Содержание к диссертации
Введение. 7
Глава 1. Размещение остаточных запасов, изменение коллекторских и
фильтрационных свойств породы, состава пластовых флюидов
месторождений Узень, Карамандыбас, Жетыбай. 15
1.1. Геолого-физическая характеристика и особенности разработки
месторождения Узень. 15
Геолого-физическая характеристика месторождения Узень. 15
Физико-химические свойства пластовых флюидов. 17
Особенности разработки месторождения. 19
Особенности выработки запасов нефти из пластов. 25
1.2. Геолого-физическая характеристика и особенности разработки
месторождения Жетыбай. 29
Структурные особенности нефтегазовых и нефтяных залежей. 29
Физико-химические свойства пластовых флюидов. 34
Особенности разработки месторождения. 36
Реологические особенности нефтей месторождений Узень, Карамандыбас и Жетыбай. 41
Изменение свойств нефти и состава газа в процессе разработки 51 месторождений.
Изменение коллекторских и фильтрационных свойств нефтенасыщенных пород в процессе эксплуатации месторождений.
Изменение естественных и техногенных электрических полей. 69
1.6. Термодинамическая неустойчивость пластовых флюидов. 72
Выводы и основные задачи исследований. 77
Глава 2. Совершенствование технологических процессов разработки нефтяных
залежей. 79
Анализ процесса закачки в нефтяные залежи холодной и горячей воды. 80
Ступенчатое термальное заводнение. 82
Фигурное заводнение. 84
Энерго- и ресурсосберегающая технология термозаводнения. 88
Раздельная разработка высоко- и низкопродуктивных зон. 95
Нестационарное (циклическое) заводнение. 98
Применение водорастворимых поверхностно-активных веществ. 99
Основные заключения. 113
Глава 3. Повышение эффективности использования многофункциональных
ПАВ в технологических процессах добычи нефти и при обработке
призабойной зоны пластов. 114
Обоснование применения многофункциональных (МФК) ПАВ. 114
Применение МФК ПАВ в качестве ингибиторов при обработках ПЗП. 115
Профилактические обработки скважин и ПЗП. 120
Особенности профилактических обработок газлифтных и глубинно-
насосных скважин. 123
Применение технологических растворов при глушении скважин. 125
Применение МФК ПАВ для снижения гидравлических сопротивлений при
транспорте нефтей и эмульсий. 127
Обоснование направления исследований. 133
3.2. Разработка оптимальных рецептур смесей на основе многофункциональных
водорастворимых композиций ПАВ. 133
Исследования реологических характеристик нефти с добавками ПВМК ПАВ 133
Поверхностное натяжение и критическая концентрация мицеллообразования ПВМК ПАВ. 136
Исследования моющих и ингибирующих свойств ПВМК ПАВ 140
Экспериментальные исследования по отмыву АСПО. 141
Ингибирование асфальтосмолопарафиновых отложений. 144
Изменение значения коэффициента светопоглощения нефти и АСПО при использовании ПВМК ПАВ в качестве отмывающего и ингибирующего средства. 146
Влияние ПВМК ПАВ на гидравлический режим транспорта нефти. 149
Экспериментальная оценка эффективности применения ПВМК ПАВ при воздействии на ПЗП. 152
Взаимодействие водных растворов ПВМК ПАВ с глинистой фазой, содержащейся в пласте. 162
Приготовление ПВМК ПАВ. 166 Заключение 169
Глава 4. Интенсификация работы скважин на поздней стадии разработки. 170
4.1. Краткий аналитический обзор методов, применяемых для восстановления
продуктивности и приемистости скважин и повышения эксплуатационной
надежности оборудования. 170
4.2. Разработка новых составов и технологий для защиты нефтепромыслового
оборудования. 192
Ингибиторы АСПО, солеосаждений, коррозии и комплексного действия. 192
Способы обработки скважин ингибиторами комплексного действия. 192
4.3. Усовершенствование технологии электроразрядного воздействия. 196
Исследование электрического разряда в водных растворах многофункциональных композиций ПАВ. 197
Влияние электрических импульсов на характеристики водных растворов композиций ПАВ. 198
Экспериментальные исследования реологических характеристик нефтей, обработанных композициями ПАВ, подвергнутых ЭРВ. 200
Совместное использование ЭРВ и композиций ПАВ при обработке ПЗП 201
Совместное использование ВУС и ЭРВ. 204
4.4. Методы очистки нефтепромыслового оборудования от твердых отложений. 209
Вибро-акустические методы очистки труб от твердых отложений. 209
Ударно-волновой способ очистки оборудования от твердых накоплений. 212
4.5. Повышение эффективности методов интенсификации работы скважин
воздействием физических полей. 216
Воздействие на пластовый флюид магнитным полем. 216
Исследование влияния электромагнитных полей на процесс нефтедобычи. 220
Воздействие электромагнитным полем на ПЗП. 220
Исследование влияния электрических полей на фильтрацию жидкости в пористых средах. 223
4.6. Усовершенствование процессов цементирования и ремонта скважин. 234
Влияние геолого-технологических факторов на качество крепления 234 скважин.
Влияние электрических полей на прочность скважины в процессе ее строительства и эксплуатации. 235 Основные результаты исследований. 238
Глава 5. Интенсификация добычи нефти поинтервальными обработками
добывающих и нагнетательных скважин. 240
5.1. Разработка и обоснование метода выбора скважин для осуществления
поинтервальных обработок. 240
Оценка реологических характеристик нефти месторождения Узень. 241
Способ определения предельного напряжения сдвига в промысловых 248 условиях.
Выбор скважин, участков для осуществления поинтервальных обработок скважин. 250
5.2. Разработка и оценка эффективности применения композиционных составов
на основе полимерных для ограничения водопритоков и интенсификации
добычи нефти. 255
Исследование и разработка рецептур гелеобразующих составов на основе полиакриламида и хромокалиевых квасцов. 256
Исследование и разработка рецептур гелеобразующих составов на основе лигносульфонатов. 265
5.3. Технология воздействия на призабойную зону скважин с применением
временноблокирующих составов. 272
Заключение 278
Глава 6. Критерии применимости и оценка технологической и экономической
эффективности разработанных мероприятий по результатам их
применения 279
6.1 Промысловые испытания и внедрение МФК ПАВ в технологических
операциях добычи нефти. 279
6.1.1 Методы оценки технологической эффективности применения композиций 279
Дозирование ПВМК ПАВ в затрубное пространство глубишюнасосных скважин. "" 282
Применение ПВМК ПАВ для снижения гидравлических сопротивлений при транспорте нефтей. 286
Обработка призабойной зоны пласта ПВМК ПАВ. 290
Технология импульсного воздействия на призабойную зону пласта и ствол скважины на основе комплексного применения вязко-упругих составов и ПАВ. 292
Композиционные составы для ограничения водопритоков и интенсификации добычи нефти. 296
Опыт применения вязко-упругих составов на основе полиакриламида. 297
Композиционный состав на основе полиакриламида и калийхромовых 310 квасцов.
6.3.3. Композиционный состав на основе лигносульфонатов. 311
6.4. Применение физических полей для повышения эксплуатационной
надежности скважин. 315
Промысловые исследования факторов, влияющих на электрический потенциал скважины. 316
Исследование межколонных перетоков и разработка методов их 319 ликвидации.
Выводы 320
Заключение 323
Список использованных источников. 327
Принятые сокращения и обозначения. 348
Приложения. 350
АКТ о внедрении результатов диссертационной работы.... ОАО «Узенмунайгаз» - на 350
3-х листах.
АКТ ВНЕДРЕНИЯ результатов диссертационной работы... АОЗТ КПО б.в. на 1
листе. . 353
Введение к работе
Актуальность проблемы.
Продвижение Казахстана к статусу нефтяной державы началось чуть более 100 лет
назад. В 1899 году из скважины, пробуренной известным изобретателем и промышленником
Альфредом Нобелем в урочище Карачунгул, забил мощный фонтан нефти. Сегодня
политическое и экономическое значение нефтегазового комплекса для страны трудно
переоценить. Республика обладает значительными разведанными запасами нефти и газа
промышленных категорий, а также перспективными и прогнозными ресурсами,
являющимися надежной основой для дальнейшего развития нефтегазового комплекса.
Доказанные запасы страны, без учета шельфа Каспийского моря, составляют 2,9 млрд. тонн нефти и газового конденсата и 1,8 трлн. м3 газа. Более 200 месторождений нефти и газа открыто на территории страны, при этом основные запасы углеводородного сырья сосредоточены преимущественно в 14-ти крупных месторождениях Западного Казахстана (Рис.1).
Рис. 1. Основные месторождения углеводородов.
Среди них такие гиганты, как Тенгиз с извлекаемыми запасами нефти свыше 1 млрд. тонн и нефтегазоконденсатное месторождение Карачаганак с извлекаемыми запасами нефти и конденсата около 700 млн. тонн и 1,3 трлн. м3 газа (Рис. 2).
D Тенгиз
Узень
D Карачаганак ПЖанажол
Кумколь
Dдругие
Рис. 2. Распределение запасов по месторождениям.
Добыча жидких углеводородов в 2001 году составила 39 млн. тонн и газа - 12,8 млрд. м3. Рост добычи обусловлен освоением месторождений Тенгиз, Карачаганак, Кумколь и др. По оценкам, в 2002 году добыча нефти и конденсата составит 45 млн. тонн, газа-14 млрд. м3.
К 2005 году нефтяники Казахстана планируют добыть 60 млн. тонн жидких углеводородов, а в качестве рубежа 2010 года называется 100 млн. тонн нефти и конденсата.
Основные приросты извлекаемых запасов и добычи углеводородов следует ожидать за счет новых месторождений казахстанского сектора Каспийского моря. Однако при этом одной из главных задач нефтедобывающей промышленности Казахстана на современном этапе ее развития остается интенсификация добычи углеводородов на освоенных и обустроенных месторождениях, находящихся на поздней стадии разработки и содержащих значительные остаточные запасы нефти.
Продукцией большинства месторождений Западного Казахстана (более 30) являются высокопарафинистые и вязкие нефти. К их числу относятся известные всему миру Узень, Жетыбай, Карамандыбас, нефти которых предельно насыщены растворенным в них парафином (до 26%), смолами и асфальтенами (до 20%) и содержат коррозионноактивные газы (H2S, СОг). Эксплуатация таких месторождений изначально затруднена крайне сложными геолого-физическими условиями: большим количеством (до 20) неоднородных по площади и разрезу многопластовых (до 10...12) горизонтов, близостью начального пластового давления к давлению насыщения нефти газом и пластовой температуры, - к температуре начала кристаллизации парафина (Узень).
На поздней стадии разработки в результате несовершенства методов поддержания пластового давления и температуры, а также низкой эффективности применяемых технологий и реагентов проблемы существенно обостряются:
не обеспечивается необходимая полнота охвата пластов заводнением;
осложняется извлечение оставшихся извлекаемых запасов из-за снижения проницаемости коллекторов и ухудшения свойств нефти;
снижается эксплуатационная надежность нефтепромыслового оборудования в результате негативного воздействия коррозии и интенсивного осаждения на его поверхности солепарафиновых отложений.
В этих условиях применение общепринятых технологий воздействия на продуктивный пласт и использование традиционных методов нефтедобычи может привести к необратимым процессам ухудшения фильтрационно-емкостных свойств коллектора в пласте и призабойной зоне и, как следствие, к снижению показателей разработки. Поэтому возникает необходимость поиска принципиально новых технических решений для
интенсификации нефтедобычи на поздней стадии эксплуатации месторождений со сложными геолого-физическими условиями и аномальными свойствами нефтей.
Этими вопросами занимались многие крупные ученые: Аметов И.М., Баренблатт Г.М., Басниев К.С., Боксерман А.А., Вахитов Г.Г., Горбунов А.Т., Девликамов В.В., Ентов В.М., Желтов Ю.В., Жданов С.А., Крылов А.П., Максутов Р.А., Малофеев Г.Е., Мирзаджанзаде А.Х., Сафронов СВ., Сургучев М.Л., Шерстнев Н.М., Швецов И.А., Щелкачев В.Н. и др., благодаря трудам которых были сформулированы основные направления теоретических и экспериментальных исследований, позволивших в некоторой степени снять остроту данной проблемы, но тем не менее, и в настоящее время она остается актуальной.
Решению именно этих задач посвящена настоящая работа, в которой приводятся результаты многолетних теоретических и экспериментальных исследований, включающие как решения отдельных конкретных задач по разработке новых и усовершенствованию известных технологий, подбору оптимальных реагентов и промышленному их освоению, так и создание научно-технического задела в вопросах изыскания принципиальной возможности использования нетрадиционных методов воздействия на пласт, ПЗП, скважину, флюид для интенсификации добычи нефти и защиты нефтепромыслового оборудования.
Тема диссертации входила в планы научно-исследовательских работ ЗАО «НИПИнефтегаз»: департаментов геологии и разработки, проектирования обустройства, лабораторий техники и технологии добычи, антикоррозионных технологий, гидрохимии и подготовки воды, секции борьбы с отложениями АСПО и повышения нефтеотдачи пласта, которые выполнялись в рамках отраслевых программ МИНнефтепрома СССР и Министерств нефтяной и газовой промышленности, энергетики и минеральных ресурсов республики Казахстан.
Цель работы.
Интенсификация добычи высокопарафинистой нефти на поздней стадии разработки многопластовых месторождений Казахстана.
Задачи исследований.
На основе анализа эксплуатации многопластовых месторождений Казахстана с высокопарафинистой нефтью выявить основные факторы, осложняющие их разработку и негативно влияющие на эффективность применяемых технологических процессов.
Исследовать возможности усовершенствования традиционных или разработки новых технологических процессов, технических средств и реагентов с учетом особенностей
10 реологических свойств нефтей и геолого-физических условий месторождений на основе регулирования и интенсификации работы скважин, воздействия на пласт и ПЗП, применения многофункциональных композиций ПАВ.
3. По результатам лабораторных и промысловых исследований выработать критерии
применимости и технико-экономической целесообразности использования
усовершенствованных методов и средств нефтедобычи на месторождениях в осложненных геолого-физических условиях.
Методы решения поставленных задач.
Поставленные задачи решались на основании современных представлений о строении сложнопостроенных залежей и модельных расчетов с использованием теорий упругости и пластичности, теории подобия, результатов математического моделирования процесса распространения ударных волн в сферически симметричных средах, методами статистики, экспериментальными исследованиями в лабораторных и промысловых условиях.
Научная новизна и достоверность полученных результатов.
Применительно к конкретным условиям разработана методика определения оптимальных составов неионогенных и анионактивных ПАВ с различными добавками, снижающими их адсорбцию и деструкцию в пласте (Патенты .№№: РФ 2007550, 2012788, 2041346 и РК 4730).
Разработана новая методика исследования реологических особенностей нефтей, включающая определение предельного напряжения сдвига нефти в промысловых условиях (Патент РФ №1104253).
3. Разработаны оптимальные составы полимерсодержащих водорастворимых
многофункциональных композиций направленного воздействия на реологические
характеристики нефтей с целью повышения эффективности ингибирования отложений и
снижения сопротивлений при транспорте.
4. Научно обоснован метод расчета показателей выработки слоисто-неоднородных
пластов с парафинистой нефтью при смене температурных режимов нагнетания для
оптимизации условий разработки нефтегазовых месторождений (Патент РФ № 2034136).
5. На примере месторождения Узень показана тенденция развития методов
заводнения, включая циклическое (Патент РК № 12459). Установлена возможность создания
горячей оторочки при периодической закачке холодной воды и ее геотермального нагрева в
стволе скважины (Патенты РФ №№: 2034137,2038468,2119046).
6. Определена временная кинетика процессов электроосмотической фильтрации
водных растворов ПАВ (ОП-10, сульфонол, сульфонат, МЛ-80, ДС-РАС, дисолван и КМЦ) в
пористой среде. Обоснована необходимость тестирования материалов при проведении
геолого-технических мероприятий на электроосмотическую активность, используя в
качестве критерия коэффициент электроосмотической проницаемости (РД39-3-1273-85).
Научно обоснована и экспериментально подтверждена возможность использования геолого-физической и гидрогеологической среды для получения сшитого полимера в пористой среде (Патент РФ № 1627678).
Разработаны методики подбора и составления оптимальных рецептур ингибиторов комплексного действия, гелеобразующих и временно блокирующих композиций на основе ВУС и ПАВ для воздействия на ПЗП и ствол скважины (Патенты РК №№: 3330, 4673, 5985, 6888,7531,7641,11520,12454, 12455,12673; Патенты РФ №№: 1694859,1822862).
9. Выведены аналитические зависимости для определения технологических и
конструктивных параметров установки очистки труб от твердых отложений методом ударно-
волнового воздействия (Патент РФ №1463356).
10. Изучено влияние физических полей на процессы нефтедобычи и
эксплуатационную надежность оборудования. Выявлены закономерности изменения свойств
цементного камня и интенсивности отложения АСПО и солей под их действием,
разработаны новые технологии и устройства для обработки ПЗП, технологического
оборудования и добываемого флюида (Патенты РК №№: 5254, 5255, 7201, 7642, 7643, 7644,
11190,11216,12456).
11. Установлено синергическое действие на ПЗП и характеристики нефтей
совместного электроразрядного воздействия и растворов ПАВ.
12. Разработаны оригинальные методики проведения ингибиторной обработки ПЗП с
промежуточным осаждением реагента в пласте и с применением ВУСов (Патент РФ №
1694859) и ограничения водопритоков лигносульфонатными гелями и
временноблокирующими составами (Патенты РК 7640, 8975, 12402).
Основные защищаемые положения.
1. Методика исследования реологических особенностей флюида с определением
предельного напряжения сдвига нефти в промысловых условиях.
Метод расчета показателей выработки слоисто-неоднородных пластов с парафинистой нефтью при смене температурных режимов нагнетания.
Усовершенствование методов заводнения регулированием интенсивности нагнетания и отбора жидкости.
4. Система тестирования материалов на электроосмотическую активность с
использованием в качестве критерия коэффициента электроосмотической проницаемости.
Использование геолого-физической и гидрогеологической среды для получения сшитого полимера в пористой среде.
Методика расчета параметров установки для очистки оборудования от твердых отложений ударно-волновым воздействием.
7. Методика подбора и составления оптимальных рецептур ингибиторов,
гелеобразующих и временно блокирующих композиций на основе ВУС и ПАВ.
Усовершенствование электроразрядного воздействия (ЭРВ) путем совместного использования его с обработками скважин ПАВами и полимерами.
Закономерности изменения свойств цементного камня и снижения интенсивности солепарафиновых отложений под действием электрических полей.
10. Технологии и реагенты для интенсификации работы скважин:
технология импульсного воздействия на ПЗП ПАВами и ВУСами;
составы и эмульсии для восстановления проницаемости ПЗП;
- поинтервальная обработка скважин лигносульфонатными гелями и временно
блокирующими составами и реагенты для ограничения водопритоков;
совместное использование полимеров и многофункциональных ПАВ;
направленное кислотное воздействие с применением ВУСов;
- технологии ингибиторной защиты ПЗП и оборудования с промежуточным
осаждением реагента в пласте и с применением ВУСов;
- способы магнитной и электромагнитной обработки ПЗП и флюида. -
Практическая ценность и реализация результатов работы в промышленности.
Практическая ценность научных исследований заключается в их реализации при разработке конкретных технологий, технических средств и реагентов. Их промышленное внедрение позволило существенно повысить показатели освоения залежей и надежности оборудования и, тем самым, снизить остроту проблемы разработки многопластовых месторождений с аномальными свойствами флюидов.
Разработанный метод исследования реологических особенностей нефтей успешно применяется на промыслах Казахстана и существенно повысил оперативность сбора исходных данных для выбора оптимальных технологий и реагентов.
Широкомасштабное внедрение «Программы перехода на энергосберегающую технологию заводнения ...» на Узенском месторождении позволило сэкономить значительные средства и упростить процесс разработки.
Явные преимущества разработанной модификации циклического заводнения отражены в результатах ее внедрения на месторождении Узень.
Внедрен целый ряд новых высокоэффективных технологий и реагентов для интенсификации нефтедобычи и повышения эксплуатационной надежности нефтепромыслового оборудования:
технология импульсного воздействия на ПЗП с применением ПАВ и ВУСов (по результатам обработки 59 добывающих и 119 нагнетательных скважин дополнительная добыча нефти составила 20,3 тыс. т., объемы ограничения отбора воды - 161,1 тыс. м3, сокращения непроизводительной закачки - 1036 тыс. м3);
составы для восстановления проницаемости ПЗП;
поинтервальная обработка скважин лигносульфонатными гелями и временно блокирующими составами и рецептуры составов, позволяющие увеличить дебит в 3...20 раз и снизить обводненность с 96 до 50%;
технология направленного кислотного воздействия (зафиксировано увеличение приемистости нагнетательных скважин с 80 до 350 м3/сутки, дебит добывающих - в 1,2. ..2,0 раза, снижение обводненности на 10%);
вибро-акустический и ударно-волновой методы очистки оборудования;
ингибиторная защита оборудования и ПЗП с промежуточным осаждением реагента в пласте и с применением ВУСов (эффект последействия увеличивается в 1,6...8 раз, расход ингибитора снижается на 15%);
магнитная и электромагнитная обработки ПЗП и флюида, увеличивающие межремонтный период работы скважин с 30...50 суток до 6...9 месяцев;
усовершенствование технологии строительства и ремонта скважин, включая нетрадиционные методы воздействия физическими полями.
Апробация работы и публикации.
Основные положения диссертационной работы докладывались: на Ученом совете ОАО «ВНИИнефть» (Москва, 1992г.), на Международной научно-технической конференции, г. Актау, 22-24 мая 1996 г., на III Международном семинаре «Нефтегазоносные резервуары Северного и Восточного побережья Каспийского моря», г. Алматы, 12-14 июня 1996 г., на XIV Губкинских чтениях «Развитие идей Губкина в теории и практике нефтегазового дела», г.Москва, 15-17 октября 1996 г., на 5-ой научно-технической конференции, г. Москва, РГУ, 23-24 января, 2003 г.
Основное содержание диссертации отражено в 95 опубликованных работах, в том числе, 4 монографиях и 66 патентах.
Структура и объем работы.
Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, списка использованных источников и приложения с актами внедрения результатов исследований. Общий объем работы 353 страницы текста, в том числе 164 рисунка и 103 таблицы. Список литературы в объеме 21 страница включает 286 наименований.
Диссертант выражает глубокую признательность профессору [Шерстневу Н.М
профессору [Горбунову А.Т.|, к.т.н. Крылову Д.А. и сотрудникам ЗАО «НИПИнефтегаз» и
ОАО «ВНИИнефть» за большую помощь в проведении совместных исследований.
