Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Совершенствование качества технологических жидкостей для первичного вскрытия продуктивных пластов и глушения скважин

ВАК РФ 25.00.15, Технология бурения и освоения скважин

Автореферат диссертации по теме "Совершенствование качества технологических жидкостей для первичного вскрытия продуктивных пластов и глушения скважин"

На правах рукописи

005014432

КОНЕСЕВ ВАСИЛИЙ ГЕННАДЬЕВИЧ

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ КАЧЕСТВА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ЖИДКОСТЕЙ ДЛЯ ПЕРВИЧНОГО ВСКРЫТИЯ ПРОДУКТИВНЫХ ПЛАСТОВ И ГЛУШЕНИЯ СКВАЖИН

Специальность 25.00.15 - «Технология бурения и освоения

скважин»

1 5 [.'¡АР 2072

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Уфа-2012

005014432

Работа выполнена на кафедре «Бурение нефтяных и газовых скважин» Уфимского государственного нефтяного технического университета

Научный руководитель доктор технических наук, с.н.с.

Исмаков Рустэм Адипович

Официальные оппоненты:

Зейгман Юрий Вениаминович доктор технических наук, профессор, кафедра «Разработка и эксплуатация нефтегазовых месторождений» Уфимского государственного нефтяного технического университета, заведующий кафедрой

Аксёнова Наталья Александровна кандидат технических наук, доцент, кафедра «Бурение нефтяных и газовых скважин» Тюменского государственного нефтегазового университета, доцент

Ведущая организация ООО «ВолгоУралНИПИгаз»

оо

Защита состоится «23» марта 2012 г. в /2 на заседании диссертационного совета Д212.289.04 при Уфимском государственном нефтяном техническом университете по адресу:

450062, Республика Башкортостан, г. Уфа, ул. Космонавтов, 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Уфимского государственного нефтяного технического университета

Автореферат разослан «. ¡г » февраля 2012 г.

Учёный секретарь диссертационного

совета

Ямалиев Виль Узбекович

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследований. Стремление сохранить проницаемость продуктивных коллекторов при заканчивании строительства скважин является важной особенностью современных технологий в нефтегазовом деле. На всех основных этапах заканчивания скважин преимущественно используются технологические жидкости на водной основе, которые являются не лучшими с точки зрения сохранения фильтрационно-ёмкостных свойств (ФЕС) продуктивных пластов, но являются наиболее технологичными и экологически безопасными, обеспечивают успешное достижение конечных целей, удовлетворительные и безопасные условия труда. Поэтому улучшение свойств технологических жидкостей на водной основе, особенно, используемых при первичном вскрытии и глушении продуктивных пластов скважин в процессе выполнения ремонтных работ является актуальной задачей современных технологий заканчивания и эксплуатации скважин.

Научные основы совершенствования технологических жидкостей на водной основе предусматривают концепцию последовательного применения на каждом этапе заканчивания и ремонта скважин комплексно улучшающих, облагораживающих их свойства реагентов, в конечном счёте, повышающих эксплуатационные показатели нефтегазовых объектов.

Цель работы.

Разработка и внедрение реагентов многоцелевого действия, направленных на повышение качества первичного вскрытия и глушения продуктивных пластов.

Основные задачи исследований.

1. Обосновать функции компонентов и комплекс методов их изучения при разработке реагентов многоцелевого действия с целью улучшения гидрофобизирующих, коркообразующих, поверхностно-активных, триботехнических и антикоррозионных свойств технологических жидкостей.

2. Обосновать выбор компонентного состава комплексного реагента с целью улучшения качества первичного вскрытия продуктивных пластов.

3. Обосновать выбор состава жидкости глушения скважин.

4. Разработать техническую документацию и провести промысловые испытания.

Методы решения поставленных задач.

Аналитические исследования проявления свойств органических соединений с различными функциональными группами применительно к условиям использования технологических жидкостей в бурении и ремонте скважин, лабораторно-промысловые исследования с применением методов планирования, физического моделирования и статистической обработки результатов экспериментов с привлечением соответствующих современных компьютерных программ.

Научная новизна.

1. Установлено, что для улучшения противоизносных и антифрикционных свойств глинистых и безглинистых промывочных жидкостей на водной основе, используемых при первичном вскрытии продуктивных пластов, в составе многофункционального реагента предпочтительно содержание компонентов с гидроксильной, карбоксильной и сульфидной группами.

2. Показано, что для улучшения фильтрационно-емкостных свойств продуктивных коллекторов на этапе глушения скважин перед выполнением ремонтных работ в составе концентрата технологической жидкости предпочтительно наличие компонентов с одно-, двухатомными и диоксановыми спиртами.

3. Обоснована методология и реализовано техническое обеспечение исследования антифрикционных свойств фильтрационных корок промывочных жидкостей, позволяющие определять статический и динамический коэффициент трения пары «металл-корка».

Защищаемые положения.

1. Обоснование комплекса методов экспериментальных испытаний, позволяющих осуществлять выбор компонентов многофункциональных реагентов, улучшающих показатели триботехнических, ингибирующе-гидрофобизирующих, поверхностно-активных, антикоррозионных и общетехнологических свойств промывочных жидкостей на водной основе для повышения качества первичного вскрытия продуктивных пластов.

2. Аналитическое и экспериментальное обоснование состава и свойств бурового комплексного реагента БКР-5 для промывочных жидкостей на водной основе.

3. Обоснование состава и результаты лабораторно-промысловых испытаний концентрата технологической жидкости ТЖ-К2 для глушения скважин.

Практическая ценность.

По результатам выполненных исследований разработаны:

- концентрат технологической жидкости ТЖ-К2 (пат. РФ.2260112) для состава глушения, прошедший промысловые испытания при ремонте скважин УИРС ООО «Газпром добыча Уренгой».

- прибор ФСК-2М и методика экспериментальных исследований внедрены в обучающий процесс на кафедре «Бурение нефтяных и газовых скважин» Уфимского государственного нефтяного технического университета по дисциплинам «Буровые промывочные и тампонажные растворы», «Управление свойствами промывочных жидкостей».

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на:

• П-ой Российской конференции «Актуальные проблемы нефтехимии» (г. Уфа, 2005);

• I и II Международной научно-технической конференции «Повышение качества строительства скважин» (г. Уфа, 2005, 2010);

• Международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы нефтегазового дела», посвященной 50-летию филиала УГНТУ (г.Октябрьский, 2006);

• Всеросийской научно-технической конференции «Инновационное нефтегазовое оборудование: проблемы и решения» (г. Уфа, 2010);

• XI Международной научной конференции «Трибология и надёжность» (СПб, 2011);

• Международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы трибологии» (г. Самара, 2011).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 24 научных работы, в том числе 1 монография, 15 статей и докладов, 1 тезис доклада, 7 патентов на изобретения.

Объём и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, основных выводов и результатов, списка литературы, включающего 150 наименований. Изложена на /32 страницах машинописного текста, содержит 36 рисунков, 34 таблицы, 4 приложения.

Автор выражает благодарность за помощь научному руководителю д.т.н., с.н.с. P.A. Исмакову, сотрудникам кафедры бурения УГНТУ доцентам Трушкину Б.Н., Янгирову Ф.Н., ассистенту Матюшину В.П., специалистам УИРС ООО «Уренгойгазпром» д.т.н. А.А.Ахметову и к.т.н. Г.А.Кирякову.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность диссертационной работы, изложены цель и основные задачи исследований, научная новизна и практическая значимость результатов.

В первой главе выполнен анализ состояния проблемы и обзор технологий заканчивания скважин на этапах первичного вскрытия продуктивных пластов и глушения скважин. Качество выполняемых работ на указанных этапах заканчивания, непосредственно влияющих на фильтрационно-ёмкостные свойства коллекторов, во многом определяет последующие эксплуатационные характеристики нефтегазовых скважин.

Значительный вклад в исследование проблемы вскрытия продуктивных пластов и глушения скважин внесли АмиянВ.А., Ахметов A.A., Булатов А.И., Зейгман Ю.В., Зозуля Г.П., КистерЭ.Г., Кошелев А.Т., Крылов В.И., Кузнецов Ю.С., Крысин Н.И., Лукманов P.P., Мавлютов М.Р., Овчинников В.П., Петров H.A., Рогачёв М.К., Рябоконь С.А., СпивакА.И., Токунов В.В., Grey D., Darly G., Smith M, Friedheim J., Bland R. и др.

Совершенствование технологий заканчивания скважин проводится в основном по двум направлениям, связанным: 1) со способами (методами) вскрытия пластов и техническими средствами; 2) с технологическими жидкостями (ТЖ), используемыми на различных этапах заканчивания скважин. В данной диссертационной работе исследуется второе направление.

Наиболее распространёнными при первичном вскрытии и глушении скважин являются жидкости на водной основе, что обусловлено их технологичностью, высокой экологической и пожарной безопасностью, способностью к модифицированию, приспосабливаемостью к различным горно-геологическим условиям применения. Однако эти жидкости характеризуются повышенной блокирующей (загрязняющей) способностью по отношению к пористой среде продуктивных пластов. Известны различные виды блокировок: водой, глиной, глобулами эмульсий, механическими примесями, нерастворимыми осадками и др. Поскольку отрицательные последствия всех

видов блокировок, радиус зоны поражения ими продуктивных пластов существенно зависят от времени воздействия технологической жидкости на пласт, необходимо ускоренное, безаварийное выполнение работ по вскрытию продуктивных пластов, глушению и ремонту скважин. Применительно к ускоренному вскрытию продуктивных пластов бурением, промывочные жидкости должны улучшать буримость горных пород, предупреждать различные осложнения, особенно прихваты инструментов, а также противодействовать снижению естественной проницаемости коллекторов. Специфической особенностью современных операций глушения скважин является высокая вероятность рисков поглощений составов глушения, что требует усиления их блокирующих свойств при сохранении способности к лёгкой деблокировке пласта на этапе освоения скважины. Для придания необходимых показателей свойств технологическим жидкостям зачастую приходится применять комплекс реагентов, что затрудняет технологию управления операциями первичного вскрытия пластов и глушения скважин, не всегда даёт желаемый результат. Поэтому в диссертационной работе, как и в ряде опубликованных трудов, ставится задача создания реагентов многоцелевого действия, что требует тщательного обоснования выбора методов испытаний.

Во второй главе приведено изложение используемых в диссертации существующих, усовершенствованных и вновь разработанных методов исследований, выбор которых обусловлен необходимостью придания конкретных целевых свойств разрабатываемым реагентам комплексного действия (РКД).

Модель разрабатываемого РКД должна иметь высокие показатели противоизносных, антифрикционных (противоприхватных), блокирующих (для корок) и деблокирующих (для продуктивного пласта), гидрофобизирующих, поверхностно-активных и антифрикционных свойств, хорошо совмещаться с базовой технологической жидкостью и соответствовать экологическим и санитарным нормам. Поэтому в диссертационной работе обоснован выбор методов:

1) изучения влияния технологических жидкостей на проницаемость искусственных или естественных кернов с использованием установки УИПК-1М и реконструированного тестера РРА (FANN Ltd);

2) изучения влияния реагентов на противоизносные и антифрикционные свойства промывочных жидкостей с использованием машины трения ИИ-5018, реконструированной с целью обеспечения физического моделирования процесса изнашивания бурильных и обсадных труб;

3) изучения влияния реагентов на коркообразующие свойства промывочных жидкостей с использованием расчётно-экспериментального способа оценки проницаемости фильтрационных корок, экспериментального определения статического и динамического коэффициентов трения на известном приборе КТК-2 и на разработанном с участием автора модифицированном приборе ФСК-2М;

4) изучения ингибирующих (гидрофобизирующих) свойств технологических жидкостей с использованием прибора Жигача-Ярова и усовершенствованных применительно к буровой технологии капилляриметров Г.Н. Каменского и Н.Г. Деминской;

5) изучения поверхностной активности реагентов с использованием приборов П.А. Ребиндера и сталагмометра конструкции УфНИИ;

6) изучения антикоррозионных свойств реагентов с использованием прибора МОНИКОР-1;

7) изучения влияния реагентов на общетехнологические и физико-химические свойства жидкостей с использованием стандартных методик буровой технологии и аналитической химии.

В третьей главе приведены результаты аналитических и экспериментальных исследований, направленных на обоснование выбора компонентного состава реагентов комплексного действия, выполнен сравнительный анализ разработанных модификаций РКД с используемыми при первичном вскрытии и глушении продуктивных пластов аналогами. В основу теоретических предпосылок создания комплексных реагентов положены

фундаментальные положения органической и коллоидной химии, научные достижения П.А. Ребиндера, Г.И. Фукса, Ю.Н. Шехтера, С.Э. Крейна и др. в области создания реагентов различного целевого назначения выбором органических соединений с соответствующими функциональными группами. Анализ работ указанных исследователей, а также работ современных авторов в области нефтегазового дела Т.Д. Дихтярь, В.Н. Кошелева, Ю.В. Зейгмана и др. позволил выделить наиболее перспективные, на наш взгляд, функциональные группы для получения РКД с целью совершенствования свойств ТЖ, используемых при заканчивании скважин (таблица 1).

Таблица 1 - Рекомендуемые функциональные группы реагентов для улучшения качества вскрытия коллекторов и глушения скважин

Цели применения Функциональные группы

1. Улучшение качества вскрытия продуктивных пластов и глушения скважин: а) уменьшением набухания глин в коллекторе; Гидроксильная (-ОН), фенильная (-С6Н5), аминная (-NH2), амидная (=NH), имидная (=N), нитрильная (-CN), сульфидная (-S-), карбоксильная (-СООН), сложноэфирная (-COOR)

-ОН, -СбН3, -NH2

б) удалением со стенок пор прочносвязанной воды; -ОН, -SO, -СООН, = NH,

в) уменьшением межфазного натяжения, капиллярных давлений; -СООН, -СООМе, -ОН, -COOR

г) улучшением буримости горных пород. -СООН, -СООМе, -S-, -S03H, -ОН

2. Повышение устойчивости стенок ствола -ОН, -NH2, -С6Н5, -CN, -СООН

3. Стабилизация ТЖ -ОН, -СООН, -СООМе, -NH2, -О--COOR

4. Защита от коррозии -ОН, =NH, =N

Подбор компонентов РКД для улучшения противоизносных и антифрикционных свойств промывочных жидкостей проводился в два этапа:

1) подбор компонентов или смазочных добавок на основе имеющейся теоретической и экспериментальной информации по литературным и промысловым данным;

2) экспериментальное изучение влияния компонентов в составе РКД на противоизносные и антифрикционные свойства базовых промывочных жидкостей с привлечением методов экспрессных испытаний, позволяющих дать оценку их эффективности применительно к трению и изнашиванию материалов обсадных труб (сталь 45, сталь 40Х). В соответствии с предложенными теоретическими предпосылками и принципами подбора компонентов был разработан ряд реагентов комплексного действия, улучшающих показатели свойств промывочных жидкостей, предназначенных для первичного вскрытия продуктивных пластов - буровые комплексные реагенты БКР-1...БКР-4. Реагенты и способы их приготовления защищены патентами РФ.

Реагент БКР-1 представляет собой смесь этаноламиновых эфиров и непрореагировавших кубовых остатков синтетических жирных кислот (КОСЖК) в дизельном топливе. Предназначен для стабилизации инвертных эмульсий и в качестве смазочной добавки к глинистым растворам. Реагенты БКР-2 и БКР-2М являются, по сути, модификациями реагента БКР-1 с улучшенными поверхностно-активными, триботехническими и термостойкими свойствами за счёт присутствия триэтаноламина, ПАВ и сернистой присадки.

БКР-3 представляет собой композицию таллового масла, спиртов и мелассы свекловичной. Имеет функции стабилизатора и смазочной добавки. Реагент БКР-4 является модификацией БКР-3 с улучшенными коркообразующими и поверхностно-активными свойствами за счёт присутствия феррохром-лигносульфоната (ФХЛС). Выполнены исследования влияния вышеуказанных реагентов на показатели триботехнических свойств базовых промывочных полимерглинистого (ПГР) и безглинистого биополимерного растворов (ББР), в которые также для сравнения вводились достаточно известные в буровой технологии реагенты (смазочные добавки) аналогичного назначения.

В таблицах 2 и 3 приведены значения относительной скорости изнашивания стали 45 от удельной нагрузки соответственно в ПГР и ББР при добавках 1% различных реагентов. Результаты испытаний указывают на достаточно высокие показатели противоизносных свойств опытных реагентов.

Таблица 2 - Влияние реагентов на противоизносные свойства ПГР

№ Промывочная Значения относительной скорости изнашивания при Р„, Н/см2

жидкость 95 168 241

1 ПГР 1 1 1

2 №1+1 % ДСБ-4ТМ 0,9 0,65 0,55

3 №1+1% ФК-2000 0,8 0,44 0,31

4 №1+1% БКР-1 0,7 0,42 0,26

5 №1+1% БКР-2 0,58 0,29 0,24

6 №1+1% БКР-3 0,38 0,43 0,52

7 №1 + 1% БКР-4 0,55 0,6 0,68

Таблица 3 - Влияние реагентов на противоизносные свойства ББР

№ Промывочная Значения относительной скорости изнашивания при Р,„ Н/см2

жидкость 100 250 350 400

1 ББР 1 1 1 1

3 №1+1% ФК-2000 1,78 1,4 1,3 1,4

4 №1+1% БКР-1 2,4 1,1 0,9 0,82

5 №1+1% БКР-2 1,3 0,5 1,05 0,8

6 №1+1% БКР-2М 2,2 0,14 0,12 0,08

Были проведены также исследования влияния данных реагентов на антифрикционные (противоприхватные) свойства промывочных жидкостей. Исследования проводились для пары «металл - фильтрационная корка» при вводе реагентов в ПГР и ББР. В экспериментах использовались приборы КТК-2 и ФСК-2М. Фильтрационные корки получали при измерении показателя фильтрации на ВМ-6 или фильтр-прессах. Испытания показали, что в ПГР исследуемые реагенты снижают коэффициент трения максимально до 40%, что следует признать недостаточным. В ББР изучаемые реагенты предупреждают «прихват» в условиях опыта, однако значения коэффициента трения остаются высокими. Поэтому исследования по улучшению антифрикционных

(противоприхватных) свойств глинистых и безглинистых растворов нами были продолжены в направлении поиска других сочетаний функциональных групп. Для разработки реагента комплексного действия были выбраны две композиции одноатомных и многоатомных спиртов. Композиции обозначены ТЖ-К1 и ТЖ-К2 (технологическая жидкость-концентрат), содержащие по массе: ТЖ-К1 - 85% полигликоля и 15% изопропилового спирта; ТЖ-К2 - 45% полигликоля, 40% флотореагента - оксаль и 15% изопропилового спирта. Подбор компонентов к основе РКД и экспериментальное исследование их эффективности выполнялись по двум направлениям: 1) использование водо- и водомаслорастворимых ПАВ различного целевого назначения; 2) использование доступных соединений, содержащих жирные кислоты и аминогруппы. ПАВ подбирались различные - неионогенные, катионактивные и комплексные. Кроме ПАВ использовались следующие соединения, содержащие карбоксильные и аминогруппы: олеиновая кислота (ОК), окисленное масло (ОМ), таловое масло (ТМ), жирные кислоты растительных масел (ЖКРМ), моноэтаноламин (МЭА) и метилэтаноламин (МетЭА). Исследования показали, что и базовые, и опытные реагенты в большинстве своём малоэффективны в обеих рецептурах промывочных растворов, особенно при времени контакта в покое пары «металл - фильтрационная корка» более 10 мин. Особое положение заняла проба опытного реагента ТЖ-К2+ТМ+ЫаОН, которая обладает высокими антифрикционными свойствами как в ПГР, так и в ББР. Эта проба, названная БКР-5, прошла комплекс исследований по влиянию на антифрикционные, коркообразующие, гидрофобизирующие, ингибирующие, паверхностно-активные свойства промывочных жидкостей на водной основе, а также по влиянию на проницаемость натурных образцов кернового материала.

Коэффициенты трения пары «металл - фильтрационная корка» при страгивании и при движении оценивались на приборе ФСК-2М. Опыты показали, что коэффициент трения при движении, как в ПГР, так и в ББР ниже, чем при страгивании, а лучшими антифрикционными свойствами

обладает опытный реагент БКР-5. Так, по сравнению с реагентом «Лубриол» опытный реагент снижает коэффициент трения после 20 минут покоя в ПГР при страгивании более чем в 3 раза, при движении - до 1,5 раза.

Изучение ингибирующей способности реагента проводилось с помощью капилляриметров и прибора Жигача-Ярова.

Результаты опытов на капилляриметре Деминской Н.Г. показали, что наиболее эффективен формиат калия, который снижает скорость капиллярной пропитки на 41,7%. Достаточно высокими ингибирующими набухание глин свойствами обладают полигликоли и оксали (33...37,5%) - основные компоненты БКР-5.

Исследования капиллярных давлений с использованием прибора Г.Н. Каменского показали, что наиболее высокие капиллярные давления возникают при взаимодействии глиносодержащего образца песчаника с дистиллированной водой. Все реагенты уменьшают капиллярные давления и тем значительнее, чем выше их концентрация. Лучшими ингибирующими свойствами обладает комплексный реагент БКР-5 (рисунок!).

Рисунок 1 - Изменение капиллярных давлений с ростом концентрации реагентов

Реагент БКР-5 проявляет и определённые поверхностно-активные свойства, как на границе «вода-воздух», так и на границе «вода-керосин».

Обобщенным показателем при оценке качества вскрытия продуктивных пластов, объединяющим в себе последствия влияния всех свойств технологической жидкости, является коэффициент восстановления проницаемости. В таблице 4 приведены значения проницаемости керна и коэффициента восстановления проницаемости при фильтрации технологической жидкости с различными реагентами.

Абсолютная проницаемость керна по керосину составила 0,16 мкм2. Для исследований применялся прибор РРА (FANN Ltd).

Таблица 4 - Влияние технологической жидкости с различными реагентами на проницаемость песчаника

Раствор ИР ИР +1% Сонбур1101 ИР+1% ФК-2000 ИР+1% БКР-5

Проницаемость, мкм2 0,11 0,130 0,129 0,151

Коэффициент восстановления проницаемости, % 68,8 81,3 80,6 94,4

Таким образом, выполненные исследования показали многофункциональность разработанного реагента, применение которого в буровой технологии позволит улучшить качество первичного вскрытия продуктивных пластов. Комплексные реагенты представлены пятью модификациями БКР-1...БКР-5, в составе которых присутствуют соединения с гидроксильной, карбоксильной, эфирной и другими функциональными группами.

Реагенты БКР-1...БКР-4 имеют свои достоинства и недостатки, однако они уступают реагенту БКР-5 именно по многофункциональности и уровню эффективности целевых свойств.

В четвертой главе рассмотрены основные аспекты и задачи улучшения качества технологических жидкостей, применяемых при глушении скважин, уточнены требования, предъявляемые к ним. Обоснован компонентный состав

предлагаемого концентрата и проведена сравнительная оценка его целевых свойств. Выполнены исследования по совершенствованию состава технологических жидкостей применительно к Уренгойскому нефтегазоконденсатному месторождению (УНГКМ), где широко используются при ремонтных работах операции глушения скважин. Анализ показал, что применяемые в начальный период разработки УНГКМ традиционные технологические жидкости (водные растворы натрия, кальция и метанола, инвертные эмульсии, инвертно-мицелярные дисперсии и др.) на поздней стадии эксплуатации скважин, при совершенствовании существующих и внедрении новых технологий ремонта скважин оказались малоэффективными, а в некоторых случаях и непригодными. Это связано с ростом рисков возникновения поглощений технологических жидкостей, отсутствием возможности снижения их плотности и повышения вязкости. В качестве основы состава глушения нами исследованы композиции различных технических спиртов, поскольку установлено, что реагенты с гидроксильной функциональной группой подавляют активность глин к набуханию, способствуют очистке пор от прочносвязанных граничных гидратных слоев, повышают степень сродства фаз, стабилизируют технологические жидкости на водной основе и др. В качестве базы сравнения выбран состав для глушения скважин по патенту РФ № 2187532, содержащий 40-45% полигликоля, 30-35% денатурированного этилового спирта и воду (остальное) - состав НТЖ-ЗМ (незамерзающая технологическая жидкость - заменитель метанола). Состав прошёл успешные промысловые испытания при глушении скважин на УНГКМ, показал улучшение экологической безопасности и санитарных условий работы персонала, снижение сроков освоения и выхода скважин на оптимальный режим работы после ремонтных работ в среднем на 50...60%. Однако испытания также показали, что необходимо улучшать регулируемость показателей реологических свойств состава глушения, сократить расход дефицитного и достаточно дорого спирта, сохранив или даже улучшив морозостойкость реагента. Выполненный нами комплекс лабораторно-

промысловых исследований позволил обосновать состав композиции, представленной в главе 3 в качестве базовой части реагента многофункционального действия для промывочных жидкостей на водной основе. На основной состав композиции (ТЖ-К2+вода) и его модификации получены патенты РФ № 2260112, №2262587 и № 2262588. Реагент ТЖ-К2 проявляет достаточно удовлетворительные поверхностно-активные и гидрофобизирующие свойства, составы глушения на его основе имеют повышенную вязкость и высокую стабильность, что улучшает технологичность глушения скважин при выполнении различных видов ремонтных работ. На рисунке 2 приведены графики зависимости условной вязкости и температуры застывания водных растворов ТЖ-К2 от содержания реагента.

Содержание ТЖ-К2//о

Рисунок 2 - Влияние содержания ТЖ-К2 на условную вязкость и температуру застывания состава глушения

Видно, что с ростом содержания ТЖ-К2 в воде условная вязкость увеличивается, а температура замерзания снижается до значений, приемлемых для использования водных растворов ТЖ-К2 в зимних условиях Севера, а также как жидкости гравийносителя при выполнении различных работ в

скважинах. С увеличением концентрации реагента в воде поверхностное натяжение на границах с воздухом и керосином заметно снижается, что указывает на перспективность применения реагента ТЖ-К2 в газовых, газоконденсатных и нефтяных скважинах. Исследования на приборе Жигача-Ярова показали, что реагент проявляет гидрофобизирующие, ингибирующие свойства за счёт подавления активности воды к взаимодействию с поверхностью глинистых частиц. Это важно для полимиктовых пород продуктивных пластов, глинистость которых достигает 10...30% и более. С целью определения влияния на проницаемость коллекторов состава глушения на основе ТЖ-К2, была проведена серия экспериментов на образцах керна и насыпных моделях, которые показали, что после обработки «загрязнённого» водой керна 50%-м раствором ТЖ-К2 проницаемость нефтенасыщенного образца восстановилась с 0,010 мкм2 до 0,019мкм2 (на 50%), а водонасыщенного образца - с 0,003 мкм2 до 0,020 мкм2 (на 100%). Также для оценки степени воздействия реагента на поверхность пор продуктивного пласта нами были проведены исследования песчаника графическим методом прямых измерений, которые проводились в отражённом неполяризованном свете при увеличении х24. Было установлено, что реагент ТЖ-К2 способствует очистке пор и вымыванию нефти из образца породы. Выполненные исследования позволили убедиться в правильности выбора компонентного состава жидкости глушения. Далее была проведена сравнительная оценка целевых свойств концентрата и двух его модификаций с базовой жидкостью глушения скважин (НТЖ-ЗМ1). Было установлено, что опытные реагенты по сравнению с аналогом имеют более низкую температуру замерзания, условная вязкость оказалось существенно выше, а коэффициент восстановления проницаемости, который определялся с применением установки УИПК, оказался лучше (9899% против 87%). В таблице 5 приведены результаты испытания на проницаемость кернов УНГКМ для различных составов глушения. Видно, что водометанольный раствор и, тем более состав глушения на основе концентрата

ТЖ-К2, существенно лучше восстанавливают проницаемость заглинизированных горных пород, чем водный раствор хлористого кальция.

Таблица 5 - Влияние различных составов глушения на проницаемость кернов сеноманских отложений УНГКМ

Керн* Коэффициент восстановления проницаемости, %

Водный раствор СаС12 Водометанольный раствор (ВМР) Водный раствор ТЖ-К2

Образец № 1 25 93 102

Образец № 2 31 91 98

* - Образец Л1» 1 - серый алевролит разнозернистый слабо-сидеритизированный, глинистость 29%, эффективная пористость 16,4%, проницаемость 0,061 мкм2;

- Образец № 2 - серый мелкозернистый песчаник, плотный (р=2,18 г/см3), глинистость 35%, эффективная пористость 21%, проницаемость 0,189 мкм2.

Таким образом, разработан на уровне изобретения состав глушения, который по ряду важнейших показателей превосходит существующие аналоги. Состав глушения на основе реагента ТЖ-К2 был рекомендован нами к внедрению и прошёл успешные промысловые испытания на промыслах УГНКМ.

В пятой главе изложены результаты промысловых испытаний реагента комплексного действия ТЖ-К2.

В диссертации достаточно подробно изложена технология глушения скважин с применением концентрата ТЖ-К2 по различным схемам, которые отличались в зависимости от вида ремонта, геологических условий, от наличия и состояния подземного и наземного оборудования скважин и др.

В целом, в период с 2002 по 20Об годы УИРС ООО «Газпром добыча Уренгой» проведены опытно-промышленные испытания реагента ТЖ-К2 в качестве основы технологической жидкости в более чем 250 скважино-операциях, в результате чего использовано 2430 тонн реагента, что позволило:

качестве основы технологической жидкости в более чем 250 скважино-операциях, в результате чего использовано 2430 тонн реагента, что позволило:

1) снизить затраты, сокращение сроков освоения и улучшение показателей выхода скважин на рабочий режим на 17%;

2) сэкономить материальные средства при выполнении ремонтных работ на 13% от общего количества химреагентов;

3) сократить на 34% суммарное время на фрезерование и извлечение пакерного оборудования, прихваченных хвостовиков и промывку песчаных пробок;

4) с учётом повторного использования жидкостей на основе ТЖ-К2 по схемам: «жидкость глушения - жидкость освоения» и «жидкость глушения -жидкость для промывки песчаных пробок», средний расход концентрата ТЖ-К2 на одну скважино-операцию составил 9,5 тонн;

5) значительно улучшилась экологическая обстановка на кустах и в целом на УНГКМ за счёт сокращения количества выбросов в атмосферу продуктов горения углеводородов и химических реакций применяемых реагентов при восстановлении рабочих параметров скважин.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ

1. Обоснован комплекс экспериментальных методов исследований с целью выбора компонентного состава реагентов многофункционального действия, комплексно улучшающих свойства технологических жидкостей для повышения качества первичного вскрытия продуктивных пластов и эффективность глушения скважин при выполнении ремонтных работ. Усовершенствованы методики по изучению триботехнических свойств буровых промывочных жидкостей и по определению коэффициента трения пары «металл - фильтрационная корка».

2. Разработаны на уровне изобретений модификации реагентов комплексного действия БКР-1 ...БКР-4, содержащие в различных сочетаниях сложноэфирную, аминную, сульфидную, гидроксильную и карбоксильную

конкурентоспособны в сравнении с используемыми в буровой технологии аналогами, однако они недостаточно эффективны в безглинистых растворах.

3. Разработан на основе доступной отечественной сырьевой базы, хорошо совместимый с глинистыми и безглинистыми промывочными жидкостями реагент БКР-5, эффективно улучшающий их ингибирующие, поверхностно-активные, гидрофобизирующие и антифрикционные свойства. Установлено, что базовая часть этого реагента - концентрат технологической жидкости ТЖ-К2 - может успешно использоваться для получения нового состава глушения (пат. РФ №2260112).

4, На технологическую жидкость на основе реагента ТЖ-К2 разработана техническая документация, выполнены успешные промысловые испытания в УИРС ООО «Газпром добыча Уренгой». Установлено, что концентрат ТЖ-К2 может успешно использоваться при операциях глушения, освоения, промывок песчаных пробок и кратковременных блокировок пласта с целью предупреждения поглощений состава глушения.

Основные положения диссертации опубликованы в 24 научных трудах, в том числе первые четыре в журналах, рекомендуемых ВАК РФ:

1. Исмаков P.A. Разработка реагентов комплексного действия для улучшения противоизносных и антифрикционных свойств безглинистых растворов, / P.A. Исмаков, В.Г. Конесев, В.П.Матюшин, О.Г. Мамаева, Р.З. Биглова. // БХЖ, 2011. Том 18, № 2. - С. 140-143.

2. Исмаков P.A. Исследование кинетических и коркообразующих свойств растворов для бурения скважин при строительстве трубопроводов и разработке месторождений углеводородов / P.A. Исмаков, О.Г. Мамаева, В.Г. Конесев, С.Ф. Вязниковцев, В.П. Матюшин, Г.В. Конесев. // Нефтегазовое дело: Электронный научный журнал, № 6, 2011. www.ogbus.ru/autors/Ismakov/Ismakov_2.pdf

3. Конесев В.Г. Исследование смазочных добавок к буровым промывочным жидкостям / В.Г. Конесев, P.A. Исмаков, О.Г. Мамаева, В.П. Матюшин, Г.В.Конесев. // История науки и техники: Ежемесячный научный журнал. № 12, спец. выпуск №3, 2011, С. 152-156.

4. Конесев В.Г. Улучшение свойств промывочных жидкостей для первичного вскрытия продуктивных пластов. / Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море: Научный журнал, 2012, №1 С.44-48.

5. Петров H.A. Повышение качества первичного и вторичного вскрытия продуктивных пластов. Монография / Н.А.Петров, В.Г.Султанов, И.Н.Давыдова, В.Г. Конесев. - СПб.: ООО «Недра», 2007. - 544 с.

6. Дудов А.Н. Разработка и внедрение технологической жидкости для ремонта скважин на основе реагента НТЖ-ЗМ. / А.Н. Дудов, A.A. Ахметов, ... В.Г. Конесев и др. // Международная научно-техническая конференция «Повышение качества строительства скважин». Сб. науч. тр. - Уфа: Монография, 2005. - С. 181-184.

7. Конесев В.Г. Исследование новых технологических жидкостей для комплексного использования при капитальном ремонте скважин. / В.Г. Конесев, Т.В. Докичев, Н.З. Байбулатова и др. // Международная научно-техническая конференция «Повышение качества строительства скважин». Сб. науч. тр. - Уфа: Монография, 2005. - С. 194-197.

8. Конесев В.Г. Новые технологические жидкости для работы с нефтегазовыми пластами. / В.Г. Конесев, Р.З. Биглова, Т.В. Докичев и др. // Актуальные проблемы нефтехимии: Тезисы II Российской конференции. -Уфа.: Изд. «Реактив», 2005. - С.115.

9. Латыпов И.Ф. Графический метод анализа воздействия химических реагентов на образец нефтенасыщенной породы. / И.Ф. Латыпов, В.Г. Конесев // Актуальные проблемы нефтегазового дела. Сб. науч. тр. - Уфа: Изд. УГНТУ, 2006.-Т. 2. - С.37-41.

10. Исмаков P.A. Совершенствование методологии изучения процесса изнашивания нефтепромыслового и бурового оборудования. / P.A. Исмаков, В.Г. Конесев, В.П. Матюшин и др. // II Международная научно-техническая

конференция. «Повышение качества строительства скважин». Сб. науч. тр. -Уфа.: Изд. «Нефтегазовое дело», 2010. - С.135-137.

11. Яхина Р.Х. Исследование ферментативной деструкции полисахаридных реагентов, применяемых при строительстве скважин. / Р.Х.Яхина, С.Ф. Вязниковцев, О.Г. Мамаева, В.Г. Конесев // II Междунар. научно-техническая конференция «Повышение качества строительства скважин». Сб. науч. тр. - Уфа.: Изд. «Нефтегазовое дело», 2010. - С.233-238.

12. Исмаков P.A. Управление свойствами промывочных жидкостей. / P.A. Исмаков, В.Г. Конесев, О.Г. Мамаева, В.П. Матюшин. // II Международная научно-техническая конференция «Повышение качества строительства скважин». Сб. науч. тр. - Уфа.: Изд. «Нефтегазовое дело», 2010. - С. 254-258.

13. Матюшин В.П. Некоторые аспекты методологии изучения процесса изнашивания нефтепромыслового оборудования. / В.П. Матюшин, В.Г. Конесев, P.A. Исмаков, Ф.Н. Янгиров // Инновационное нефтегазовое оборудование: проблемы и решения: Материалы Всеросийской науч.-техн. конф. - Уфа: Изд. УГНТУ, 2010 - С.240-243.

14. Попов А.Н. Моделирование процесса изнашивания обсадных труб нефтегазовых скважин. / А.Н.Попов, P.A. Исмаков, В.Г.Конесев, В.П.Матюшин // XI Международная конференция «Трибология и надёжность». Сб. науч. тр. - СПб.: ПГУПС, 2011. -С. 213-220.

15. Биглова Р.З. Серосодержащие присадки к смазочным материалам на основе пипериленовой фракции: синтез и свойства. / Р.З. Биглова, В.Г. Конесев,

B.П. Матюшин, Г.В. Конесев. // XI Международная конференция «Трибология и надёжность». Сб. науч. тр. - СПб.: ПГУПС, 2011. -С. 220-226.

16. Исмаков P.A. Исследование влияния различных реагентов на противоизносные и антифрикционные свойства буровых промывочных жидкостей. / P.A. Исмаков, В.Р. Рахматуллин, В.Г. Конесев и др. // Известия Самарского научного центра РАН. Специальный выпуск «Актуальные проблемы трибологии» - Самара: Изд. Самарский научный центр РАН, 2011. — Т13, №4 С.138-141.

17. Матюшин В.П. Комплексное улучшение свойств технологических жидкостей для первичного вскрытия продуктивных пластов. / В.П. Матюшин, Г.В.Конесев, Т.Д. Дихтярь, В.Г. Конесев. И Современные технологии в нефтегазовом деле. Сб. науч. тр. в 2 т. -Уфа: Изд-во УГНТУ, 2011 -Т. I. -

C. 217-222.

18. Пат. № 2199570. Российская федерация. Реагент комплексного действия для технологических жидкостей, применяемых в бурении и капитальном ремонте скважин. / Конесев Г.В., Докичев В.А., Мулюков P.A., ..., Конесев В.Г. и др. заявл. 21.01.2002; опубл. 27.02.2003. Бюл. № 6.

19. Пат. № 2236286. Российская федерация. Эмульгатор-стабилизатор инвертных эмульсий и способ его применения / Соловьёв А.Я., Благовещенский В.А., Докичев В.А., Конесев В.Г. и др.; заявл. 28.04,2003; опубл. 20.09.2004. Бюл. № 26.

20. Пат. № 2262588. Российская федерация. Жидкость для глушения скважин. / Ахметов A.A., Дудов А.Н., Байбулатова Н.З., .... Конесев В Г и др • заявл. 15.06.2004; опубл. 20.10.2005. Бюл. № 29.

21. Пат. № 2269562. Российская федерация. Смазочная добавка для буровых растворов на водной основе. / Греков А.Н., Конесев Г.В, Докичев В.А.,..., Конесев В.Г. и др.; заявл. 05.08.2004; опубл. 10.02.2006. Бюл. № 4.

22. Пат. № 2260112. Российская федерация. Жидкость для глушения скважин. / Исмаков P.A., Ахметов A.A., Дудов А.Н., ..., Конесев В Г и до ■ заявл, 18.05.2004; опубл. 10.09.2005. Бюл. № 25.

23. Пат. № 2262587. Российская федерация. Жидкость для глушения скважин. / Дудов А.Н, Ахметов A.A., Валитов P.A., Конесев В Г и до •

заявл. 15.06.2004; опубл. 20.10.2005. Бюл. №29. '

24. Пат. № 2367676. Российская федерация. Смазочная добавка для буровых растворов (варианты) / Конесев Г.В., Мамаева О.Г., Янгиров Ф Н

Конесев В.Г. заявл. 01.08.2007; опубл. 10.02.2009. Бюл № 26

Подписано в печать 16.02.2012. Бумага офсетная. Формат 60x84 '/16. Гарнитура «Тайме». Печать трафаретная. Усл. печ. л. 1. Тираж 90. Заказ 16.

Типография Уфимского государственного нефтяного технического университета

Адрес издательства и типографии: 450062, Республика Башкортостан, г. Уфа, ул. Космонавтов, 1

Текст научной работыДиссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Конесев, Василий Геннадьевич, Уфа

61 12-5/2008

Уфимский Государственный Нефтяной Технический Университет

Конесев Василий Геннадьевич

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ КАЧЕСТВА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ЖИДКОСТЕЙ ДЛЯ ПЕРВИЧНОГО ВСКРЫТИЯ ПРОДУКТИВНЫХ ПЛАСТОВ И ГЛУШЕНИЯ СКВАЖИН

Специальность 25.00Л 5 - Технология бурения и освоения скважин

Диссертация

на соискание учёной степени кандидата технических наук

Научный руководитель: д.т.н., Р.А. Исмаков

Уфа - 2012

СОДЕРЖАНИЕ

стр.

ВВЕДЕНИЕ................................................................................. 5

ГЛАВА 1. Обзор исследований в области совершенствования технологических

жидкостей для первичного вскрытия продуктивных пластов и глушения

скважин....................................................................................... 8

1.1. Особенности современных технологий первичного вскрытия продуктивных пластов и глушения скважин................................. 8

1.2. Методы и средства улучшения свойств технологических жидкостей для первичного вскрытия продуктивных пластов............................. 16

1.3. Методы и средства улучшения свойств технологических жидкостей для глушения скважин.............................................................. 30

1.4. Методические особенности исследований улучшения качества технологических жидкостей для первичного вскрытия и глушения продуктивных пластов............................................................. 34

1.5. Выводы к главе 1. Постановка цели и задач исследований............... 44

ГЛАВА 2. Обоснование выбора методов исследований.......................... 45

2.1. Принципы выбора методов исследования.................................... 45

2.2. Методы изучения блокирующих свойств технологических жидкостей............................................................................ 47

2.3. Методы изучения триботехнических свойств технологических жидкостей............................................................................ 53

2.4. Методы изучения коркообразующих свойств технологических жидкостей............................................................................ 60

2.5. Методика изучения ингибирующих и гидрофобизирующих свойств технологических жидкостей..................................................... 63

2.5.1. Методика измерения капиллярного поднятия (давления) и капиллярной пропитки.............................................................................. 63

2.5.2. Методика определения набухания глин...................................... 66

2.6. Методика изучения поверхностно-активных свойств технологических жидкостей........................................................................... 68

2.7. Методика изучения антикоррозионных свойств технологических

жидкостей............................................................................. 71

2.8. Методики измерения общетехнологических и физико-химических

свойств технологических жидкостей.......................................... 74

2.9. Выводы к главе 2....................................................................74

ГЛАВА 3. Комплексное улучшение свойств технологических жидкостей

для первичного вскрытия продуктивных пластов................................ 76

3.1. Постановка задачи................................................................. 76

3.2. Теоретические предпосылки и обоснование выбора компонентного состава реагентов комплексного действия....................................77

3.3. Изучение влияния различных реагентов на противоизносные и антифрикционные свойства промывочных жидкостей....................... 86

3.4. Изучение влияния различных реагентов на антифрикционные свойства промывочных жидкостей для снижения затяжек инструмента и прихватоопасности в скважинах................................................ 95

3.5. Изучение влияния реагентов на устойчивость стенок стволов скважин и качество вскрытия продуктивных пластов.................................. 115

3.6. Выводы к главе 3.................................................................. 125

ГЛАВА 4. Совершенствование технологии глушения скважин при ремонтных работах в скважинах улучшением качества технологических жидкостей...................................................................................127

4.1. Постановка задачи.................................................................127

4.2. Обоснование компонентного состава концентрата технологической жидкости для глушения скважин.................................................... 130

4.3. Сравнительная оценка эффективности целевых свойств состава глушения на основе реагента ТЖ-К2........................................ 139

4.4. Выводы к главе 4................................................................. 143

ГЛАВА 5. Промысловые испытания и внедрение реагента

комплексного действия....................................................................144

5.1. Постановка задачи................................................................. 144

5.2. Технология глушения скважин жидкостью на основе

концентрата ТЖ-К2........................................................................145

5.3. Анализ результатов промысловых испытаний и внедрения технологических жидкостей на основе концентрата ТЖ-К2.................... 152

5.4. Выводы к главе 5.................................................................. 159

Основные выводы и результаты........................................................ 161

Список литературы........................................................................ 162

Приложения................................................................................. 177

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. Важные тенденции развития нефтегазовой отрасли страны связаны со строительством скважин с большими и сверхдальними отходами, вскрытием продуктивных пластов горизонтальными стволами в условиях возрастающих требований к экологической безопасности создаваемых эксплуатационных объектов. В связи с неизбежным увеличением продолжительности основных этапов и операций на завершающей стадии строительства скважин, связанных с первичным вскрытием, креплением стенок ствола и проведением ремонтно-восстановительных работ в продуктивных пластах для сохранения их естественной проницаемости, требуется разработка более современных технических средств и технологий. В совершенствовании технологий заканчивания скважин большая роль принадлежит буровым промывочным и тампонажным растворам, а также жидкостям глушения скважин, используемым при ремонтно-восстановительных работах. Улучшение их качества в настоящее время достигается ограничением или исключением содержания в них твёрдой фазы, повышением степени сродства фаз в системе «жидкость - газ - твёрдое тело», усилением ингибирующей, пассивирующей и гидрофобизирующей способностей применяемых специальных реагентов и др.

В связи с увеличением объёмов бурения наклонно-направленных скважин с большими отходами и очевидным ростом затрат энергии на трение, нашли широкое применение смазочные добавки, ориентированные по назначению в основном на профилактику затяжек и прихватов. При этом несколько недооценивается роль смазочных добавок как средства ускорения работ в продуктивных пластах с целью сохранения потенциальной продуктивности. Научные основы совершенствования технологических жидкостей, используемых в современном нефтегазовом деле, предусматривают концепцию последовательного применения на каждом этапе заканчивания скважин улучшающих, облагораживающих их свойства реагентов, повышающих в конечном счёте эксплуатационные показатели скважин.

Цель работы. Разработка и внедрение реагентов многоцелевого действия, направленных на повышение качества первичного вскрытия и глушения продуктивных пластов.

Основные задачи работы.

1. Обосновать целевые функции компонентов и комплекс методов их изучения при разработке реагентов многоцелевого действия с целью улучшения гидрофобизирующих, коркообразующих, поверхностно-активных, триботехнических и антикоррозионных свойств технологических жидкостей.

2. Обосновать выбор компонентного состава комплексного реагента с целью улучшения качества первичного вскрытия продуктивных пластов.

3. Обосновать выбор состава жидкости глушения скважин.

4. Разработать техническую документацию и провести промысловые испытания.

Научная новизна.

1. Установлено, что для улучшения свойств глинистых и безглинистых промывочных жидкостей на водной основе, используемых при первичном вскрытии продуктивных пластов, в составе многофункционального реагента предпочтительно содержание компонентов с гидроксильной, карбоксильной и сульфидной группами.

2. Показано, что для улучшения фильтрационно-емкостных свойств продуктивных коллекторов на этапе глушения скважин перед выполнением ремонтных работ в составе концентрата технологической жидкости предпочтительно наличие компонентов с одно-, двухатомными и диоксановыми спиртами.

3. Обоснована методология и реализовано техническое обеспечение исследования антифрикционных свойств фильтрационных корок промывочных жидкостей, позволяющие определять статический и динамический коэффициент трения пары «металл-корка»

Практическая значимость результатов.

По результатам выполненных исследований разработаны:

- концентрат технологической жидкости ТЖ-К2 (пат. РФ.2260112) для состава глушения, прошедший промысловые испытания при ремонте скважин УИРС ООО «Уренгойгазпром»;

прибор ФСК-2М и методика экспериментальных исследований внедрены в обучающий процесс на кафедре «Бурение нефтяных и газовых скважин» Уфимского государственного нефтяного технического университета по дисциплинам «Буровые промывочные и тампонажные растворы», «Управление свойствами промывочных жидкостей».

Глава 1. Обзор исследований в области совершенствования технологических жидкостей для первичного вскрытия продуктивных

пластов и глушения скважин.

1.1. Особенности современных технологий первичного вскрытия продуктивных пластов и глушения скважин.

При первичном вскрытии продуктивного пласта происходит его дестабилизация под действием механических, гидродинамических и физико-химических факторов. К основным процессам, сопровождающим дестабилизацию пористого пространства пласта, относят эрозию, гидратацию (сольватацию), ионный обмен и формирование экрана [84]. Указанные процессы инициируют различные межфазные реакции взаимодействия в пористом пространстве, оказывают неоднозначное, за исключением экранирования пор, влияние на эффективную проницаемость пластов. Причины снижения естественной проницаемости продуктивных пластов изучены достаточно хорошо, они описаны в многочисленных работах отечественных и зарубежных исследователей [8, 9, 14, 21, 24, 26, 33]. Знание этих причин позволяет правильно выбрать конкретные меры профилактики, повысить их эффективность. Снижение проницаемости пород продуктивных пластов при поступлении в пласт водных фильтратов может быть вызвано перекрытием или сужением каналов водными, а чаще водополимерными граничными слоями, дополнительным сопротивлением движению жидкости из пласта в скважину при возникновении капиллярных давлений и многофазных потоков [25,43,45,47].

Достаточно широко распространёнными причинами снижения проницаемости коллекторов являются так называемое «загрязнение» глиной, механическими примесями, глобулами возникающих в пористом пространстве эмульсий [33, 43]. Из-за изменения термобарических условий в системе «пласт-скважина» перекрытие пор приствольной части горных пород может быть вызвано образующимися гидратами и асфальто-смолопарафиновыми отложениями [8, 97, 124, 125]. Эти явления могут иметь место как на завершающих стадиях заканчивания скважин (временная консервация скважин

при кустовом бурении, ремонтно-восстановительные работы), так и при их эксплуатации.

В целом ухудшение коллекторских свойств призабойной зоны пласта (ПЗП) обусловлено литологическим составом, строением пород коллектора, физико-химическими свойствами пластовых флюидов, а также воздействием технологий вскрытия пласта, эксплуатации скважин и ремонтных работ. Как правило, выбор той или иной технологии выполнения конкретных работ с продуктивными пластами тесно увязывается с природными условиями их залегания. Наиболее важными составляющими этих технологий, существенно влияющих на продуктивность коллекторов, являются состав и физико-химические свойства технологических жидкостей (промывочные и тампонажные буровые растворы, жидкости для перфорации и глушения скважин), а также различные по величине, частоте и длительности воздействия, прежде всего гидродинамические, в системе «скважина-пласт» [81, 139].

Анализ многочисленных исследований в области улучшения коллекторских свойств продуктивных пластов показывает на общность механизмов снижения их проницаемости на всех этапах заканчивания скважин, включая первичное вскрытие, цементирование, перфорацию, освоение, глушение, ремонтно-восстановительные работы и временную консервацию скважин при кустовом бурении. К основным механизмам (причинам) снижения естественной проницаемости продуктивных пластов относят различные виды блокировок их пор (каналов): 1) водой; 2) глиной; 3) глобулами эмульсий; 4) нерастворимыми осадками; 5) полимер-дисперсными системами; 6) асфальто-смолопарафиновыми отложениями; 7) механическими частицами, включая шлам, цемент; 8) продуктами бактериального разложения.

При этом продуктивный пласт подобен живому организму, который постоянно находится под воздействием переменных как по величине, так и по знаку потенциалов: механического (изменение напряженного состояния горных пород), химического, электрохимического, термобарического, термодинамического (изменение поверхностной энергии, капиллярные

явления) и электрокинетического. Являясь, по сути, сложной дисперсной системой, продуктивный пласт, прежде всего его пористое пространство, находится под влиянием различных поверхностных явлений: адсорбции, адгезии, смачивания, образования двойных электрических слоев, капиллярности и др. [128, 129]. Рассмотрим несколько подробнее механизмы перечисленных выше блокировок проницаемых каналов (пор) продуктивного пласта и связанные с ними особенности технологий производства работ на различных этапах заканчивания скважин. Предварительно уточним, что при рассмотрении механизмов блокировки пор водой под термином «вода» имеются в виду водные молекулярные (истинные) растворы солей, поверхностно-активных веществ (ПАВ) и других молекулярно растворимых реагентов.

Блокировка пор водой. Выделяются три основных механизма: 1) возникновение многофазного течения; 2) возникновение капиллярных давлений, равнодействующая которых направлена внутрь пласта при смачивании поверхностей капилляров (пор) водой; 3) сужение проходных сечений пор за счёт образования на их поверхности граничных, прочносвязанных слоёв. При поступлении в пласт водных технологических жидкостей или их фильтратов в результате репрессии происходит оттеснение нефти от ствола скважины, а при вызове притока созданием депрессии возникает многофазное течение, в результате чего проницаемость пласта по нефти снижается [43, 24, 34].

По Лапласу капиллярные давления равны:

2а

где а - межфазное поверхностное натяжение, Я - радиус мениска;

или

2ОСОБв

р =-, (1)

г

где в - краевой угол смачивания, г - радиус поры.

Капиллярные давления могут оказать существенное отрицательное влияние на проницаемость продуктивных пластов за счёт проявления эффекта Жамена [33, 43] и набухания глинистого компонента в порах при капиллярном всасывании воды глиной [33], имеющей на один - два порядка меньший размер пор по сравнению с размерами пор даже малопроницаемых продуктивных коллекторов [4, 25, 83]. Образование на поверхностях проницаемых каналов граничных гидратных, сольватных или полимердисперсных слоёв также существенно влияет на снижение проницаемости продуктивных пластов [8, 25].

Блокировка пор глиной. Известно, что в составе пород продуктивных пластов практически всегда содержатся глинистые минералы, т.е. пласты являются полимиктовыми. Содержание глины в полимиктовых коллекторах достигает 10-30% [55, 124], и находится она в виде цементирующего компонента и наростов на стенках пор. Глина также может быть внесена в пористые пространства пластов фильтратом технологической жидкости. Существенной особенностью глинистых минералов является способность их к набуханию при пропитке жидкостями. Глинистые минералы группы монтмориллонита при пропитке водой могут в десятки раз увеличиваться в объёме, а прочность связи воды ближней гидратации с поверхностью глины достигает сотен тысяч атмосфер [25, 51, 53]. Набухшие гидратированные частицы глины могут практически необратимо снижать проницаемость коллекторов. Мельчайшие частицы глин в составе полимердисперсных систем благодаря наличию ионогенных групп в полимерной цепи могут образовывать прочную связь с поверхностью пор и трещин, сужать и перекрывать их проходное сечение [24, 33].

Блокировка глобулами эмульсий. Для возникновения водонефтяных эмульсий в продуктивных пластах имеются все необходимые условия: вода может поступать в пласт из водоносных пластов, из технологических жидкостей на водной основе, в которых функции эмульгаторов выполняют многие поверхностно-активные реагенты, а также ПАВ, содержащиеся в нефтях. Перемешивание фаз происходит в процессе фильтрации водонефтяных

смесей. Активирует образование эмульсий температура. Внутри пористого пространства могут образовываться глобулы, размер которых сопоставим с размерами пор, и при вызове притока он