Введение к работе
Актуальность темы. Ограничение попутно добываемой воды является одной из острых проблем нефтедобычи. Преждевременное обводнение скважин, не связанное с естественной выработкой пласта, когда темпы роста обводненности не соответствуют темпам извлечения запасов нефти, приводит к снижению рентабельности эксплуатации скважин, вызывает большие непроизводительные затраты на добычу, транспортирование и отделение попутной воды, борьбу с коррозией промыслового оборудования, при этом нерационально используется пластовая энергия залежей и системы заводнения, происходит уменьшение текущих дебитов нефти и конечной нефтеотдачи.
Несмотря на разнообразие применяемых составов и технологий при ежегодном увеличении объема проводимых водоизоляционных работ, число обводненных скважин в Западной Сибири растет в 1,5-2 раза быстрее. Существующие методы борьбы с преждевременным обводнением скважин часто оказываются малоэффективными, что связано со сложностью решения поставленных задач и несоответствием выбора скважин и технологии водоизоляционных работ.
Еще большие сложности возникают при изоляции притока воды в горизонтальные скважины (ГС). При этом прямой перенос традиционных технологий ограничения водопритока, разработанных для вертикальных скважин, не только не дает положительного результата, но часто приводит к значительным осложнениям в работе горизонтальных скважин. Для получения эффекта требуется их кардинальная адаптация к условиям ГС на основе физико-химических исследований и регулирования свойств технологических составов, физического и математического моделирования процесса фильтрации технологических жидкостей во время проведения водоизоляционных работ и последующего притока пластовых флюидов.
Таким образом, разработка технологии ограничения водопритока в горизонтальные скважины, с учетом особенностей фильтрации флюидов к ГС, конструкции, пространственной ориентации и, как правило, значительной протяженности горизонтального ствола является актуальной.
В своих исследованиях автор опирался на труды, посвященные решению проблемы обводнения горизонтальных скважин и проведению ремонтно-изоляционных работ, известных специалистов, таких как Басарыгин Ю.М., Блажевич В.А., Богомольный К.В., Бурдин К.В., Волков Ю.А., Диниченко И.К., Курочкин Б.С., Муслимов Р.Х., Сохошко С.К., Уметбаев В.Г., Хисамов Р.С. и др.
Целью диссертационной работы является повышение эффективности эксплуатации обводненных горизонтальных скважин путем совершенствования технологии ремонтно-изоляционных работ (РИР) за счет регулирования свойств технологических растворов и создания новой последовательности технологических операций.
Идея работы заключается в повышении избирательности проникновения полимерных гелеобразующих тампонажных растворов и формирования блокирующих экранов в интервалах водопритока ГС при сохранении фильтрационных характеристик нефтенасыщенных участков за счет комплексного применения полимерных систем с обратными эмульсиями в качестве «жидкого пакера» и химическими деструкторами полимерных гелей.
Задачи исследований:
Анализ современных технологий изоляции водопритока в вертикальные и горизонтальные скважины.
Исследование физико-химических и фильтрационных свойств водоизоляционных составов на основе полимерных структурообразующих систем и обратных эмульсий, математическое описание реологических свойств растворов, кинетики структурирования.
Изучение возможности и особенностей разрушения полимерных гелей химическим способом растворами деструкторов.
Разработка математической модели фильтрации полимерных систем, обладающих реологическими свойствами, и деструктора при их закачивании в призабойную зону (ПЗП) горизонтальных скважин, эксплуатирующих неоднородные по проницаемости пласты, а также последующего притока флюидов с возможностью выбора оптимальных составов и объемов полимерных структурообразующих композиций, объемов продавливающей жидкости и деструктора при проектировании технологии РИР в ГС.
Разработка композиций на основе обратных эмульсий, выполняющих роль «жидкого пакера», с высокими реологическими свойствами и регулируемым временем саморазрушения в температурных условиях пласта.
Выбор объектов применения разработанных составов, опытно-промышленные испытания технологии водоизоляции на ГС.
Методика исследований включала в себя комплекс лабораторных и промысловых экспериментов, физическое и математическое моделирование, статистическую оценку достоверности результатов исследований.
Научная новизна работы заключается в установлении зависимостей кинетики гелеобразования вязкоупругих составов (ВУС) на основе низкомолекулярных акриловых полимеров и ацетата хрома, закупоривающей способности ВУС, стабильности «жидкого пакера» от концентрационных характеристик растворов, минерализации растворителя и температурных условий, а также в получении зависимостей и возможности регулирования избирательности проникновения полимерных композиций и формирования гелей в неоднородном пласте с целью перераспределения притока нефти и воды к ГС изменением реологических свойств полимерных растворов и применением деструктора полимеров.
Защищаемые научные положения:
Разработанный «жидкий пакер» на основе обратных эмульсий обладает высокими структурно-реологическими свойствами, обеспечивающими надежную временную изоляцию участка горизонтального ствола, а регулирование «времени жизни» обратной эмульсии обеспечивает возможность закачивания полимерного тампонажного раствора, формирование и упрочнение полимерного геля, обработку деструктором при исключении дополнительной операции спуска промывочных труб и вымывания «жидкого пакера» из скважины.
Предлагаемые тампонажные составы на основе низкомолекулярных полимеров обладают регулируемыми физико-химическими свойствами, надежным тампонирующим эффектом, в большей степени в гранулярном коллекторе, и высокой термостабильностыо в течение длительного времени. Кинетические закономерности разрушения полимерных гелей растворами сильных
окислителей, мало зависящие от проницаемости пористой среды, увеличивают селективность установки блокирующих водоприток гелевых экранов в водонасыщенных интервалах.
3. Полученные модификации известных зависимостей продуктивности горизонтальных скважин от параметров пласта, геометрии и расположения ствола, а также созданная компьютерная математическая модель позволяют учитывать основные особенности притока жидкости к ГС, фильтрацию полимерных композиций с учетом реологических свойств в процессе их закачивания в неоднородный по проницаемости пласт и рассчитывать оптимальные объемы технологических оторочек с целью достижения максимальной эффективности РИР.
Достоверность научных положений, выеодов и
рекомендаций подтверждается теоретическими и
экспериментальными исследованиями с использованием современного лабораторного оборудования и вычислительной техники, достаточной степенью сходимости расчетных и экспериментальных данных, воспроизводимостью полученных результатов.
Практическая значимость работы:
Разработана новая технология селективной изоляции водопритоков в ГС, основанная на поинтервальной обработке ствола и предусматривающая: а) отсечение необрабатываемой области «жидким пакером» на основе саморазрушающихся эмульсий обратного типа с заданным «временем жизни»; б) последующее закачивание гелеобразующей композиции и создание водоизоляционных барьеров в интервалах притока воды; в) частичное разрушение геля деструкторами для снижения отрицательного влияния на нефтенасыщенные области и повышения селективности установки блокирующих воду экранов.
Разработана методика выбора ГС для проведения водоизоляционных работ, основанная на анализе геолого-физических характеристик эксплуатируемых пластов, геофизических исследований скважин и динамики их работы. Определена область эффективного применения технологии.
Разработана компьютерная математическая программа моделирования водоизоляционных работ в горизонтальных скважинах с использованием полимерных композиций с известными
физико-химическими свойствами и деструктора. Программа позволяет подбирать оптимальные объемы тампонирующей композиции, продавливающей жидкости и деструктора с целью достижения максимальных положительных результатов РИР.
Материалы диссертационной работы внедрены в учебный процесс и используются при чтении лекций по дисциплинам «Подземный и капитальный ремонт скважин», «Методы увеличения нефтеотдачи пластов», «Эксплуатация нефтяных и газовых скважин», «Подземная гидромеханика» студентам специальности 13.05.03 «Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений» Самарского государственного технического университета.
Разработанная технология ограничения водопритока в ГС реализована на двух скважинах Еты-Пуровского и Ярайнерского месторождений ОАО «Газпромнефть». Текущий технологический эффект составил 4080 т дополнительно добытой нефти (по состоянию на 31.07.2009 г. эффект продолжается).
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались: на 60-й юбилейной студенческой конференции СамГТУ (г. Самара, 2005 г.); на Всероссийской научной конференции-конкурсе студентов выпускного курса (г. Санкт-Петербург 2006 г.); на III, V Международных научно-практических конференциях «Ашировские чтения» (г. Самара, 2006, 2008 г.г.); на IV Международной научно-практической конференции «Нефтегазовые и химические технологии», (г. Самара, 2007 г.); на научно-практической конференции «Новые методы и технологии в области ремонтно-изоляционных работ» ОАО «Белкамнефть» (г. Ижевск, 2008 г.); на XII Международной научно-практической конференции «Повышение нефтегазоотдачи пластов и интенсификация добычи нефти и газа» (г. Москва, 2008 г.); на НТС ОАО «Ойл Технолоджи Оверсиз» (г. Самара, г. Москва, 2006, 2007 г.г.).
Личный вклад автора состоит в постановке задач исследований, создании математической модели для разработанной компьютерной программы, разработке и изготовлении физической модели горизонтальной скважины и конусной модели нелинейной фильтрации, проведении теоретических, физико-химических и фильтрационных исследований, создании технологии ограничения водопритока в ГС.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 печатных работ, в том числе тезисы одного доклада. Две работы изданы в ведущих рецензируемых научных журналах, рекомендованных ВАК Минобрнауки России. Получен 1 патент Российской Федерации.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, выводов, списка использованных источников. Содержит 157 страниц машинописного текста, 56 рисунков, 26 таблиц, 282 библиографические ссылки, 3 приложения.
Автор выражает глубокую признательность Акимову Н.И., главному геологу ОАО «Кондурчанефть» Казанбаевой О.В., сотрудникам ИТЦ ОАО «ОТО Рекавери».
