Введение к работе
Актуальность проблемы. Гидравлический разрыв пласта (ГРП) является одной из наиболее эффективных технологий интенсификации работы добывающих и нагнетательных скважин, а за счет вовлечения в разработку запасов из низкопроницаемых коллекторов и слабодре-нируемых зон, ГРП также можно рассматривать как перспективную технологию повышения нефтеотдачи пласта
Гидравлический разрыв пласта - это физический процесс, при котором порода разрывается по плоскостям минимальной прочности за счет воздействия на пласт давлением, создаваемым закачкой в скважину специальной жидкости разрыва В образованные трещины с помощью жидкостей разрыва транспортируется расклинивающий материал - проппант, который, после снятия избыточного давления, закрепляет трещины в раскрытом состоянии В результате ГРП, за счет снижения гидравлических сопротивлений в призабойной зоне и увеличения поверхности фильтрации, кратно повышается продуктивность добывающих и приемистость нагнетательных скважин.
Сегодня, в основном, используются способы гидроразрыва пласта с применением гелеобразующих рабочих жидкостей на водной и углеводородной основах, обладающих по сравнению с другими системами, например, эмульсиями, более высокой вязкостью, более низкими потерями давления на трение, а также регулируемой деструкцией, вплоть до полного разложения геля При этом возможно проведение процесса гидравлического разрыва пласта с использованием высоких темпов закачки, для получения расчетных размеров трещин.
В настоящее время в России большая часть работ по ГРП (примерно 90%) проводится с применением водного полисахаридного геля Естественно, что такой гель обладает рядом преимуществ перед применением углеводородной жидкости Это связано не только с по-жаробезопасностью, т к вместо товарной нефти или дизельного топлива используется вода, но и с качеством получаемого геля- его большей вязкостью и более высокой структурой, которые обеспечивают большую песконесущую способность и возможность получать эти свойства на потоке при закачке геля в скважину
Развитие направления с получением более протяженных трещин, связанное с вовлечением в разработку низкопроницаемых коллекторов, а также нового направления - гидравлического разрыва в высокопроницаемых пластах, требует применения при закачках высоких концентраций проппанта, что возможно только с использованием таких высоковязких жидкостей, как сшитый полисахаридный гель
Однако реагенты для приготовления водных полисахаридных гелей достаточно дороги, поскольку для получения необходимых
свойств требуется добавление различных компонентов, число которых может быть значительным, как в технологиях Шлюмберже -10 и выше Использование ряда реагентов предусматривает особые требования к основе геля - воде по содержанию многовалентных катионов, в первую очередь железа Кроме того, экспериментальные исследования показывают, что после ГРП с применением водного полисаха-ридного геля на основе гуара и его производных, проницаемость коллектора восстанавливается не более, чем на 40 %. Снижению проницаемости и образованию большого осадка в трещине способствует повышенная фильтратоотдача жидкостей при пластовых температурах Более высокая вязкость, получаемая за счет увеличения концентрации реагентов в составе геля, незначительно снижает фильтрато-отдачу, но вызывает повышенное отложение осадков и высокие потери давления на трение при закачке геля
Поэтому разработка новых составов высокоструктурированных полисахаридных водных гелей для ГРП, не ухудшающих коллек-торские свойства пласта, получение которых возможно с использованием как пресной технической, так и минерализованной воды, отличающихся упрощенной технологией приготовления, является актуальной научной и практической задачей совершенствования технологии гидравлического разрыва пласта
Применяющиеся в настоящее время углеводородные гели на основе дизельного топлива и товарной нефти за счет высокой фильтрации ухудшают коллекторские свойства пласта и увеличивают обводненность продукции добывающих скважин
Поэтому разработка новых составов высокоструктурированных углеводородных гелей, обладающих низкой фильтрацией, необходимой термостабильностью и эффективной деструкцией, не ухудшающих коллекторские свойства пласта, также является актуальной научной и практической задачей совершенствования технологии гидравлического разрыва пласта
Нефтегазодобывающие предприятия избегают проводить ГРП в нефтегазоносных пластах с повышенной водонасыщенностью, т.к. проведение гидроразрыва может привести к значительному обводнению продукции скважин Обводненность скважин может возрасти за счет прорыва образуемых в процессе ГРП трещин в близкорасположенные водонасыщенные пропластки
Существуют технологии ограничения притока воды в процессе ГРП Известные способы малоэффективны, так при закачке в трещину цементного раствора происходит изоляция не только воды, но и нефти, к тому же в процессе закачки могут возникнуть трудности, связанные, например, с преждевременным схватыванием цементного
раствора в скважине. Ограничение водопритока путем многообъемной закачки водоизолирующих реагентов требует больших материальных и временных затрат
Поэтому разработка технологии ГРП в сочетании с изоляцией водопритоков (ИВП) на основе новых селективных еодоизолирующих составов, является актуальной научной и практической задачей совершенствования технологии гидравлического разрыва пласта Цель работы. Диссертация посвящена исследованию влияния ком-плексообразующих добавок на физико-химические свойства гелеобразующих жидкостей на водной и углеводородной основах и разработке на базе полученных закономерностей, высокоструктурированных гелеобразующих жидкостей разрыва для совершенствования процесса гидравлического разрыва пласта
- получению высокоструктурированных гелей для ГРП на водной ос
нове с использованием как пресной технической воды, так и подто
варной минерализованной воды, а также растворов солей, содержа
щих одновалентные катионы, отличающихся упрощенной технологи
ей приготовления, обладающих необходимой термостабильностью в
широком диапазоне температур (от 20 до 140С), высокой песко-
удерживающей способностью, низкой фильтрацией, низкими потеря
ми давления на трение, не вызывающих набухания глин, образования
осадков и эмульсий, обладающих эффективной деструкцией, не
ухудшающих коллекторские свойства пласта;
- получению высокоструктурированных гелей для ГРП на углеводо
родной основе с использованием дизельного топлива и товарной неф
ти, отличающихся упрощенной технологией приготовления, обла
дающих необходимой термостабильностью в широком диапазоне
температур (от 20 до 140С), высокой пескоудерживающей способно
стью, низкой фильтрацией, низкими потерями давления на трение,
обладающих эффективной деструкцией, не ухудшающих коллектор
ские свойства пласта.
Целью работы также являлось исследование водоизолирующих свойств углеводородного геля на основе алюминиевых солей органических ортофосфорных эфиров и разработка с его использованием технологии ГРП в сочетании с изоляцией водопритоков Основные задачи работы. В работе были поставлены и решались следующие основные задачи
- анализ патентной и научно-технической литературы и выбор наиболее рациональных направлений в разработке составов высокоструктурированных гелеобразующих жидкостей на водной и углеводородной основах для гидравлического разрыва пласта,
анализ патентной и научно-технической литературы и выбор наиболее рациональных направлений в разработке водоизолирующих составов и технологий для изоляции водопритоков, в том числе при проведении гидравлического разрыва пласта,
изучение влияния на структуру сшитого бором полисахаридно-го геля комплексообразующих добавок, таких как ионы хрома, ами-носпирты, моно-, ди-, и полигликоли, а также межмолекулярного взаимодействия полисахаридов различного строения, экспериментальные исследования с целью разработки составов и методик приготовления в промысловых условиях высокоструктурированных гелеобразующих жидкостей разрыва на водной основе, обладающих улучшенными физико-химическими характеристиками,
изучение влияния на структуру углеводородного геля комплексообразующих добавок аминоспиртов и экспериментальные исследования с целью разработки составов и методик приготовления в промысловых условиях высокоструктурированных гелеобразующих жидкостей разрыва на углеводородной основе, обладающих улучшенными физико-химическими характеристиками,
установление селективности по отношению к воде углеводородного геля на основе алюминиевых солей органических ортофос-форных эфиров и экспериментальные исследования с целью разработки составов и методик приготовления в промысловых условиях гелеобразующих жидкостей на углеводородной основе для селективной изоляции водопритоков,
разработка технологии гидравлического разрыва пласта в сочетании с изоляцией водопритоков с применением разработанных составов гелеобразующих жидкостей на углеводородной основе для селективной изоляции водопритоков,
проведение процессов ГРП с использованием разработанных высокоструктурированных гелеобразующих жидкостей разрыва на водной и углеводородной основах и методик их приготовления в промысловых условиях, анализ полученных результатов,
- испытания процессов ГРП с использованием разработанной
технологии ГРП в сочетании с изоляцией водопритоков, анализ полу
ченных результатов
Научная новизна. Впервые теоретически обосновано и экспериментально доказано влияние комплексообразующих добавок, таких как ионы хрома, аминоспирты, моно-, ди-, и полигликоли, а также влияние межмолекулярного взаимодействия немодифицированных и модифицированных полисахаридов (гуаров) на структуру сшитого соединениями бора полисахаридного геля, и связанные с ней вязкость,
термостабильность, пескоудерживающую способность и фильтрато-отдачу
Установлено, что введение в состав водного геля водорастворимых аминоспиртов, позволяет получать высокоструктурированные гели при использовании не только пресной, но и минерализованной воды, содержащей как одновалентные, так и многовалентные катионы
Показано, что структурированная жидкость разрыва на водной основе - сшитый бором полисахаридный водный гель, дополнительно содержащая комплексообразующие добавки ионов хрома, аминоспиртов и гликолей, а в качестве гелеобразователя смесь немодифици-рованных и модифицированных полисахаридов (гуаров), для получения которой возможно использование как пресной, так и минерализованной воды, отличается упрощенной технологией приготовления, обладает необходимой термостабильностью в широком диапазоне температур (от 20 до 140С), высокой пескоудерживающей способностью, низкими фильтрацией и потерями давления на трение, не вызывает набухания глин, образования осадков и эмульсий, обладает эффективной деструкцией, не ухудшает коллекторских свойств пласта
Теоретически обосновано и экспериментально доказано влияние комплексообразующих добавок аминоспиртов на структуру углеводородных гелей на основе алюминиевых и железных солей органических ортофосфорных эфиров, а также связанные с ней вязкость, термостабильность, пескоудерживающую способность и фильтрато-отдачу
Показано, что структурированная углеводородная композиция на основе алюминиевых солей органических ортофосфорных эфиров, дополнительно содержащая комплексообразующие добавки аминоспиртов, отличается от известных улучшенными структурно-реологическими и фильтрационными характеристиками при температурах до 140С, обладает эффективной деструкцией, не ухудшает кол-лекторских свойств пласта
Показано, что структурированная углеводородная композиция на основе железных солей органических ортофосфорных эфиров, дополнительно содержащая комплексообразующие добавки аминоспиртов, отличается от известных улучшенными структурно-реологическими и фильтрационными характеристиками при температурах 20-120С, обладает эффективной деструкцией, не ухудшает коллекторских свойств пласта
Доказана возможность применения углеводородного геля на основе алюминиевых солей органических ортофосфорных эфиров в качестве водоизолирующего состава
Впервые предложена технология ГРП в сочетании с изоляцией водопритоков с применением, в качестве жидкости разрыва и, одновременно, реагента для селективной изоляции водопритоков, полученного структурированного углеводородного геля на основе алюминиевых солей органических ортофосфорных эфиров Практическое значение работы. Обобщены результаты ГРП с применением в качестве жидкостей разрьша водных и углеводородных гелей
Разработаны методики приготовления в промысловых условиях высокоструктурированного полисахаридного водного геля, которые внедрены в технологиях ГРП, проводимых сервисными предприятиями ОАО "Пурнефтеотдача", Сургутское УПНП и КРС, ЗАО "СП "МеКаМинефть"", ООО "Катобьнефть", Лениногорское УПНП и КРС, ООО "Приток", "ПНП-Сервис", ОАО "КНГ-Ремонт", ОАО "СММ" на месторождениях Западной Сибири, Татарстана, Пермской области, Оренбургской области, Коми, Краснодарского края, Сахалина, Республики Беларусь и Республики Казахстан
Разработана технология получения алкилфосфорных эфиров непрерывным способом на установке идеального смешения и вытеснения
Разработана методика приготовления в промысловых условиях структурированной углеводородной гелеобразной композиции на основе алюминиевых солей органических ортофосфорных эфиров, которая внедрена в технологиях ГРП, проводимых на месторождениях ОАО "Юганскнефтегаз", ОАО "Пурнефтегаз", ОАО "Сургутнефтегаз", ОАО "Ноябрьскнефтегаз", ОАО "Оренбургнефть", а также в технологии ГРП, проводимой сервисным предприятием ОАО "Пурнефтеотдача" в высокотемпературных скважинах на месторождениях ОАО "НК "Роснефть-Ставропольнефтегаз""
Разработана методика приготовления в промысловых условиях структурированной углеводородной гелеобразной композиции на основе железных солей органических ортофосфорных эфиров, которая внедрена в технологиях ГРП, проводимых сервисными предприятиями ОАО "Пурнефтеотдача", Лениногорское УПНП и КРС, "ПНП-Сервис", ОАО "СММ" на месторождениях Западной Сибири, Татарстана, Коми и Республики Казахстан
Разработана технология ГРП в сочетании с изоляцией водопритоков с применением, в качестве реагента для селективной изоляции водопритоков, полученной структурированной гелеобразной композиции на основе алюминиевых солей органических ортофосфорных эфиров, которая внедрена в ОАО "СММ" при проведении ГРП в вы-
сокообводненных скважинах месторождения Каламкас (Республика Казахстан)
Сформулированы требования и составлены технические условия (ТУ) на выпуск отечественных комплексов реагентов для приготовления полисахаридных и углеводородных гелей для ГРП Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на-
семинаре "Развитие работ в области гидроразрыва пласта, обмен передовым опытом и знакомство с новыми технологиями" (ГП "Роснефть", г Москва, ВВЦ, 13-16 декабря 1993 г),
научно-техническом совещании "Повышение эффективности разработки месторождений" (ОАО "Сиданко", г Радужный, 23-27 марта 1998 г ),
научно-технической конференции по проблемам применения ГРП в России (ОАО "НТК РМНТК "Нефтеотдача"", г Москва, 17 декабря 1998 г ),
технология ГРП с применением геля на водной основе экспонировалась на 7-й международной выставке оборудования для нефтяной и газовой промышленности (Москва, "ЭКСПОЦЕНТР", 22-26 июня, 1998 г),
Всероссийской научно-практической конференции к 75-летию кафедры органической химии и химии нефти РГУ нефти и газа им ИМ Губкина "Разработка, производство и применение химических реагентов для нефтяной и газовой промышленности" (Москва, РГУ нефти и газа им И М Губкина 20-21 июня 2002 г),
5-й научно-технической конференции "Актуальные проблемы состояния и развития нефтегазового комплекса России" (Москва, РГУ нефти и газа им И М.Губкина 23-24 января 2003 г),
техническом совещании в ОАО "МангистауМунайГаз" и в ПУ "КаламкасМунайГаз" "Технология проведения гидравлического разрыва пласта с изоляцией водопритока" (г Актау, г Каламкас Республика Казахстан 01-02 апреля 2004 г),
совещании главных специалистов ОАО "НК "Роснефть" (ОАО "НК "Роснефть-Ставропольнефтегаз""), г Нефтекумск 28-30 сентября 2004 г),
техническом совещании в РУП "ПО "Белоруснефть"" и "Бел-НИПИнефть" "Новые реагенты для ГРП и технологии их применения" (г Гомель Республика Беларусь, 11 ноября 2004 г),
II -й Всероссийской научно-практической конференции "Разработка, производство и применение химических реагентов для нефтяной и газовой промышленности" (Москва, РГУ нефти и газа им И М Губкина 25-26 ноября 2004 г),
7-й научно-технической конференции "Актуальные проблемы состояния и развития нефтегазового комплекса России"(Москва, РГУ нефти и газа им И М Губкина 25-26 января 2005 г ),
6-м интернациональном форуме Фрактеха по интенсификации скважин "Новые реагенты для ГРП и технологии их применения ГРП с изоляцией водопритоков" (Москва, 20-21 сентября 2005 г),
7-м интернациональном форуме Фрактеха по интенсификации скважин "Технологические жидкости для направленных кислотных обработок карбонатного коллектора"(Москва, 12-13 сентября 2006 г). Публикации. По теме диссертации опубликовано 14 статей в научно-технических журналах и сборниках трудов, 18 тезисов докладов, 3 руководящих документа (РД), 20 патентных документов Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, основных результатов и выводов, библиографического списка из 342 источников и 5 приложений Общий объем работы 375 страниц, в том числе 36 таблиц и 45 рисунков
