачке разработанного гидрофобизированного полимерного состава, позволит увеличить охват нефтяной залежи воздействием за счет внутрипластовой водоизоляции и выравнивания фронта вытеснения, и в конечном итоге повысить коэффициент извлечения нефти.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждена теоретическими и

экспериментальными исследованиями на комплексах современного лабораторного оборудования компаний Vinci Technologies, Coretest Systems Corporation, Kruss, Rheotest, Anton Paar и др., воспроизводимостью полученных результатов экспериментальных исследований.

Практическое значение работы

1) Разработан (патент РФ № 2524738) и доведен до промышленного производства (ООО «Синтез-ТНП, г. Уфа, ТУ 2216007-22650721-12) гидрофобизированный полимерный состав для

внутрипластовой водоизоляции.

2) Разработана технология регулирования внутрипластовых фильтрационных потоков с использованием гидрофобизированного полимерного состава, позволяющая снизить интенсивность обводнения и повысить коэффициент извлечения нефти на месторождениях с низкопроницаемыми неоднородными коллекторами.

3) Результаты исследований могут быть использованы в учебном процессе для студентов направления 131 ООО «Нефтегазовое дело» при изучении дисциплин «Разработка нефтяных месторождений», «Скважинная добыча нефти и газа», «Технология и техника методов повышения нефтеотдачи пластов».

Апробация работы

Основные положения, результаты теоретических и экспериментальных исследований, выводы и рекомендации работы докладывались на 10 международных и региональных научно-практических конференциях и семинарах, в т. ч. на международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы науки и техники» (г. Уфа, УГНТУ, 2011, 2012, 2013, 2014 г.г.), научно-технической конференции «Международный форум-конкурс молодых ученых: Проблемы недропользования» (г. Санкт-Петербург, НМСУ «Горный», 2012, 2013, 2014 г.г.), международной научно-практической конференции «Ашировские чтения» (г. Самара, СамГТУ, 2013 г.), международной конференции и выставке SPE по разработке месторождений в осложнённых условиях и Арктике (г. Москва, 2013 г.) и др.

Публикации

По теме диссертации опубликовано 14 научных работ, в том числе 4 статьи в изданиях, входящих в перечень ВАК Минобрнауки России.

Структура и объем диссертационной работы

Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, заключения, списка принятых сокращений, списка литературы, включающего 108 наименований. Материал диссертации изложен на 124 страницах машинописного текста, включает 17 таблиц и 40 рисунков.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении приводится общая характеристика работы, обосновывается её актуальность, определяются цель, идея, задачи, излагаются научная новизна, защищаемые научные положения и практическая значимость.

В первой главе проведен анализ особенностей строения и обзор опыта разработки месторождений с низкопроницаемыми неоднородными коллекторами. Анализ текущего состояния нефтедобывающей отрасли РФ и особенностей разработки месторождений с трудноизвлекаемыми запасами показал актуальность диссертационных исследований, посвященных обоснованию и разработке технологии регулирования фильтрационных потоков в низкопроницаемых неоднородных коллекторах.

Анализ основных технологий и водоизоляционных материалов, используемых при регулировании фильтрационных потоков, показал перспективность применения полимерных составов, их основные недостатки (низкую проникающую способность и недостаточную устойчивость в условиях высоких пластовых температур месторождений Западной Сибири) и позволил сформулировать основные требования к разрабатываемому полимерному составу.

Во второй главе представлены результаты исследований физико-химических, реологических и микрореологических характеристик разработанного полимерного состава (ГПС-1), представляющего собой смесь 3-10%-го водно-щелочного раствора гидролизованного акрилсодержащего полимера и неионогенного ПАВ - гидрофобизатора НГ-1 в концентрации 1% масс.

Последний представляет собой смесь продуктов реакции триэтаноламина с жирными кислотами таллового масла либо с высококипящими фракциями синтетических жирных кислот с растворителями и добавками, в качестве которых используются ароматические углеводороды - сольвенты (нефрасы), эфиро- и спиртосодержащие смеси, продукты оксиэтилирования и алкилирования технических спиртов, парафинов и другие растворители, и добавки. Данный гидрофобизатор относится к классу неионогенных поверхностно-активных веществ и производится по ТУ 2229-002-22650721-2002 компанией ООО «Синтез ТИП» (г. Уфа).

Исследование межфазного натяжения на границе «дистиллированная вода - керосин» в зависимости от концентрации ПАВ показало, что ККМ соответствует концентрация 1 % масс.

При изучении гидрофобизирующих свойств ПАВ установлено, что обработка им породы в концентрации 0,25% масс, обеспечивает двукратное снижение массы впитавшейся воды: с 0,217 до 0,116 г. Увеличение концентрации ПАВ в растворе до 1% масс, вызывает дальнейшее снижение скорости впитывания и уменьшение массы впитавшейся воды до 0,105 г. При этом повышение концентрации до 2-5 % масс, уже не оказывает существенного эффекта. Из изложенного следует, что превышение концентрации гидрофобизатора НГ-1 в растворе свыше 1% масс, нецелесообразно.

Важно отметить, что компонентный и количественный состав разработанного полимерного раствора ГПС-1 подбирался таким образом, чтобы в дисперсной системе высокомолекулярный полиэлектролит-ПАВ имело место развитое интерполиэлектролитное взаимодействие. Его особенностью является возможность существенного изменения конформаций макромолекул и соответственно структурно-механических свойств раствора небольшими количествами ПАВ за счет блокировки или усиления взаимодействия полярных групп полимера-полиэлектролита.

Исследование гелеобразующих свойств полимерного состава проводились путем его смешивания с минерализованной водой трех типов - растворами хлористого кальция различной концентрации, и моделями пластовой воды Приобского и Ромашкинского месторождений. Установлено, что гелеобразование для хлористого кальция начинается при концентрации 25 г/л и более.

На основании полученных результатов был сделан вывод, что естественной минерализации пластовых вод недостаточно для протекания процесса гелеобразования. Для его инициирования необходимо дополнительное искусственное насыщение пластовых вод ионами кальция, например, путем закачки оторочек раствора хлористого кальция.

Исследование реологических свойств смеси исходного полимерного состава и ПАВ проводились на автоматизированном реометре КЬео1е81 ЯЫ 4.1, по этим данным далее были построены кривые течения при температурах 20 и 80 °С. В дальнейшем,

сокращением «ПС» будет обозначаться исходный полимерный состав (3-10%-й водно-щелочной раствор гидролизованного акрилсодержащего полимера), а аббревиатурой «ПАВ» -гидрофобизатор НГ-1, добавляемый к ПС в различной концентрации (0,1; 1; 5 и 15 % масс, соответственно).

Результаты исследований показали, что введение ПАВ в полимерный состав приводит к значительному снижению критического напряжения сдвига (Рисунок 1), устраняя тем самым один из основных недостатков исходного полимерного состава - его низкую фильтруемость в пористую среду.

—I гс

=>ПС+ПАВ (0,1%) —ПС+ПАВ(1%) «• ПС+ПАВ (5%) • • ПС+ПАВ (15%)

2 4 6 8

Напряжение сдвига, Па

- Кривые течения исследуемых составов при температуре 20 °С

Рисунок I

Из приведенных данных также следует, что применяемое ПАВ обладает комплексным характером воздействия на систему пористая среда-жидкость; помимо изменения характера смачиваемости твердой фазы (поверхностный механизм), оно модифицирует и поровую жидкость (объемный механизм), кратно снижая величину критического напряжения сдвига.

Эффект достигается за счет регулирования интенсивности интерполиэлектролитного взаимодействия, развивающегося в системе высокомолекулярный полиэлектролит - ПАВ, где последний является регулятором степени взаимодействия анионных боковых

групп полимера. Блокировка последних, например, сопровождается сворачиванием макромолекул в клубки и усилением вязкоупругих, неньютоновских свойств раствора, что снижает текучесть раствора и его проникающую способность. Обратный эффект дает усиление электростатического взаимодействия полярных групп и распрямление макромолекул («полиэлектролитное набухание»), приводящее к росту вязкостных характеристик жидкости.

Действие этого механизма подтверждается и экстремальной концентрационной зависимостью параметров, характерной, согласно исследованиям П.А. Ребиндера, для ПАВ: максимальный эффект -снижение критического напряжения сдвига на 96%, наблюдается при концентрации ПАВ 5% масс.

В пользу этого механизма свидетельствуют и результаты экспериментов при повышенной температуре: более интенсивное тепловое движение снижает уровень межмолекулярного взаимодействия в растворе и соответствующие реологические аномалии, уменьшается и эффективность действия ПАВ в силу физического характера адсорбции, но экстремальный характер зависимости при этом сохраняется.

Другой особенностью полученных кривых течения является наличие на них участков с отрицательным углом наклона, свидетельствующих о явлении, известном как «разрыв сплошности», характерном для упруго-вязких систем и увеличивающим критические градиенты давления при изоляции пористой среды на завершающем этапе водоизоляции.

Исследования тиксотропных свойств не выявили таковых у полимерного раствора, подтвердив тем самым полученные другим методом данные о его упруго-вязких качествах с малым временем релаксации.

Целью проведения микрореологических экспериментов было исследование структурно-механических свойств разработанного полимерного состава ГПС-1 непосредственно в масштабе поры для оценки влияния интерполиэлектролитного взаимодействия на его водоизолирующие свойства. Опыты проводились на оригинальной экспериментальной установке, разработанной в Уфимском государственном нефтяном техническом университете и позволяющей проводить измерения структурно-механических

свойств жидкости в плоском капилляре - узком зазоре, размеры которого можно регулировать в пределах 1.. .30 мкм.

Из полученных данных (Рисунок 2) видно, что контактное взаимодействие жидкости с твердой поверхностью обуславливает практически мгновенный скачок вязкости, кратно превышающий объемное значение этого параметра.

Время, ч

Рисунок 2 - Динамика изменения вязкости разработанного (ГПС-1) и исходного (ПС) полимерного состава в зазорах разной величины (1,8 и 3,6

мкм)

Поверхностную природу этого эффекта характеризует усиление отмеченных аномалий при увеличении интенсивности контактного взаимодействия, наблюдаемым при уменьшении величины узкого зазора, либо при добавлении ПАВ, действующего по поверхностному механизму. Адсорбция его на поверхности породы снижает интенсивность поля твердого тела, что позволяет жидкости сформировать в пристенном слое плотно упакованную надмолекулярную структуру с аномально высокими реологическими свойствами. Этот механизм объясняет увеличение вязкости как в присутствии ПАВ, так и в большем по величине узком зазоре.

Важно подчеркнуть корреляцию реологических (Рисунок 1) и микрореологических измерений (Рисунок 3): кривые течения в обоих случаях имеют четко выраженные ¿-образные участки, обусловленные разрывом сплошности образца полимерного состава.

Совпадение результатов исследований независимых методов, помимо корректности применяемых методик исследования, указывает на упруго-вязкий тип надмолекулярной структуры. Выявление упруго-вязкого характера полимерного раствора сделало необходимым проведение исследований уже при избыточном давлении для оценки воздействия этого фактора на структурно-механические и эксплуатационные параметры ГПС-1. Соответствующая работа была выполнена на реометре Physica MCR (Anton Paar) с использованием специальной ячейки для проведения измерений при повышенных давлениях и температурах, что позволило получить кривые течения исследуемых составов при полном моделировании пластовых термобарических условий.

450 400

Ч 350 я

£ 300

й 150 о

§■ 100

и 50

о

О 5000 10000 15000

Напряжение сдвига, Па

Рисунок 3 - Кривая течения разработанного полимерного состава ГПС-1 в

узком зазоре (1,8 мкм)

На первом этапе для разграничения влияния различных факторов (избыточного давления и повышенной температуры) на реологические свойства полимерного состава проводились эксперименты с поочередным моделированием одного из факторов: в первом случае - повышение температуры от 20 до 80°С при постоянном атмосферном давлении, во втором - увеличение давления от атмосферного до 20 МПа при постоянной температуре 20°С. Заключительным этапом исследований было проведение эксперимента с моделированием полного набора факторов - при температуре 80°С и давлении 20 МПа.

Из полученных кривых течения (Рисунок 4) видно, что ПАВ и температура по-разному влияют на реологические характеристики образцов. ПАВ является более сильным деструктурирующим фактором, пластифицирует надмолекулярную структуру, снижая ее прочность. Наблюдаемый эффект при этом слабо зависит от температуры. Температура является фактором более общего действия, уменьшая реологические показатели течения как на стадии неразрушенной, так и разрушаемой структуры.

20 18

—ПС (20 МПа/80С) —ГПС-1 (20 МПа/80С)

• • ПС (атм/20С)

• • ГПС-1 (атм/20С) - -ПС (атм/80С)

16

Ь 14

2 12 г

§10 и

£ 8

О 6 ________________СУ.................1—......^ ^ .. --ГПС-1 (атм/80С)

§ 4 ------------/ /» & И - =ПС (20 МПа/20С)

2 —1Т~--1 -~7— —Н <=>ГПС-1 (20 МПа/20 С)

О

0 2 4 6 8

Напряжение сдвига, Па

Рисунок 4 - Кривые течения полимерных составов ПС и ГПС-1 при моделировании пластовых термобарических условий

Сопоставление результатов исследований при атмосферном и избыточном давлении показывает, что степень влияния избыточного давления невелика и не влияет на характер течения, а присутствие ПАВ понижает вязкость на стадии разрушения надмолекулярной структуры.

Некоторое снижение реологических показателей на стадии разрушения надмолекулярной структуры, по сравнению с данными однофакторных экспериментов, при сохранении общего

вязкоупругого характера течения жидкости и связанных с ним последствиями разрыва сплошности, дают основание полагать, что рассматриваемый образец и в пластовых условиях будет проявлять высокие проникающие и изолирующие свойства.

В третьей главе представлены результаты фильтрационных исследований на образцах естественных горных пород (кернов), которые проводились на автоматизированной фильтрационной установке FDES-645 (Coretest Systems Corporation) при моделировании пластовых термобарических условий месторождений Западной Сибири. Основные результаты фильтрационных экспериментов № 1-4 на одиночных образцах кернов представлены в Таблице 1. Проведение этих исследований имело целью проверку установленных закономерностей и эффектов, а также отработку технологии регулирования фильтрационных потоков в низкопроницаемых неоднородных коллекторах с использованием разработанного полимерного состава ГПС-1.

Таблица 1 - Результаты фильтрационных экспериментов на одиночных образцах кернов (эксперименты № 1 -4)___

№ опыта Жидкость насыщения керна Водоизоляцион ный состав grad Р закачки состава, МПа/м Начальный grad Р сдвига геля в керне, МПа/м Фактор остаточного сопротивления, ед

1 Пластовая вода Исходный полимерный состав (ПС) 282,6 52,4 3,9

2 Пластовая вода ГПС-1 139,4 166,1 18,6

3 Пластовая вода ГПС-1 с оторочками СаСЬ - 291,7 42,3

4 Пластовая нефть ГПС-1 129,7 20 1,7

Полученные результаты однозначно свидетельствуют о значительном улучшении основных эксплуатационных параметров -проникающей и водоизоляционной способности разработанного полимерного состава ГПС-1 по сравнению с исходным (ПС): добавление ПАВ (гидрофобизатора НГ-1) позволило снизить один из

критически важных факторов - градиент давления закачки в два раза: с 282,6 МПа/м (опыт № 1) до 139,4 МПа/м (опыт № 2).

Установлено и значительное (в 5 раз) повышение фактора остаточного сопротивления, что объясняется более глубоким и равномерным проникновением состава в пористую среду и соответствующим повышением эффективности изоляции поровых каналов. Начальный градиент давления сдвига геля в керне возрос до 166,1 МПа/м (опыт № 2), что в 3 раза превышает значение этого параметра для исходного полимерного состава (52,4 МПа/м, опыт № 1). Это дает основание полагать, что разработанный состав будет создавать намного более прочный водоизоляционный экран в пласте, чем исходный.

Результаты эксперимента № 3 показали, что закачка оторочек раствора хлористого кальция значительно повышает изолирующую способность полимерного состава. По всем основным параметрам, характеризующим водоизолирующую способность, наблюдается существенный рост: начальный градиент давления сдвига геля в керне вырос в 1,75, а фактор остаточного сопротивления - в 2,3 раза.

Результаты эксперимента на нефтенасыщенном керне (опыт № 4) свидетельствуют о высокой селективности действия разработанного состава ГПС-1. Начальный градиент давления сдвига геля в нефтенасыщенном керне оказался равен 20 МПа/м, что в 8 раз меньше значения для водонасыщенного керна - 166,1 МПа/м (Таблица 2). Закачка состава в керн привела к снижению фазовой проницаемости керна по воде в 1,7 раза, что существенно меньше данных опыта № 2 - 18,6 раз.

Таким образом, разработанный полимерный состав обладает более высокими изолирующими свойствами в водонасыщенных интервалах, чем в нефтенасыщенных, что и подтверждает наличие у него селективных свойств. Следует отметить, что гелеобразующий состав ГПС-1 готовится на водной основе и его фазовая проницаемость близка к фазовой проницаемости воды, что приводит к преимущественному проникновению состава в водонасыщенные каналы, которые являются путями притока воды в нефтяные добывающие скважины.

Для фильтрационных экспериментов на моделях слоисто-неоднородных пластов использовалась фильтрационная система,

оснащенная двумя сходными кернодержателями, предназначенными для насыпных моделей различных по степени неоднородности пропластков - низко- и высокопроницаемого.

Целью исследований было определение эффективности использования технологии закачки водоизоляционного состава ГПС-1 с оторочками раствора хлористого кальция в условиях пластовых вод низкой и высокой минерализации на месторождениях с неоднородными коллекторами. Также планировалось определить прирост коэффициента нефтевытеснения при использовании технологии регулирования фильтрационных потоков в модели неоднородного пласта при помощи закачки полимерного состава ГПС-1.

Результаты исследований показали, что во всех опытах средний коэффициент нефтевытеснения до закачки полимерного состава при полном обводнении продукции оказался примерно одинаковым и варьировался от 41 до 48% (Таблица 2).

Таблица 2 - Результаты фильтрационных экспериментов № 5-8 на насыпных моделях нефтенасыщенного неоднородного пласта__

№ опыта Соотношение проницаемости пропластков, ед Средняя начальная нефтенасыщенность модели пласта, % Содержание СаСЬ в модели пластовой воды (г/Л) Прирост коэффициента нефтевытеснения, %

Закачка водоизоляционного состава ГПС-1 без оторочек СаСЬ

5 6,8 70,3 0,613 8

6 5,4 68,4 32,974 14

Закачка водоизоляционного состава ГПС-1 с оторочками СаСЬ

7 6,2 69,5 0,613 29

8 6,5 71,2 32,974 33

После закачки полимерного состава во всех опытах наблюдалось уменьшение подвижности воды в высокопроницаемом пропластке и увеличение ее в низкопроницаемом, что однозначно свидетельствует о перераспределении фильтрационных потоков в модели неоднородного пласта. Снижение подвижности воды в

высокопроницаемой зоне способствует выравниванию фронта и, в конечном итоге, дополнительному извлечению нефти из менее проницаемого участка.

Изучение влияния минерализации пластовых вод на эффективность действия разработанного полимерного состава ГПС-1 показало, что даже при высокой минерализации прирост коэффициента вытеснения (14 %, опыт № 6) оказался намного меньше, чем при закачке состава с оторочками раствора хлористого кальция (в среднем 31 %, опыты № 7 и 8). Таким образом, для повышения эффективности проводимых работ при использовании разработанного водоизоляционного состава ГПС-1 требуется одновременная закачка оторочек растворов хлористого кальция.

В экспериментах на насыпной модели неоднородного водонасыщенного пласта изучалось влияние неоднородности пластов на эффективность действия разработанного полимерного состава.

Рассчитанный по результатам экспериментов коэффициент селективности до закачки водоизоляционного состава составил 86% -такой объем воды фильтровался по высокопроницаемому пропластку, доля низкопроницаемого пропластка, таким образом, не превысила 14%. После закачки в высокопроницаемом пропластке сформировался прочный изоляционный экран, который перенаправлял поток воды в низкопроницаемую зону. Даже после частичного разрушения экрана в высокопроницаемом пропластке до 87% объема закачиваемой в модель неоднородного пласта воды проходило через низкопроницаемую часть модели пласта.

На основании изложенного можно сделать вывод, что селективность действия разработанного состава ГПС-1 будет проявляться не только в образовании водоизоляционного экрана преимущественно в водонасыщенной части пласта, но и за счет проникновения в большей степени в высокопродуктивные интервалы в случае добывающей или интервалы с наибольшей приемистостью для нагнетательной скважины.

В четвертой главе приводится обоснование техники и технологии проведения работ по регулированию фильтрационных потоков в низкопроницаемых неоднородных нефтяных коллекторах с использованием разработанного гидрофобизированного полимерного состава ГПС-1.

Предложена методика расчёта объёма закачки состава для изоляции интервала притока вод, который рассчитывается из условия образования гелевого водоизолирующего экрана с шириной, достаточной для сдерживания максимально возможных депрессий без нарушения своей целостности.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Проведенные теоретические и экспериментальные исследования позволяют сделать следующие выводы:

1) Анализ технологий регулирования фильтрационных потоков, применяемых при разработке нефтяных месторождениях с низкопроницаемыми коллекторами, показал перспективность использования внутрипластовой водоизоляции с помощью полимерных растворов, а также позволил определить основные недостатки традиционно используемых водоизоляционных полимерных растворов (недостаточная проникающая способность в низкопроницаемых коллекторах, низкая устойчивость в условиях высоких пластовых температур) и сформулировать основные требования к разрабатываемому полимерному составу для внутрипластовой водоизоляции в низкопроницаемых неоднородных коллекторах.

2) Разработан, доведен до промышленного производства (ООО «Синтез-ТНП», г. Уфа) и рекомендуется к применению для внутрипластовой водоизоляции на нефтяных месторождениях с низкопроницаемыми неоднородными коллекторами гидрофобизированный полимерный состав («Реагент ГПС-1 для внутрипластовой водоизоляции» по ТУ 2216-007-22650721-2012), представляющий смесь 3-10%-ного водно-щелочного раствора гидролизованного акрилсодержащего полимера «гивпан» и неионогенного поверхностно-активного вещества с гидрофобными свойствами - гидрофобизатора НГ-1 (1-5% масс.).

3) Установлено, что добавление к водно-щелочному раствору гидролизованного акрилсодержащего полимера «гивпан» неионогенного поверхностно-активного вещества с гидрофобными свойствами - гидрофобизатора НГ-1 (продукта реакции триэтаноламина с жирными кислотами таллового масла) приводит к значительному улучшению реологических свойств исходного

полимерного раствора (в частности, к снижению критического напряжения сдвига), устраняя тем самым один из основных его недостатков - низкую фильтруемость в пористую среду, что достигается за счет регулирования интенсивности интерполиэлектролитного взаимодействия, развивающегося в системе высокомолекулярный полиэлектролит-ПАВ, где последний является регулятором степени взаимодействия анионных боковых групп полимера.

4) В результате микрореологических исследований водоизоляционного полимерного состава в узком зазоре установлено, что при контактном взаимодействии жидкости с твердой поверхностью происходит практически мгновенный скачок ее вязкости, кратно превышающий объемное значение этого параметра. Поверхностную природу этого эффекта характеризует усиление отмеченных аномалий при увеличении интенсивности контактного взаимодействия, уменьшении величины узкого зазора, либо при добавлении к исходному полимерному составу ПАВ, действующего по поверхностному механизму: адсорбция его на твердой поверхности снижает интенсивность поля твердого тела, что позволяет жидкости сформировать в пристенном слое плотно упакованную надмолекулярную структуру с аномально высокими реологическими свойствами.

5) Результаты фильтрационных исследований, выполненных на образцах естественных кернов и моделях неоднородного нефтеводонасыщенного пласта, с использованием разработанного гидрофобизированного полимерного состава ГПС-1, показали:

> способность полимерного состава создавать в пористой среде пород коллекторов прочный водоизоляционный экран;

> высокую селективность действия полимерного состава, выражающуюся не только в преимущественном образовании изоляционного экрана в водонасыщенных интервалах, но и в проникновении состава большей частью в обводненные зоны;

> возможность повышения коэффициента вытеснения нефти из неоднородного пласта путем закачки полимерного состава с оторочками раствора хлористого кальция после полного обводнения высокопроницаемых пропластков;

> способность полимерного состава эффективно блокировать высокопроницаемые промытые пропластки, выравнивая тем самым профиль приемистости нагнетательных скважин.

6) Разработана технология регулирования внутрипластовых фильтрационных потоков путем закачки в нагнетательные и добывающие скважины гидрофобизированного полимерного состава ГПС-1, позволяющая снизить интенсивность обводнения и повысить коэффициент извлечения нефти на месторождениях с низкопроницаемыми неоднородными коллекторами.

Список работ, опубликованных по теме диссертации в изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки России:

1. Кондрашев А.О. Фильтрационные и микрореологические исследования водоизоляционных полимерных составов / А.О. Кондрашев, М.К. Рогачев, Н.К. Кондрашева, СЛ. Нелькенбаум // Электронный научный журнал «Нефтегазовое дело». - 2012. - №6. -С. 273-284. - Режим доступа: http://www.ogbus.ru/authors/KondrashevAO/KondrashevAO_l.pdf

2. Кондрашев А.О. Разработка гидрофобизированного полимерного состава для внутрипластовой водоизоляции низкопроницаемых коллекторов / А.О. Кондрашев, М.К. Рогачев, О.Ф. Кондрашев, С.Я. Нелькенбаум // Инженер-нефтяник. - 2013. -№3. - С. 34-39.

3. Кондрашев А.О. Водоизоляционный полимерный состав для низкопроницаемых коллекторов / А.О. Кондрашев, М.К. Рогачев, О.Ф. Кондрашев // Научно-технический и производственный журнал «Нефтяное хозяйство». - 2014. - №4. - С. 63-65.

4. Кондрашев А.О. Исследование реологических свойств водоизоляционных полимерных составов при пластовых термобарических условиях / А.О. Кондрашев, М.К. Рогачев // Научно-технический журнал «Нефтегазовое дело». - 2014. - Т. 12. - № 1. - С. 45-48.

5. Полимерный состав для внутрипластовой водоизоляции: пат. 2524738 Рос. Федерация: МПК Е21В; Рогачев М.К., Нелькенбаум С.Я., Мардашов Д.В., Кондрашев А.О., Кондрашева Н.К.; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВПО «Национальный минерально-сырьевой университет «Горный». - № 2013100315/03; заявл. 09.01.2013; опубл. 10.08.2014.

РИД Горного университета. 09.02.2015. 3.87. Т.100 экз. 199106 Санкт-Петербург, 21-я линия, д.2

201427

Î097

2014270097