Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Разработка и исследование промывочной жидкости для вскрытия продуктивных пластов с повышенным содержанием глинистых минералов (на примере месторождений Севера Тюменской области)

ВАК РФ 25.00.15, Технология бурения и освоения скважин

Автореферат диссертации по теме "Разработка и исследование промывочной жидкости для вскрытия продуктивных пластов с повышенным содержанием глинистых минералов (на примере месторождений Севера Тюменской области)"

На правах рукописи УДК 622.24542 (075) ДСП экз. № 00

САЛТЫКОВ ВЛАДИМИР ВАЛЕНТИНОВИЧ

РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОМЫВОЧНОЙ ЖИДКОСТИ ДЛЯ ВСКРЫТИЯ ПРОДУКТИВНЫХ ПЛАСТОВ С ПОВЫШЕННЫМ СОДЕРЖАНИЕМ ГЛИНИСТЫХ МИНЕРАЛОВ (на примере месторождений Севера Тюменской области)

Специальность 25.00.15 —Технология бурения и освоения скважин

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Тюмень-2001

Работа выполнена в ЗАО «Роспан Интернешнл» и в Тюменском государственном нефтегазовом университете (ТюмГНГУ)

Научный руководитель - канд. техн. наук Фролов А.А.

Научный консультант - д-р. геол.-минер. наук Салманов Ф.К.

Официальные оппоненты: - д-р техн. наук, профессор Лукманов P.P.

- канд. техн. наук, доцент Паршукова Л.А.

Ведущее предприятие: Тюменский научно-исследовательский и проектный институт природного газа и газовых технологий (ТюменНИИгипрогаз)

Защита состоится апреля 2001 г. в 12.00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.273.01 при Тюменском государственном нефтегазовом университете по адресу: 625039, Тюмень, ул. 50 лет Октября, 38.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Тюменского государственного нефтегазового университета по адресу: 625000, Тюмень, ул. Володарского, 38.

Автореферат разослан(2 марта 2001 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, д-р техн. наук, профессор

В.П.Овчшшиков

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Основные запасы углеводородного сырья месторождений севера Тюменской области в основном приурочены к неоком-:кому нефтегазоносному комплексу. Песчаные пласты и глинистые пачки его слагающие, характеризуются относительной выдержанностью и хорошей ко-реллируемостью. Залежи представлены сложным переслаиванием песчаников различной степени глинистости. Глины в большей своей части монтмориллони-гового тина, с глубиной гидрослюдируготся. Обменная емкость глинистых минералов изменяется от 35 до 50 мг-экв/100 г. Отмечается повышенное содержание катионов натрия и калия. Коэффициент коллоидальности разбуриваемых пород колеблется в пределах 0,18-0,35. Вскрытие производится в основном при репрессии на пласт. Высокая песчанистость разреза и наличие перепада давления в сторону пласта является причиной повышенной фильтрации технологических жидкостей в стенки скважины и следствием различного рода осложнений:

- формирование фильтрационной корки в интервале сеномана обусловливает прихватообразование;

- переувлажнение глин и аргиллитов (ганьковская, бёрезовская и кузнецовская свиты) приводит к интенсивному кавернообразованию и пересыщению Зурового раствора твердой фазой;

- проникновение фильтрата внутрь иоровой структуры пласта вызывает гнижение эффективного диаметра поровых каналов изменение фильтрационно-гмкостных показателей коллектора, и как следствие, снижает производительность скважин.

Установлено, что в результате воздействия фильтрата на пласт в зависимости от длительности контакта, проницаемости и глинистости пород пласта потеря продуктивности может достигать 90-95% и, в некоторых случаях 100% от расчетной.

Изложенное, обусловило постановку цели исследований и задач по ее реализации.

Цель работы. Повышение качества вскрытия сложных в литологиче-ском отношении продуктивных отложений месторождений севера Тюменской области путем разработки и применения рецептур буровых растворов с пониженной фильтратоотдачс й на полимерной основе.

Для достижения поставленной цели требуется решение следующих задач:

- анализ геолого-промыслового материала по породам, слагающим коллектора и существующим технологиям вскрытия;

- определение связи между коллекторскими свойствами пласта с временем их вскрытия, фильтрационными свойствами технологических жидкостей, методами освоения, величиной депрессии на пласт;

- обоснование выбора типа промывочной жидкости, ее компонентов;

- проведение экспериментальных исследований по изучению процессов фильтрации и выявлению оптимального сочетания компонентов бурового раствора;

- теоретическое объяснение процессов снижения фильтратоотдачи в

пласт;

- опытно-промысловое апробирование результатов экспериментальных и теоретических исследований;

- разработка руководящих документов по внедрению рекомендуемых разработок, анализ результатов промышленных испытаний.

Научная новизна диссертационной работы

- научно обоснована и экспериментально подтверждена методология снижения объема поступающего в пласт фильтрата, путем создания временного кольматационного экрана в приствольной части продуктивного пласта с максимальным сохранением его фильтрационно-емкостных свойств; »

- обоснована и подтверждена эффективность применения полимеров (полисахаридов)для снижения фильтрационных свойств буровых растворов в целях обеспечения качества вскрытия продуктивных горизонтов;

- разработаны составы технологических жидкостей для вскрытия про-

дуктивных пластов с использованием биополимеров на иолисахаридной основе.

Практическая ценность. Применение разработанных рецептур технологических жидкостей при вскрытии и разобщении продуктивных горизонтов не-окомского нефтегазоносного комплекса позволило повысить продуктивность скважин по сравнению с ранее применяемыми технологиями с использованием малоглинистых буровых жидкостей и инвертно-эмульсионных растворов.

Результаты выполненных теоретических, экспериментальных и промысловых исследований послужили основой разработки инструкций: чсхнологи-ческого регламента, внесений дополнений и изменений в технические проекты на строительство скважин, которые успешно внедрены при бурении на скважинах.

Апробация работы. Основные результаты, изложенные в диссертационной работе, докладывались на: ежегодных семинарах кафедры «Бурения нефтяных и газовых скважин» Тюменского государственного нефтегазового университета (1998-2001гг); научно-практической конференции «Освоение месторождений трудноизвлекаемых и высоковязких нефтей» (ОАО «Роснефть-Термнефть», 1999 г.); Всероссийской научно-практической конференции «Критерии оценки нефтегазоносности ниже промышленно освоенных глубин и определение приоритетных направлений геолого-разведочных работ (Пермь, 2000 г.); второй Всероссийской научно-технической конференции «Моделирование технологических процессов бурения, добычи и транспортировки нефти и газа на основе современных информационных технологий» (Тюмень, 2000 г.); Всероссийской научно-технической конференции «Проблемы совершенствования технологий строительства скважин и подготовки кадров для ЗападноСибирского нефтегазодобывающего комплекса» (Тюмень, 2000 г.); втором Международном симпозиуме «Наука и технология углеводородных дисперсных систем» (Уфа, 2000 г.); шестой Международной научно-технической конференции посвященной 50-летию Ивано-Франковского государственного технического университета нефти и газа (Ивано-Франковск, 2000 г.).

Публикации. Результаты проведенных теоретических и эксперимен-

тапьных исследований отражены в 17 публикациях, в том числе в 5 статьях, 12 тезисах докладов, поданы материалы на получение 2-х патентов.

Объем и структура работы. Диссертационная работа изложена на 159 страницах машинописного текста, содержит 10 рисунков, 35 таблиц. Состоит из введения, 4 разделов, основных выводов и рекомендации, списка использованной литературы.

В процессе выполнения работы, автор пользовался советами и консультациями доктора технических наук профессора Овчинникова В.П., кандидатов технических наук Татаурова В.Г., Овчинникова П.В., Гаршиной О.В., сотрудников предприятия «Роспан Интернешнл» Лысенкова O.K., ощущал поддержку сотрудников НИПИ ТСС Аксеновой Н-А.и многих других. Всем им диссертант считает необходимым выразить свою признательность и благодарность.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении дана краткая характеристика диссертационной работы, обоснована актуальность проблемы, показаны основные направления и пути ее решения с учетом геологических условий и наличия сырьевой базы.

В первой разделе приводится анализ геолого-технических условий вскрытия продуктивных горизонтов, сделан анализ влияния параметров и рецептур технологических жидкостей на коллекторские свойства пласта, поставлены цель работы и задачи ее реализации.

Основные запасы газа и нефти Уренгойской группы месторождений в основном охватывают нижнесреднеюрский, верхнеюрский нефтегазоносные комплексы, ачимовскую толщу, неокомские и апт-альбекие горизонты.

Нижнеюрский комплекс приурочен большей своей частью к средней юре и пластам ЬДд). Нижнеюрские отложения представлены песчаником, по площади более менее выдержанные. Углеводороды сконцентрированы в тре-щинно-поровом коллекторах. Среднеюрские отложения представлены Тюменской, Васюганской и Ганьковской свитами. Тюменская свита, составлена чередованием песчаников, алевролитов крепко сцементированных, плотных аргил-

литов. Для нее характерно обилие обугленных растительных остатков. В основании свиты залегают брекчии, конгломераты, гравеллнты. Георгиевская свита, сложена темно-серыми, почти черными глинами, слабо алевролитистыми с включениями глауконита. Васюганская свита главным образом состоит из глинистых и глинисто-алевролитовых пород с редкими, маломощными, не выдержанными по мощности песчано-алевролитовыми пластами.

Верхнеюрские нефтегазоносные пласты относительно просты но строению и характеризуются наличием устойчивой глинистой покрышки. Преимущественно представлены Баженовской свитой, сложены темно-серыми аргиллитами, битуминозными, слабоалевритистыми. Перечисленные нефтегазоносные залежи в основном являются перспективой будущего развития топливно-энергетического комплекса.

В настоящее время центральным объектом исследований является ачи-мовский нефтегазоносный комплекс. Ачимовская свита в стратиграфическом диапазоне тяготеет к низам глинистых свит или их аналогов, залегающих в Баженовской толще. Эти отложения характеризуются сложной литологией коллекторов, неоднородность которых обусловлена особенностями вторичных процессов. Промышленная нефтегазоносность Ачимовской свиты связана в основном с трещиннопоровыми коллекторами и вторичными коллекторами поро-вого типа, которые также приурочены к зонам развития трещинно-поровых коллекторов. Коллектора характеризуются низкими фильтрационными свойствами, высокой степенью уплотнения, относятся к коллекторам четвертого-шестого класса.

Выше ачимовских отложений, разделенный мощной прослойкой (до 250м) аргиллитоподобных глин разнообразной слоистости, залегает неоком-ский нефтегазоносный комплекс, являющийся сегодня главным объектом добычи углеводородного сырья и требующий пристального внимания и более детального изучения. Неокомский нефтегазоносный комплекс по своей сути является к которой приурочены продуктивные пласты группы БУ. Нижняя часть неокома представлена песчаными горизонтами БУщ-БУ^ Мешонской свиты.

Для неё характерно чередование песчаных и глинистых пород. Пласты группы БУ1-БУ9 в стратиграфическом диапазоне относятся к Вартовской свите. Нижняя ее подсвита представлена переслаиванием крупных песчано-алевролитовых и глинистых пластов. Пластовые условия характеризуются значительными колебаниями давлений от 27,1 до 53,3 МПа, величины отношений пластового давления к гидростатическому (коэффициент аномальности) составляют 0,92-1,09. Верхняя подсвита представлена переслаиванием аргиллитов, алевролитов и песчаников.

Апт-альб-сеноманский нефтегазоносный комплекс до последнего времени считался наиболее изученным и не таил в себе неожиданностей. В стратиграфическом диапазоне данный комплекс представлен Покурской свитой, отложения которой являются неравномерным переслаиванием алевролито-песчаных и глинистых пластов и пачек различной толщины, плохо выдержанных по площади. Разрез сеноманских отложений изучен и описан достаточно подробно. Представлен он переслаиванием песчаников, алевролитов и глин.

Краткое описание геологического разреза Уренгойской группы месторождений позволяет говорить о повсеместном присутствии в породах коллекторов глинистых включений. Глинистые породы, входящие в состав коллекторов в основном монгмориллонитового типа, с глубиной гидрослюдируются. Коэффициент коллоидальности разбуриваемых пород составляет 0,24-0,35. Обменная емкость глинистых минералов от 35 до 50 мг • экв/100 г, при этом отмечается повышенное содержание катионов калия и натрия, что приводит к интенсивному катионному обмену и набуханию глинистых частиц.

Из-за переувлажнения глин и аргиллитов отмечается интенсивное ка-вернообразование, перенасыщение буровых растворов твердой фазой и изменение вследствие этого его параметров. Высокая проницаемость отложений способствует фильтрации промывочной жидкости в пласт с образованием толстой фильтрационной корки, являющейся основной причиной частых прихватообра-зований, затруднения спуска обсадных колонн, некачественного разобщения проницаемых пластов. Проникший в пласт фильтрат, взаимодействуя с глини-

стыми включениями, с поверхностью поровых каналов, с насыщающими пласт флюидами и т.д. снижает фильтрационно-емкостные характеристики коллекторов.

В целях предотвращения возникновения названных осложнений при строительстве скважины на рассматриваемых месторол<дениях применяются калиевые системы, ограничивающих гидратацию глинистых минералов в продуктивном пласте. Технологическим регламентом по- химической обработке (РД 0158758-182-96) определена следующая группа реагентов, обеспечивающих регулирование технологических параметров - ОК8-ех1епс1ег, К-14, КМЦ, ЛТМ, Унифлокс, ФХЛС, ПЭО, СКЖ, ЖИРМА, Эаурап, 8шее1ех, Кет-раэ, РоН-Кет и др. Параметры раствора при вскрытии продуктивных пластов, в частности неокома, должны быть следующими: показатель фильтрации 4-5 см3 за 30 мин., структурно-механические и реологические параметры: УВ-25-30с., СНС„ю- 10-20/20-40 дПа, п„л-15-17мПас, т0-18-35 дПа.

Анализ состояния качества вскрытия показал, что и при этих параметрах промывочной жидкости при времени контакта бурового раствора порядка трех, суток потеря продуктивности пласта с проницаемостью 10x10"3 мкм2 составила примерно 85-90%, а пластов с проницаемостью 25х10"3 мкм2 около 50%. Увеличение времени контакта раствора с пластом еще более снижает продуктивность скважины. В зависимости от глинистости их продуктивность снижается на 90-100%. Полученные результаты послужили основой постановки цели и задачи исследований, изложенные выше.

Во втором разделе работы проведен анализ применяемых при строительстве скважин полимерных реагентов, разработаны теоретические предпосылки создания безглинистых полимерных буровых растворов, обеспечивающих максимально-возможное сохранение фильграционно-емкостных свойств продуктивных горизонтов неокомского и апт-альб-сеноманского нефтегазоносных комплексов Уренгойской группы месторождений, обоснованы методы и методики исследований.

Впервые применение полимеров в практике строительства скважин было осуществлено в США в штате Техас в середине 50-х годов прошлого столетия. В качестве полимера использовался сополимер вшшлацетата и малеиновой кислоты. Позднее, стали применять акриловые полимеры - ГПАА, гипан и др. В нашей стране полимерные буровые растворы нашли применение лишь в первой половине 70-х годов и продолжают в настоящее время, благодаря работам К.С.Ахмадеева, Т.Д. Дедусенко, Э.Г.Кистера, М.И.Липкеса, У.А.Скальской, М.К.Туранова, А.У. Шарииова, Б.С. Андресопа, К.Л.Минхайрова, М.Р.Мавлютова, Н.И. Крысина, Р.Г. Ягофарова, А.Г. Нигматуллиной, В.Г.Татаурова, А.М.Нацепинской, O.K. Ангелопуло и др.

Ими и зарубежными фирмами, предложены к использованию широкий круг полимеров: DKS-extender {для повышения вязкости, снижения коэффициента нелинейности, уменьшения кавернообразования); DK-drill - акриловый полимер и Smeetex - высокомолекулярный полиакрилоамид анионного типа (близки по свойствам и назначению к предыдущему); Г1ЭО полиэтиленоксид (для оперативного загущения бурового раствора); КМЦ и ее модификации - натриевая соль простого эфира целлюлозыи гликолевой кислоты; полимеры акрилового ряда (К-14, гипан, полиакрилонитрил) - для снижения фильтрации; ФХЛС - феррохромлигносульфонат (для снижения фильтрации и вязкости бурового раствора, в сочетании с КМЦ и ГКЖ способствует ингибированию гидратации глинистых пород); CYPAN - для понижения фильтрации и стабилизации раствора; CYDRJL - полимер акрилового ряда с сильным анионным зарядом (используется в качестве понизителя фильтрации, регулятора вязкости, обладает высокими ингибирующими свойствами); Polu-Kem- высокомолекулярный анионный полиакриламид флокулянт (обладает ингибирующими свойствами, совместим со всеми реагентами, может применяться в пресных и минерализованных системах); KEM-PAS - среднемолекулярный сополимер по-лиакрилата натрия с высоким анионным зарядом (для регулирования показателя фильтрации буровых растворов с малым содержанием твердой фазы); KAN-FLOC- полиакриламидный полимер (обладает избирательной флокулирующей

способностью); ОЕХТШО- устойчивый к ферментативной деструкции крахмал (используется для регулирования фильтрации с минимальным возрастанием вязкости, особенно эффективен в минерализованных системах); РАС (РАС-1, РАС-Ю- полианионный целлюлозный полимер, аналог КМЦ (применяется для регулирования вязкости и показателя фильтрации) и многие другие.

Приведенная характеристика применяемой гаммы полимерных реагентов показывает, что основное их назначение это снижение фильтратоотдачи буровых растворов.

ГТри вскрытии продуктивного пласта полимер частично отфильтровывается па границе скважина - пласт, образуя низкопроницаемую корку (пленку) и частично проникает в приствольную зону продуктивного пласта. Молекула полимера из-за отсутствия симметрии распределения электронов, является биполярной. Такие молекулы ведут себя так, если бы они были центрами положительных и отрицательных зарядов. Глинистые минералы, входящие в состав коллектора так же полярны. Если глины находятся в контакте с жидкостями, растворами, содержащими полярные вещества, то отрицательные центры на глинистых минералах притягивают положительные центры полярных веществ окружающей жидкости. Бредли показал, что полимеры, адсорбируясь на глинистых минералах, могут образовывать сложные молекулярные слои. Кроме того, полимер, адсорбируемый на б&зальной плоскости глинистого минерала вытесняет воду с этой поверхности. А неорганические катионы, как показал Мак-Эван, присутствующие на поверхности глинистого минерала не обязательно вытесняются адсорбцией органических молекул.

Таким образом, полимер, находясь в поровом пространстве и адсорбируясь на поверхности перового канала сужает его, тем самым снижая эффективную проницаемость. С другой стороны, адсорбируясь на глинистых минералах, входящих в состав коллектора, предотвращает их гидратацию и набухание. По мере накопления полимера в поровой структуре пласта происходит закупоривание канала, образуется кольматационный экран.

Необходим выбор такого полимерного реагента, который бы со време-

нем деструктурировался под действием ферментов и физико-химических агентов, вызывая разрушение образуемого им кольматационного экрана. При помощи деструкторов и ингибиторов деструкции можно было бы управлять сроками, скоростью и полнотой расформирования зоны кольматации продуктивного пласта.

С учетом изложенного, наиболее перспективны полисахариды. Основная причина их выбора - хорошая пленкообразующая способность, подверженность химической и биологической деструкции.

Полисахариды - высокомолекулярные продукты поликонденсации моносахаридов, связанных друг с другом гликозидными связями и образующие линейные или разветвленные цепи. Между цепями возникают ван-дер-ваальсовые силы, водородные связи или поперечные мостики. Природа углеводородных функциональных групп, степень замещения, полимеризации и вет-ления, однородность полимера а также характер связей, конформация цепей и структур определяет коллоидно-химические свойства этих реагентов. Все они различаются по стабилизирующей способности и обладают сравнительно невысокой термической, ферментативной и гидролитической устойчивостью.

Для приготовления буровых растворов полисахариды должны отвечать следующим требованиям:

- при минимальной концентрации эффективно воздействовать на фильтрационные и реологические свойства минерализованных буровых растворов;

- обладать ферментативной устойчивостью и термостабильностью;

- скорость деструкции полимера должна регулироваться действием специальных химических реагентов;

- быть экологически безопасным.

Анализ показал, что ряд полисахаридных реагентов не соответствуют представленным выше требованиям. Так имеются сведения по применению глюкогеновой кислоты и ее солей для улучшения реологических свойств. Но данный полисахарид является пищевым продуктом и кроме того он дорогостоящий. Декстрины не обеспечивают регулирование физико-химических

свойств ни в пресных, ни в минерализованных системах. Декстриновая крошка может применяться в качестве кояьматационного наполнителя. При использовании гуаровой смолы в безглинистом буровом растворе, последний, имеет предельно высокие реологические значения. При снижении реологических свойств, до значений приемлемых в бурении, происходит резкий рост показателя фильтрации.

Наиболее целесообразно для решения поставленных задач использовать крахмалы. Они представляют собой природную смесь полисахаридов -амилозы (15-20%) и амилопектина (75-80%) собщей формулой (С6Ню05)п. Эти фракции обладают различными свойствами. ■ •

Молекулы амилозы представляет собой линейные и слабо разветвленные спиралеобразные цепи. Амилоза в разбавленных растворах крахмала легко ассоциируется и осаждается (явление ретроградации). В более концентрированных растворах это придает крахмалу способность к образованию геля.

Амилопектин сильно разветвлен и обладает дихотамической структурой, устойчив в растворе и не обнаруживает склонностей к ретроградации.

Крахмал белый порошок (под микроскопом зернистый) не растворим в холодной воде, в горячей набухает, образуя коллоидный раствор (крахмальный клейстер). При этом вода проникает между молекулами крахмала и нарушает водородные связи. Во время нагревания нарушается структура крахмальных зерен. Вначале идет органическое набухание, затем крахмальное зерно увеличивается в несколько раз. Поглощая еще большее количество воды, оно разрушается, теряя форму. Однако полное растворение крахмала невозможно, так как макромолекулы амилозы группируются в пучки или парокристаллические фибриллы.

Клейстеризация крахмала может быть достигнута, не только путем нагревания, но и другими способами. Для этого его необходимо модифицировать. Достигается это путем преобразования многочисленных функциональных групп углеводородных цепей и их деполимеризацией. Имеются различные

методы модификации крахмала - путем декстринизации кислотой, фосфатиро-вания, окисления, обработкой ферментами, аминами, альдегидами и т.д.

Наличие гликозидных связей обуславливает возможность гидролиза в результате нагревания, действия кислот, щелочей, окислителей и ферментов. Концевые альдигидные группы позволяют осуществлять реакции конденсации и окисления. Большое количество спиртовых шдроксилов дает возможность реакции окисления, этерификации, образованию алкоголятов. Возможно также модифицирование с образованием поперечных связей, придающим макромолекулам особую устойчивость. Во всех случаях достигается клейстеризация - основной механизм образования коллоидных крахмальных растворов.

Бромиды, иодиды, роданиды натрия и некоторые другие соли усиливают набухание крахмала и позволяют клейтеризировать его на холоде. Обработка йодом улучшает стабилизирующие действия крахмала .

Крахмал подвержен физической, химической и биологической деструкции. Реакции деструкции протекают с разрывом химических связей в главной цепи макромолекулы с образованием макрорадикалов. Свободные макрорадикалы могут инициировать реакцию деструкции. При помощи ферментов и бактерицидов можно управлять процессом деструкции крахмала, а следовательно регулировать формирование и разрушение кольматационного экрана. В качестве их можно использовать формальдегид, фенол, креозол и их производные.

Возможность управления устойчивостью крахмала к деструкции является основополагающим моментом при выборе его в качестве полимеробразую-щей добавки в составе бурового раствора, обеспечивающего восстановление фильтрационно-емкостных свойств проницаемых пластов.

При проведении исследований использовались стандартные методы и методики. Обработка результатов проводилась с использованием компьютерных программ Statistika W/5.0 и 6.0, Mikrosoft exel 7.0, Mikrosoft Craph 5.0 с доверительными таблицами и макимальным отклонением 1,5%.

Третий раздел работы посвящен описанию результатов экспериментальных исследований.

Способность крахмала под действием деструкторов расщепляться на бо-ее простые сахара и возможность управления этими процессами (ускорять водом дополнительного деструктора или. замедлять при помощи ввода бакте-ицида) является основополагающим фактором при разработке буровых рас-воров для вскрытия продуктивных пластов месторождений Севера Тюменской бласти.

Совместно с А.М.Нацепинской, В.Г.Татауровым, В.П.Овчинниковым ыло исследовано более 30 видов крахмальных реагентов, в том числе экстру-ионные крахмальные реагенты (ЭКР) из разного сырья (пшеничный, кукуруз-ый, ржаной и ячменный), отличающиеся по способу приготовления и экстру-ирования, и картофельные крахмалы различных фирм и заводов изготовите-ей.

Выявлено, что по эффективности исследованные экструзионные крах-[алы располагаются в следующей последовательности; ячменный -> пшенич-ый ржаной —> кукурузный. Проведены сравнительные испытания «чистых» рахмалов - картофельного и кукурузного, По сравнению с ЭКР они имеют ольший показатель фильтрации и более высокие реологические свойства. Из чистых» крахмалов наиболее эффективен картофельный, т.к. для получения еагента высокой вязкости требуется меньшее содержание каустической соды: картофельный крахмал: щелочь =10:1), (кукурузный крахмал: щелочь = 6,6 -,3 : 1). Кроме того картофельный крахмал более устойчив к полисолевой аг-ессии хлоркальциевого типа.

Выявлено, что состав (крахмал: щелочь = 10:1) имеет ряд недостатков: ри повышении давления с 0,1 до 0,7 МПа происходит повышение показателя жльтрации в 2-14 раз; фильтрационные корки недостаточно устойчивы к по-исолевой минерализации. Поэтому была предложена технология приготовлена крахмального реагента путем частичного замещения щелочи на метасили-ат натрия. Разработан силикатно-крахмальный реагент, содержащий в своем осгаве метасиликат натрия и дополнительно, для более полного гидролиза рахмала каустическую соду с различным инградиентным соотношением:

[крахмал - каустическая сода - метасиликат натрия = 1 : (0,04 - 0,08) : (0,2 -0,6)]. Исследования проводились с использованием пластовой воды различной степени минерализации.

Анализ полученных результатов показал, что:

- увеличение содержания крахмального реагента понижает подвижность раствора, условная вязкость повышается до 27 усл.ед. и намечается ее стабилизация при содержании крахмального реагента более 2%;

- содержание пластовой воды при малой величине ее минерализации практически не влияет на изменение подвижности раствора (степень минерализации мала р=1080 кг/м3);

- показатель фильтратоотдачи снижается с увеличением содержания крахмального реагента. При его содержании около 2% показатель фильтрации близок к нулю, эффективная вязкость увеличивается;

- повышение содержания пластовой воды несколько повышает фильтра-тоотдачу раствора; • '

- содержание пластовой воды несколько снижает эффективную вязкость, изменение статического напряжения сдвига аналогично изменению эффективной вязкости.

Также установлено, что данный реагент обладает высокой ферментативной устойчивостью и термостабилыюстью. Это связано с тем, что в водном растворе силикаты экранируют реакционные участки молекулы крахмала, в том числе амилозы, препятствуя диффузии кислорода к слабым звеньям макромолекулы и тем самым затормаживают не только ферментацию, но и течение самой термоокислительной деструкции.

Известно, что крахмальные буровые растворы при ферментативном разложении не поддаются обработке и должны быть полностью заменены. Проведенными исследованиями обосновано и показано, что обработка бурового раствора, перекисными соединениями при определенной концентрации стабилизирует свойства раствора, а также позволяет регенерировать растворы, подверженные ферментативному разложению. При взаимодействии крахмала с пер-

гидратом мочевины (ПГМ) в водной среде происходит связывание макромолекул амилозы в комплексное соединение, более устойчивое к ферментативному воздействию, что подтверждается сохранением стабильности раствора в течении длительного времени. Первоначальное значительное снижение вязкости раствора, скорее всего, связано с присутствием активного кислорода (Ог), вызывающего деструкцию части ангидроглюкозидных циклов, что и приводит к снижению вязкости.

Пероксид водорода в сочетании с мочевиной нейтрализует активность ферментов, процесс ферментативного брожения прекращается. Этот раствор после дополнительной обработки крахмальным реаге'нтом восстанавливает свои свойства и сохраняет их в течении длительного времени, аналогично вновь приготовленному буровому раствору.

Влияние разработанной рецептуры промывочной жидкости на фильтра-ционно-емкостные свойства коллекторов оценивались на установке РОЕ5-65(Й , позволяющая имитировать скважинные условия.

Установлено, что при введении в раствор 0,1% пергидрата мочевины проницаемость зоны кольматации полностью восстанавливается через 24 часа, при введении в раствор 0,07% ПГМ восстановление проницаемости происходит через 5 суток.

На этой основе разработана технология ускоренного восстановления коллекторских свойств пласта. Показано, что коэффициент восстановления об-эазцов керна после воздействия фильтрата ББР, содержащего в своем составе пероксиды, составляет 95-98%.

В четвертом разделе приводятся результаты опытно-промышленного внедрения разработанной рецептуры раствора для вскрытия продуктивных горизонтов, описана технология его приготовления.

Для приготовления безглинистого полимерного бурового раствора, предназначенного для вскрытия продуктивных пластов, на основе крахмалов предполагается использование стандартного бурового оборудования: глиномешалок, цементировочных агрегатов, осреднительной емкости и другой техники.

Приготовление раствора в основном производится путем обработки водного раствора солей требуемой плотности крахмальным реагентом. Последний готовится в следующей последовательности. В перемешивающее устройство (глиномешалку или другое оборудование) заливают 1/3 необходимого объема технической воды, вводится требуемое количество крахмала, раствор перемешивается в течении 15-20 минут. Затем заливают расчетное количество каустической соды, метасиликата натрия и смесь перемешивают в течении 20-25 минут. Доливают остаточное количество воды. Раствор перемешивается дополнительно еще б течении часа. Приготовленным реагентом обрабатывают солевой раствор, до получения требуемых показателей, значения которых представлены в таблице.

Таблица - Показатели свойств безглинистого полимерного раствора

Наименование Единица Методы измерений, Требуемые

. показателя измерений приборы значения

Плотность кг/м3 Ареометр АГ-ЗПП Весы рычажные -Плотномер ВРП-1 1020-1190

Условная вязкость с ВП-3 15-20

Статическое напря- Па СНС-2 0.2-1,0

жение сдвига; СЬ / Ою 0,5-2,0

Водородный показатель бурового рас- рН-метр рН-121, ионометр ИМ-2 8-9

твора, рН

Показатель фильтра- см3/30 мин ВМ-6, 0-5

ции, Ф Фильтр-пресс ФЛР-1

Стабильность буро- % ЦС-2 <2%

вого раствора, 8»

Опытно-промышленное внедрение рецептуры безглинистого полимерного раствора осуществлялось на Восточно-Уренгойском месторождении. Геологические условия вскрываемых пластов: пластовые давления — близки к гидростатическому, забойные температуры — 70-80 °С; продуктивные пласты — низко и средне-проницаемые песчаники с остаточной глинизацией 12-16%. Вскрытие пластов осуществлялось с применением средств тонкой очистки

вибрационные сита с линейными колебаниями, высокоскоростная центрифуга) [ специализированного комплекса противовыбросового оборудования (вращающийся превентор, блоки сепарации, дегазации и дросселирования).

За время бурения раствор имел стабильные показатели во времени. Его шльтрационные и структурно-механические свойства не изменялись при по-туплении выбуренной породы и пластовых флюидов. Расход хим. реагентов 1С превышал допустимых норм. Скважины были закончены без осложнений. То данным гидродинамических и промыслово-геофизических исследований становлено отсутствие зоны загрязнения в призабойной зоне пласта (ПЗП), голучено отрицательное значение «скин-эффекта», что указывает на отсутствие ;родуктов загрязнения.

Результаты освоения скважин показали, что коэффициент продуктивно-ти по сравнению со скважинами, где вскрытие продуктивных пластов осуще-твлялось базовыми буровыми растворами (инвертно-эмульсионный и поли-герглинистый раствор на основе акриловых полимеров) выше в 3.2-7.6 раза. )тмечено также снижение времени освоения скважин.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

По результатам проведенных теоретических и экспериментальных иссле-;ований сделаны следующие основные выводы и рекомендации.

1. Научно обоснованы и экспериментально подтверждены перспектив-ость, эффективность и целесообразность применения технологии снижения бъема проникающего в пласт фильтрата путем создания в приствольной части роницаемых пластов, в том числе и продуктивных, временного кольматациои-:ого экрана, а также снижения показателя фильтратоотдачи буровых растворов рименением полимеров на полисахаридной основе.

2. .Установлено, что полимер, попадая в поровое пространство породы, дсорбируется на поверхности поровых каналов, сужает их, образует кольмата-|Ц0нный экран. Адсорбируясь на глинистых минералах, входящих в состав по-

роды-коллектора, предотвращает их гидратацию и набухание. Связывая значительное количество дисперсионной среды снижает фильтратоотдачу бурового раствора.

3. Экспериментальными исследованиями установлено оптимальное содержание вводимого в буровой раствор на основе водного раствора солей калия крахмального реагента, а также добавок-ферментов, вызывающих деструкцию образуемого кольматационного экрана.

4. Доказано, что содержание крахмального реагента более 2% не целесообразно, поскольку при этом основные показатели бурового раствора стабилизируются, реологические показатели ухудшаются. Степень минерализации раствора осложняет поведение всей системы в целом.

5. Теоретически и экспериментально обосновано использование пергид-рата мочевины для стабилизации и регенирирования свойств растворов, на основе полисахаридов, подверженных ферментативному разложению.

6. Результатами экспериментальных и опытно-промысловых исследований показано, что при применении полимерсолевых буровых растворов на основе полисахаридов проницаемость зоны кольматации практически полностью восстанавливается. За время бурения его фильтрационные и структорно-механические свойства остаются стабильными. Коэффициент продуктивности в 3-7 раз выше по сравнению с применением полимерглинистых и инвертно-эмульсионных буровых растворов.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1. Овчинников В.П. К решению проблемы качественного вскрытия и разобщения пластов /В.П.Овчинников, Н.А.Аксенова, П.В.Овчишшков, В.В.Салтыков, A.B. Кузнецов // Журн. Бурение.- М.: Московская буровая компания, 2000,-№3,-С. 8-10.

2. Овчинников В.Г1. К вопросу вскрытия продуктивных пластов / В.П.Овчинников, В.В.Салтыков, П.В.Овчинников, Н.А.Аксенова // Критерии

ценки нефтегазоносное™ ниже промышленно освоенных глубин и определе-ие приоритетных направлений геолого-разведочных работ: Тез докл. конф. 80 февр. 2000 г.-Пермь: КамНИИКИГС, 2000.-С.260-261.

3. Добрынин Н.М. Условия разработки месторождений Уренгойской руппы севера Тюменской области /Н.М.Добрынин, В.Ф.Сорокин, :.В.Салтыков, В.П.Овчинников, А.А.Фролов, Г.В. Крижановский // Там же, с. 55-256.

4. Салтыков В.В. Промывочные жидкости для вскрытия ачимовских от-ожений Уренгойской группы месторождений /В.В.Салтыков, В.П.Овчинников, ..А.Фролов, Н.М.Добрынин, В.Ф.Сорокин, П.В. Овчинников // Там же, с. 258.

5. Овчинников В.П. Буровые растворы для вскрытия продуктивных Платов /В.П. Овчинников, Н.А. Аксенова, П.В. Овчинников, В.В.Салтыков, '.Ф.Сорокин, В.В. Подшнбякин, В.В.Подшибякин, О.В.Гаршина, ..М.Нацепинская, В.Г.Татауров //Изв. вузов. Нефть и газ,-Тюмень: ТюмГН-У,2000.-№ 4.-С.21-26.

6. Овчинников В.П. Использование полимеров при строительстве сква-:ин /В.П.Овчинников, Н.А.Аксенова, В.Ф.Сорокин, В.В.Салтыков, [.В.Овчинников, Р.Ю.Кузнецов // Изв. вузов. Нефть и газ, - Тюмень: ТюмГН-У,2000.-№ 5.-С.75-81.

7. Салтыков В.В. Анализ состояния технологических средств и техноло-ий вскрытия продуктивных горизонтов на Уренгойском месторождении / '.В.Салтыков, Н.А.Аксенова //Моделирование технологических процессов бу-ения, добычи и транспортировки нефти и газа на основе современных инфор-ационных технологий: Материалы Второй Всеросс. науч.-техн. конф. 19-21 пр.2000 г.-Тюмень: ТюмГНГУ, 2000.-С.8-9.

8. Салтыков В.В. Особенности и закономерности условий формирования строения основных нефтегазоносных комплексов на Уренгойском месторож-ении / В.В.Салтыков, В.П.Овчинников, Н.А.Аксенова // Там же, с. 7-8.

9. Овчинников В.П. Использование полимеров при строительстве сква-:ин / ВХШвчинников, Н.А.Аксенова, В.Ф.Сорокин, В.В.Салтыков., П.В. Ов-

чшшиков // Проблемы совершенствования технологий строительства скважин i подготовка кадров для Западно-Сибирского нефтегазодобывающего комплекса: Материалы Всерос. науч.-техн. конф. -Ткшень:ТюмГНГУ,2000.-С.25-26.

10. Овчинников В.П. Механизм действия крахмала в составе буровы> растворов и тампонажных растворов /В.П.Овчинников, Н.А.Аксенова В.В .Салтыков, // Там же, с.30-31.

11. Овчинников В.П. Состояние строительства скважин на ачимовскис отложения Уренгойской группы месторождений /В.П.Овчинников

A.А.Фролов, Н.М.Добрынин, В.В.Салтыков, В.Ф.Сорокин, H.A. Аксенова // Освоение месторождений трудноизвлекаемых и высоковязких нефтей: Тезись докл.конф. «Роснефть-Термнефть», 2000.-С.48-49.

12. Овчинников В.П. Использование биополимеров при строительстве скважин /В.П.Овчинников, H.A. Аксенова, В.Ф.Сорокин, В.В.Салтыков, П.В Овчинников //Шестая Междунар. науч.-практич. конф. 31 окт.-З нояб. 2000,-Наука и технология углеводородных дисперсных систем: Тез.второго междунар. симпозиума 2-5 окт,2000 г.-Уфа: Изд-во. «Реактив»,2000-С.61-63.

13. Овчинников П.В. О возможности повышения сопротивляемосп-проницаемых пластов проникновению в него технологических жидкостей /П.В Овчинников, Н.А.Аксенова, В.В.Салтыков //Шестая Междунар. науч.-практич конф. 31 окт.-З нояб. 2000- Ивано-Франковск, изд-во "Факел, 2000.-Ч. 103-104.

14. Овчинников В.П. Промывочная жидкость для вскрытия продуктив ных пластов. / В.П.Овчинников, П.В.Овчишшков, О.В.Гаршина, В.Г. Татауров

B.В.Салтыков // Там же, с. 97-100.

15.Брехунцов A.M. Западная Сибирь останется главной нефте- и газодо бывающей провинцией России в XXI в. / А.М.Брехунцов, А.Н.Золотов, В.И Резуненко, Ф.К. Салманов, В.В.Салтыков, В.И. Шпильман //Науч.-техн. журн НТЖ . Геология нефти и газа, -М.: ЗАО «Геоинформатик», 2000.-№4.-С.2-8.

16. Овчинников П.В. Особенности и преимущества использования по лимерцементных фильтров./ П.В.Овчинников, Н.А.Аксенова, В.В. Салтыков / Основные направления науч.-исследовательских работ в нефтяной промыш

сти Западной Сибири: Сб. трудов,- ТюменыСкбНИИНП, 2000, - с. 19217. Салтыков В.В. Буровой раствор для создания временного кольмата-гого экрана. /В.В.Салтыков, В.Ф.Сорокин, Н.А.Аксенова /Нам же, с. 198-

'оискатель

В. В. Салтыков