Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1 Анализ мирового опыты проектирования и реализации технологии полимерного заводнения. критерии выбора объектовдля применения технологии на месторождениях пермского региона
1.1 Концепция полимерного заводнения 13
1.2 Опыт внедрения полимерного заводнения 15
1.3 Определение критериев выбора объектов для применения технологии полимерного заводнения на месторождениях Пермского региона 23
1.4 Выводы по главе 25
ГЛАВА 2 Геолого-промысловый анализ объектов разработки месторождений пермского края для внедрения технологии полимерного заводнения. анализ физических процессов приприменении технологии полимерного заводнения 26
2.1 Выбор потенциальных объектов разработки для внедрения технологии полимерного заводнения 26
2.2 Анализ физических процессов, протекающих при применении технологии полимерного заводнения 32
2.3 Выводы по главе 38
Глава 3 Методика лабораторных исследований для технологии полимерного заводнения при сопровождении опытно промышленных работ 39
3.1 Исследования в свободном объеме 43
3.1.1 Определение физико-химических свойств полимера 43
3.1.1.1 Определение внешнего вида 43
3.1.1.2 Определение фракционного состава 43
3.1.1.3 Определение насыпной плотности 44
3.1.1.4 Определение массовой доли основного вещества 45
3.1.1.5 Определение степени гидролиза 46
3.1.1.6 Измерение предельного числа (характеристической) вязкости. Расчет молекулярной массы полимера . 48
3.1.1.7 Определение времени растворения полимера в воде 54
3.1.2 Исследования полимерных растворов 56
3.1.2.1 Реологические исследования 59
3.1.2.2 Тест на механическую деструкцию раствора полимера 63
3.1.2.3 Определение термоокислительной деструкции полимерных растворов 63
3.2 Испытания на кернах 66
3.2.1 Подготовка образцов и жидкостей к испытанию 67
3.2.2 Порядок проведения исследований 70
3.2.2.1 Порядок проведения исследований на 1 этапе. з
3.2.2.2 Порядок проведения исследований по определению адсорбции полимера на породе
и его механической деструкции 74
3.2.2.2.1 Определение статической адсорбции полимера на породе 74
3.2.2.2.2 Определение динамической адсорбции полимера на породе и механической
деструкции полимера при прохождении через пустотное пространство породы коллектора. 76
3.2.2.3 Порядок проведения исследований на 2 этапе. 78
3.2.2.4 Обработка результатов измерений 82
3.3 Выводы по главе 84
ГЛАВА 4 Экспериментальные лабораторные исследования полимеров и полимерных растворов для обоснования технологии полимерного заводнения на выбранных пилотных участках 86
4.1 Разработка полимерных составов для условий выбранных объектов 86
4.2 Экспериментальные исследования в «свободном» объеме
4.2.1 Физико-химические свойства твердых полимеров (порошок) 93
4.2.2 Реологические свойства полимерных растворов 94
4.2.3 Исследования механической деструкции растворов полимера 96
4.3 Исследования полимерных растворов с использованием кернов 100
4.3.1 Определение фильтрационных характеристик полимерных растворов, механической деструкции, статической и динамической адсорбции полимера в поровом пространстве и довытесняющей способности 104
4.3.2 Экспериментальная оценка влияния закачки оторочки полимерного раствора на коэффициент вытеснения нефти и перераспределение фильтрационных потоков 119
4.4 Выводы по главе 127
ГЛАВА 5 Разработка критериев выбора полимеров и их растворов для применения в терригенных коллекторах с высокой минерализациейпластовых и закачиваемых вод 128
5.1 Анализ результатов экспериментальных исследований различных марок полимерных составов в условиях терригенного коллектора с высокой минерализацией пластовых и закачиваемых вод 128
5.2 Выводы по главе 131
Заключение 132
Список использованных источников и литературы
- Определение критериев выбора объектов для применения технологии полимерного заводнения на месторождениях Пермского региона
- Анализ физических процессов, протекающих при применении технологии полимерного заводнения
- Измерение предельного числа (характеристической) вязкости. Расчет молекулярной массы полимера
- Определение фильтрационных характеристик полимерных растворов, механической деструкции, статической и динамической адсорбции полимера в поровом пространстве и довытесняющей способности
Введение к работе
Актуальность проблемы. На протяжении многих лет основным методом разработки нефтяных месторождений в России является заводнение. Однако при всей прогрессивности метод заводнения позволяет извлечь из недр в среднем менее половины запасов нефти. В связи с этим, большое значение имеют исследования, направленные на увеличение его эффективности, что позволит полнее использовать запасы нефти на уже разрабатываемых и вводимых в разработку месторождениях.
Одним из направлений повышения эффективности вытеснения нефти из продуктивных пластов является повышение вытесняющей способности воды, в первую очередь за счет добавления в воду различных реагентов. В мировой практике добычи нефти накоплен большой опыт применения различных добавок - используются полимеры, газы, щелочи и другие вещества. Методы, основанные на таком подходе, относятся к третичным.
Полимерное заводнение. Повышенная эффективность полимерного заводнения пластов относительно обычного заводнения, обусловлена тем, что в воде растворяется высокомолекулярный химический реагент – полимер, обладающий способностью даже при малых концентрациях существенно повышать вязкость воды, снижать ее подвижность и за счет этого повышать охват пластов заводнением. Технология полимерного заводнения заключается в закачке большеобъемной оторочки полимерного раствора.
Так как для каждого объекта разработки эффективность полимерного заводнения определяется конкретными геолого-физическими характеристиками и текущим состоянием разработки объектов, то определение наиболее эффективных параметров технологии полимерного заводнения, включая свойства самого полимера, требует глубокой индивидуальной проработки. Определение эффективных параметров технологии полимерного заводнения, является наиболее важной задачей, от которой всецело зависит успешность применения данной технологии -количество дополнительно добытой нефти.
Цель работы – обоснование технологии полимерного заводнения, как третичного метода увеличения нефтеотдачи пласта, для конкретных геолого-физических условий объектов разработки нефтяных месторождений Пермского края, характеризующихся высокой минерализацией пластовых и закачиваемых вод.
Основные задачи работы. Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
-
Анализ мирового опыта проектирования и реализации технологии полимерного заводнения;
-
Геолого-промысловый анализ объектов разработки месторождений Пермского края с целью выбора перспективных объектов для внедрения технологии полимерного заводнения;
-
Разработка методики лабораторных исследований для технологии полимерного заводнения при сопровождении опытно-промышленных работ;
-
Экспериментальные лабораторные исследования полимеров и полимерных растворов для реализации технологии полимерного заводнения на выбранных пилотных участках.
Объектом исследования являются терригенные тульско-бобриковские
отложения Шагиртско-Гожанского месторождения и тульские отложения
Москудьинского месторождения ООО «ЛУКОЙЛ-ПЕРМЬ»,
характеризующиеся высокой минерализацией пластовых вод.
Методы решения задач. Для решения поставленных задач изучен мировой опыт реализации технологии полимерного заводнения, проанализированы геолого-физические характеристики 640 объектов разработки 105 месторождений Пермского региона. С использованием стандартных (РД-39-0148311-206-85 «Гипровостокнефть», API RP 63-1990 «Американского Нефтяного Института», ОСТ 39-195-86) и оригинальной методик выполнены лабораторные исследования различных рецептур полимерных составов в свободном объеме и фильтрационные исследования с
использованием кернового материала, отобранного из скважин исследуемых объектов. Результаты экспериментальных лабораторных исследований послужили исходной информацией для проведении многовариантных расчетов по определению технологии полимерного заводнения с использованием секторных геолого-гидродинамических моделей и реализации опытно-промышленных работ (ОПР) по испытанию технологии с применением различных марок полимеров на двух пилотных участках.
Научная новизна:
-
Определены численные критерии выбора объектов разработки месторождений Пермского края для применения технологии полимерного заводнения: геолого-физические, технологические, технические. На основании данных критериев расширена область применения технологии по следующим характеристикам: проницаемость и потенциальная приемистость нагнетательных скважин, глубина залегания коллектора, вязкости нефти в пластовых условиях, минерализация пластовых и закачиваемых вод;
-
Определены объекты разработки нефтяных месторождений Пермского края для внедрения технологии полимерного заводнения, выполнена экспертная оценка перспектив тиражирования технологии на месторождениях региона;
-
Разработана методика лабораторных исследований для технологии полимерного заводнения при сопровождении опытно-промышленных работ;
-
Экспериментально обоснованы оптимальные характеристики полимеров и их водных растворов для реализации технологии полимерного заводнения на двух пилотных участках нефтяных месторождений Пермского края;
-
Разработаны численные критерии выбора полимеров и их растворов, для применения в терригенных коллекторах с высокой минерализацией пластовых и закачиваемых вод, которые включают в себя ранее не
изученные параметры: время стабильности реологических свойств полимерного раствора, приготовленного на высокоминерализованной воде, при пластовой температуре в отсутствии контакта с кислородом воздуха; статическая адсорбция полимера на породе пласта коллектора; динамическая адсорбция и механическая деструкция полимера при фильтрации в поровом пространстве породы пласта коллектора.
Основные защищаемые положения:
-
Критерии выбора объектов разработки месторождений Пермского края для применения технологии полимерного заводнения;
-
Методика лабораторных исследований для технологии полимерного заводнения при сопровождении опытно-промышленных работ;
-
Критерии выбора полимеров и их растворов, для применения в терригенных коллекторах с высокой минерализацией пластовых и закачиваемых вод.
Внедрение и практическая значимость работы:
-
Определены критерии выбора объектов разработки месторождений Пермского края для применения технологии полимерного заводнения, на основании которых выполнен геолого-промысловый анализ объектов разработки и выбраны объекты для тиражирования данной технологии на месторождениях региона.
-
Разработана и внедрена в лабораторную практику института «ПермНИПИнефть» методика лабораторных исследований для технологии полимерного заводнения при сопровождении ОПР, которая послужила основой для разработки единой методики исследования составов для полимерного заводнения в ООО «ЛУКОЙЛ-Инжиниринг».
-
Экспериментально обоснованы оптимальные характеристики полимеров и их водных растворов для реализации технологии полимерного заводнения на двух пилотных участках нефтяных месторождений Пермского края, которые послужили исходной информацией для проведения многовариантных расчетов по определению технологии полимерного
заводнения с использованием секторных геолого-гидродинамических моделей и реализации опытно-промышленных работ (ОПР). 4. Разработаны численные критерии выбора полимеров и их растворов, для применения в терригенных коллекторах с высокой минерализацией пластовых и закачиваемых вод, позволившие осуществлять выбор составов для реализации опытно-промышленных работ, промышленного внедрения и последующего тиражирования технологии на месторождениях Пермского края.
Соответствие Паспорту научной специальности. Диссертация соответствует Паспорту научной специальности 25.00.17 «Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений». В область исследования входят:
геолого-физические и физико-химические процессы, протекающие в пластовых резервуарах и окружающей геологической среде при извлечении из недр нефти известными и создаваемыми вновь технологиями и техническими средствами для создания научных основ эффективных систем разработки месторождений углеводородов;
научные аспекты и средства обеспечения системного комплексного (мультидисциплинарного) проектирования и мониторинга процессов разработки месторождений углеводородов, создаваемых в истощенных месторождениях и водонасыщенных пластах с целью рационального недропользования.
Апробация работы. Результаты работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях и семинарах:
IX Всероссийская научно-техническая конференция «Актуальные
проблемы развития нефтегазоносного комплекса России» РГУ Нефти и Газа
им. И.М. Губкина, г. Москва, 2012;
V Всероссийская конференция «Проблемы разработки месторождений
углеводородных и рудных полезных ископаемых» ПНИПУ, г. Пермь, 2012;
IV Международный научный симпозиум «Теория и практика применения
методов увеличения нефтеотдачи пластов» ОАО «ВНИИнефть», г. Москва,
2013;
Научно-практическая конференция EAGE «Новые геотехнологии для старых провинций», г.Тюмень, 2013;
Техническая конференция SPE «Оптимизация заводнения на зрелых месторождениях», г.Тюмень, 2013;
Круглый стол «Инновационные методы полимерного заводнения на месторождениях России и стран СНГ» в рамках 13-ой Московской международной выставки «НЕФТЬ И ГАЗ»/ MIOGE 2015, г. Москва, 24 июня 2015 г;
Техническая конференция SPE «Управление заводнением на нефтяных месторождениях», г.Тюмень, 2015;
Техническая конференция SPE «Третичные методы увеличения
нефтеотдачи пластов», г.Москва, 2016;
XXIII Международная научная конференция студентов, аспирантов и
молодых ученых «Ломоносов», МГУ им. М.В.Ломоносова, г.Москва, 2016;
XVI Научно-практическая конференция «Геология и разработка
месторождений с трудноизвлекаемыми запасами», журнал «Нефтяное
хозяйство», г.Анапа, 2016;
III Пермский нефтегазовый форум «Новые подходы и технологии
поддержания добычи для месторождений на поздней стадии разработки»,
Филиал ООО «ЛУКОЙЛ-Инжиниринг» «ПермНИПИнефть» в г.Перми,
г.Пермь, 12-13 октября 2016 г.
Публикации. Основные положения диссертационной работы отражены в 10 публикациях, в т.ч. в 6 статьях из списка научных журналов, рекомендованных ВАК РФ.
Личный вклад автора. В диссертации представлены результаты исследований, выполненных самим автором или под его непосредственным руководством. Личный вклад автора состоит в постановке задач
исследования, разработке экспериментальных и теоретических методов их решения, в обработке, анализе, обобщении полученных результатов и формулировке выводов.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, заключения, библиографического списка из 79 наименований и содержит 136 страниц машинописного текста, 44 рисунков, 14 таблиц и 5 приложений.
Автор выражает глубокую благодарность и признательность научному руководителю профессору, д.т.н. Михайлову Николаю Ниловичу, к.г-м.н. Лядовой Надежде Алексеевне, к.т.н. Распопову Алексею Владимировичу за постоянное внимание к диссертационной работе. Автор благодарен д.т.н. Свалову А.М., д.т.н. Закирову Э.С., к.т.н. Каушанскому Д.А., к.г-м.н. Абрамовой О.П. за ценные советы и замечания, сделанные по ходу проведения научно-исследовательских работ и при обработке их результатов. Автор благодарит руководителей и сотрудников Филиала ООО «ЛУКОЙЛ-Инжиниринг» «ПермНИПИнефть» в г.Перми: Андреева К.В., Рехачева П.Н., к.х.н. Сюр Т.А., Барковского Н.Н., Мелехина С.В., к.г-м.н. Щербакову (Попову) Н.С., Севрюгину А.В., Фархутдинову П.А., Кудряшову Д.А., Ковалевского А.И. за помощь в организации и проведении научно-исследовательских работ.
Определение критериев выбора объектов для применения технологии полимерного заводнения на месторождениях Пермского региона
Метод ПЗ в мире изучается с конца 1950-х годов, а в промышленных условиях испытывается с 1960-х годов - применяется уже более 50 лет. Промысловые эксперименты, а также применение полимеров в промышленных объемах с целью повышения эффективности разработки залежей нефти в различных геологических условиях осуществлялись на многочисленных объектах по всему миру: США, Канаде, Китае, Франции, Индии, Индонезии, Венесуэле, Германии, Бразилии, Аргентине. В последние годы мировым лидером в области закачки полимеров является Китай - проекты по ПЗ реализуются с 1990-х годов. Двадцатипятилетний успешный опыт применения ПЗ в Китае показал, что оно может эффективно применяться на месторождениях с обводненностью выше 95 %, обеспечивая прирост КИН до 10 % [69, 23, 93, 18, 32], (Приложение А). ПЗ успешно применено на крупном нефтяном месторождении Китая Daqing. Месторождение характеризуется сложным геологическим строением, высокой неоднородностью коллекторов. Пластовая нефть средней вязкости 9 мПас, пластовые воды низкоминерализованные, пластовая температура 113С. Компанией PetroChina с 1994 г. осуществлены шесть пилотных проектов в пластах с различным коллектором (песчаник и конгломерат). Средний прирост КИН по сравнению с заводнением составлял 15 – 20% [95, 4].
В СССР технологии ПЗ в 1960-90-е годы испытаны и применялись в промышленных масштабах на месторождениях Самарской области (Орлянское, ГП «Куйбышевнефть»), Башкирии (Арланское, НГДУ «Арланнефть»), Казахстане (Каламкас, АО «Мангистаумунайгаз») и других нефтедобывающих регионах страны.
Первые ОПР по закачке воды, загущенной полиакриламидом (ПАА), начаты на Орлянском месторождении Куйбышевской области. На месторождении использовалась пресная вода из Голубого озера для заводнения пластов. Первый опыт в 1966 году провели в пласте A4, сложенном известняками. С 1968 года начата непрерывная закачка раствора на северном куполе, в 1970 году – на южном куполе в оба пласта A3 и A4. К концу 1973 года в каждый купол закачано примерно по 1 млн. м3 раствора концентрацией 0,014% – 0,015%. Дополнительная добыча нефти на 1 т геля ПАА определена в 230 т северном и 56 т на южном куполе [24, 73, 28, 68, 74].
Применение технологии ПЗ осуществлялось на Ново-Хазинской площади Арланского месторождения на ранней стадии разработки. Вытеснение нефти вязкостью 19 мПас происходило пресной водой, обводненность добываемой жидкости в среднем составляла 38%. С апреля 1975 года до августа 1978 года закачивали гелеобразный ПАА концентрацией 0,03 – 0,07%, чередуя с нагнетанием воды. С сентября 1978 года перешли на практически непрерывную закачку порошкообразного ПАА повышенной молекулярной массы. Проектный размер оторочки раствора в пересчете на концентрацию 0,05% достигнут в 1981 году и составил к концу года 34% порового объема. Оценка технологической эффективности применения ПАА проводилась путём сравнения показателей добычи нефти на опытном и контрольном участках. Сравнение зависимости содержания нефти в добываемой продукции от объёма отобранной жидкости показало, что текущая добыча нефти на опытном участке возросла на 12 – 13%, при этом обводнение опытных скважин происходит медленнее, чем контрольных скважин [73, 74, 97].
Еще одни ОПР по внедрению полимерного способа воздействия проводились на месторождении Каламкас республики Казахстан в 1981 году. Нефти месторождения тяжелые, высокосмолистые, сернистые, повышенной вязкости до 25 мПас в пластовых условиях. Водоисточником для опытно-промышленного заводнения была пластовая вода альб-сеноманского горизонта из специально пробуренных водозаборных скважин. По химическому составу альб-сеноманская вода относится к хлоркальциевому типу с общей минерализацией 93 г/л, плотностью 1,07 г/см3. Содержание в воде закисного железа достигает 38 мг/л, которое при контакте с кислородом переходит в окисное, образуя нерастворимый осадок, что может отрицательно сказаться при закачке воды в пласт и требует закрытой системы заводнения. Первоначально в 1981 – 1983 годах испытано чисто ПЗ, эффективность которого оказалась низкой вследствие повышенной минерализации и состава закачиваемых вод, большой доли высокопроницаемых пластов в продуктивном пласте. В связи с этим дальнейшие ОПР в 1983 – 1986 годах на участке осуществлялись периодическими обработками вязкоупругими составами (ВУС) добывающих и нагнетательных скважин, что привело к снижению темпов обводненности продукции добывающих скважин с 1,5% до 0,2% в месяц. К 1990 году достигнута нефтеотдача 33% при обводненности 56%. При обычном заводнении такую нефтеотдачу можно получить при обводненности 98%. Достигнутый эффект: 190 т дополнительно добытой нефти на 1 т закачанного реагента [56, 42].
Результаты промышленного применения полимеров на наиболее крупных объектах СССР представлены в Приложении А. Закачка полимерных растворов осуществлялась на объектах, расположенных в различных нефтегазоносных провинциях. Пласты представлены терригенными и карбонатными коллекторами, различались по проницаемости (0,075 — 0,96 мкм2), вязкости нефти в пластовых условиях (2,1-36,0 мПас), пластовой температуре (24 - 68 С). Установлена удельная технологическая эффективность от применения технологии в среднем 3404 тонны добытой нефти на тонну закаченного полимера.
Анализ мирового опыта применения технологии показывает, что ПЗ испытывается в широких масштабах на различных по геолого-физическим свойствам месторождениях. ПЗ использовалось в пластах, сложенных песками, песчаниками и конгломератами, в том числе заглинизированными песчаниками. Отметим, что в других материалах неоднократно сообщалось об успешном применении ПЗ в известняках, однако, при этом наблюдаются большие потери полимера вследствие адсорбции на породе. Поэтому тип коллектора в принципе не является фактором, ограничивающим область применения метода, однако по экономическим причинам терригенный тип коллектора более благоприятен.
Глубина залегания объектов колеблется в пределах 579-2205 м. Этот параметр не является лимитирующим, однако ПЗ не рекомендуется проводить в пластах, расположенных как на очень большой, так и малой глубинах. В пластах, расположенных на малой глубине, ограничением служит давление закачки, которое может приблизиться к давлению гидроразрыва. Пласты, расположенные на большей глубине, не рекомендуется использовать главным образом из-за высоких пластовых температур и повышенной минерализации пластовых вод [44].
Анализ физических процессов, протекающих при применении технологии полимерного заводнения
При закачке полимерного раствора в пласт даже при малых концентрациях возможно существенно повысить вязкость воды, снижая ее подвижность и за счет этого повысить охват пластов заводнением. Подвижность является одним из важнейших свойств полимерного раствора и определяется как отношение эффективной проницаемости породы пласта к вязкости (1.1).
Оптимальная эффективность вытеснения, как уже было отмечено ранее, достигается при вязкости полимера, обеспечивающей коэффициент подвижности, равный 1.0, который рассчитывается путем варьирования вязкости водяной фазы (w) в вышеприведенной формуле (1.2). Таким образом, в зависимости от определения данной оптимальной вязкости в лабораторных условиях подбирается полимерный раствор соответствующей концентрации.
В процессе движения раствора в пласте все полимеры удерживаются в проницаемой среде из-за адсорбции на твердую поверхность или в результате улавливания в мелких порах. Удерживание полимера зависит от типа полимера, его молекулярной массы, состава и структуры породы, минерализации раствора, жесткости раствора, скорости течения и температуры. Удерживание является причиной потери звеньев полимера из раствора, что может привести к утрате регулирования подвижности - эффекту, особенно резко выраженному при низких концентрациях полимера. Удерживание полимера, кроме того, вызывает замедление распространения образовавшегося в процессе вытеснения полимерным раствором нефтяного вала.
Замедление распространения полимера в проницаемой среде, вызванное удерживанием полимера, компенсируется ускорением прохождения полимерного раствора через проницаемую среду, обусловленным недоступным поровым объемом. Недоступный поровый объем зависит от молекулярной массы полимера, проницаемости среды, пористости и распределения пор по размерам, и становится более резко выраженным по мере того как молекулярная масса увеличивается, а отношение проницаемости к пористости уменьшается. Значения адсорбции полимерного раствора, характеризующей улавливание полимера мелкими порами (динамическая адсорбция) и осаждением полимера на твердой поверхности пор (статическая адсорбция), определяются при проведении лабораторных исследований.
При движении полимерного раствора в пласте существенное влияние имеет химическая деструкция. Так как время нахождения в пласте значительно, даже медленно протекающие реакции потенциально имеют большое значение. Скорости реакции, кроме того, сильно зависят от других переменных, например, рН или жесткости. В случае использования определенных видов полимера значительную роль играет гидролиз, в результате которого вязкость может резко уменьшиться.
При прохождении через поровое пространство коллектора полимерный раствор также может быть подвержен механической деструкции. С целью определения предельного значения скоростей фильтрации и коллекторских свойств, при которых наступает механическая деструкция, необходимо проведение фильтрационных испытаний в лабораторных условиях.
В результате проведенного анализа установлено: - технология ПЗ для повышения нефтеотдачи пласта условно разделена на три этапа: приготовление раствора полимера, закачка полимерного раствора в скважину и продвижение полимерного раствора в пласте, каждый из которых характеризуется своими физическими процессами. Основным свойством полимерного раствора на всех этапах является вязкость; - при анализе физических процессов на этапе приготовления раствора полимера выявлены основные факторы риска изменения физико-химических свойств полимера: химическая и механическая деструкции при контакте с пластовыми флюидами и оборудованием; - при анализе физических процессов на этапе закачки полимерного раствора в пласт также определены факторы риска изменения физико химических свойств полимера: химическая и механическая деструкции при контакте с оборудованием и в призабойных условиях; - при анализе физических процессов на этапе продвижения полимерного раствора в пласте приведена зависимость между показателями эффективности вытеснения и вязкостью полимера. Выявлены параметры, влияющие на движение полимера через породу пласта такие, как адсорбция (статическая и динамическая). При прохождении через поровое пространство коллектора полимерный раствор также может быть подвержен механической и химической деструкции; - на всех этапах технологического процесса ПЗ также необходимо учитывать влияние температуры на физико-химические свойства полимера и процессы его деструкции.
На основании анализа параметров, характеризующих физику процесса на каждом этапе применения технологии ПЗ, сформулированы основные физико-химические свойства реагентов для геолого-промысловых условий пилотных участков: 1. Устойчивость полимера к воздействию вод с повышенной минерализацией, т.к. выбранные пилотные участки характеризуются высокой минерализацией пластовых вод 244,0 г/л и 256,39 г/л (таблица 2.2); 2. Минимальные значения адсорбции, механической и термоокислительной деструкции полимерных растворов; 3. Эффективное загущение воды при малых концентрациях полимера; 4. Оптимальная эффективность вытеснения достигается при вязкости полимера, обеспечивающей коэффициент подвижности, равный 1,0, который рассчитывается путем варьирования вязкости водяной фазы
Измерение предельного числа (характеристической) вязкости. Расчет молекулярной массы полимера
Оборудование, реактивы и материалы: - Мешалка лопастная или пропеллерная для высоковязких сред с регулируемым числом оборотов 10-500 об/мин; - Термошкаф, обеспечивающий поддержание температуры в диапазоне 40-100оС с точностью ±1оС; - Ротационный вискозиметр с измерительной системой коаксиальных цилиндров, позволяющий создавать скорость сдвига 0,1-600 с-1 и производить измерение вязкости в диапазоне 1- 5000 мПас; - Мешалка со скорость вращения вала 1500-2000об/мин; - Высокоскоростной блендер (3000-5000 об/мин); - Миксер со скорость вращения вала 20000 об/мин; - Весы аналитические с погрешностью взвешивания не более 0,0001 г; - Цилиндр мерный по ГОСТ 1770; - Стакан В-1-300 по ГОСТ 25336; - Пипетки градуированные по ГОСТ 25336; - Пробирка стеклянная с пробкой по ГОСТ 1770; - Цифровой фотоаппарат; - Таймер цифровой или секундомер; - Банка термостойкая с завинчивающейся крышкой. Для испытаний используют только свежеприготовленные растворы полимера. В зависимости от задачи исследований раствор полимера готовят на реальной либо модельной воде системы ППД. Концентрация полимера задается программой исследований, техническими условиями или инструкцией по применению технологии.
Если технология ПЗ предусматривает стадию приготовления концентрированного раствора из твердого полимера, все растворы с рабочими концентрациями полимера готовятся только путем разбавления концентрата той же водой, которая использовалась для его приготовления.
Пластовую воду, техническую воду системы ППД тщательно перемешать в сосуде хранения и перед приготовлением полимерного раствора профильтровать. Для пластовой воды или воды ППД перед началом испытаний определяется плотность, общая минерализация, содержание основных ионов (шестикомпонентный анализ).
При наличии в воде системы ППД механических примесей и/или нефтепродуктов определяется их содержание в соответствии со следующими методами: - Взвешенные вещества и общее содержание примесей в водах. Методика выполнения измерений массовой концентрации гравиметрическим методом. РД 52.24.468-2005; - Методика выполнения измерений массовой концентрации нефтепродуктов в природных и сточных водах методом ИКС. ПНД Ф 14.1:2.5-95.
С целью выявления влияния качества воды на свойства закачиваемого агента готовят несколько растворов полимера на реальной воде системы ППД, отобранной не более чем за 48 часов до выполнения работ, без предварительной подготовки воды. Вязкость полученных растворов сопоставляют с вязкостью растворов той же концентрации, приготовленных на воде системы ППД, отфильтрованной от механических примесей и нефтепродуктов через фильтр «белая лента». На основании полученных результатов выдаются рекомендации о необходимости дополнительной очистки воды, используемой для приготовления закачиваемого раствора в технологии ПЗ.
Для приготовления полимерного раствора (концентрата) лопасти погружной мешалки помещают в химический стакан с водой, устанавливают скорость вращения вала так, чтобы глубина образовавшейся «воронки» составляла 75% от уровня жидкости в стакане. На край «воронки» постепенно вводят расчетное количество твердого полимера. После добавления всего полимера скорость вращения вала снижают в соответствии с рекомендациями изготовителя таким образом, чтобы исключить механическую деструкцию полимера (обычно не более 100-150 об/мин), и продолжают перемешивание до получения однородного прозрачного раствора (1-6 часов). Время растворения для водорастворимых полимеров определяют как время образования однородных прозрачных растворов (определяются визуально в проходящем свете). Если после перемешивания раствор содержит пузырьки воздуха, необходимо выдержать его при комнатной температуре до выхода пузырьков (1-2 часа).
Для приготовления полимерного раствора из жидкой товарной формы полимера в виде эмульсии, суспензии либо концентрата устанавливают скорость вращения вала погружной мешалки так, чтобы глубина образовавшейся «воронки» составляла 75% от уровня жидкости в стакане. Реагент как можно быстрее вводят на уступ «воронки» непрерывным потоком с помощью пластикового шприца (без иглы), предварительного взвешенного вместе с реагентом и содержащего примерно требуемый объем жидкого полимера и перемешивают с той же скоростью в течение 5 минут. Устанавливают скорость вращения вала мешалки 150-250 об/мин и перемешивают в течение 2 часов с замером вязкости через каждые 30 мин до получения постоянного значения вязкости (в некоторых случаях требуется дополнительное время для «созревания» полимера). Шприц после добавления всего полимера повторно взвешивают и определяют точную концентрацию полимера в полученном растворе.
Рабочие растворы из предварительного приготовленного концентрата готовят перед проведением исследований путем прибавления к концентрату расчетного количества воды и перемешивания при скорости вращения вала 150-250 об/мин в течение 10-15 минут.
Определение фильтрационных характеристик полимерных растворов, механической деструкции, статической и динамической адсорбции полимера в поровом пространстве и довытесняющей способности
Таким образом, проведенные в соответствии с разработанной в Главе 3 методикой исследования в «свободном» объеме позволили: - установить возможность использования разработанных марок полимеров «ASPIRO P 6621» и «Flopaam 5205 VHM» для реализации технологии ПЗ на выбранных объектах разработки, характеризующихся высокой минерализацией пластовых вод, Тл-Бб, Шагиртско-Гожанского месторождения (244,0 г/л) и Тл, Москудьинского месторождения (256,39 г/л) соответственно; - изучить физико-химические свойства полимеров «ASPIRO P 6621» и «Flopaam 5205 VHM» с целью дальнейшей их идентификации на всех этапах реализации технологии, в том числе при последующем проведении входного контроля полимеров в промысловых условиях; - изучить реологические свойства и степень механической деструкции полимерных растворов «ASPIRO P 6621» и «Flopaam 5205 VHM» различных концентраций с целью выбора оптимального диапазона концентраций реагентов в растворе для проведения дальнейших фильтрационных исследований с использованием керна и обеспечения исходной информацией дизайна реализации технологии ПЗ, в том числе с использованием ГГДМ.
По результатам исследований в «свободном» объеме для дальнейших фильтрационных испытаний с использованием керна рекомендованы полимерные растворы «ASPIRO P 6621» концентрацией 0,1%, 0,15% и 0,2% и «Flopaam 5205 VHM» концентрацией 0,07%, 0,09% и 0,13%.
Цель исследований: на основании исследований с использованием кернового материала оценить эффективность применения технологии ПЗ. Задачи исследований: - определить параметры процесса фильтрации полимера в поровой среде (давления закачки полимера при различных скоростях фильтрации, подвижность полимера, фактор сопротивления полимера); - определить довытесняющую способность полимера; - оценить значения адсорбции полимера на породе пласта-коллектора и степень его деструкции при фильтрации через поровое пространство; - на основании результатов исследований определить оптимальную концентрацию полимера в растворе для воздействия на пласт.
В соответствии с рекомендациями первого этапа исследований (в свободном объеме – пункт 4.2) фильтрационные исследования растворов полимера «ASPIRO P 6621» концентрацией 0,1%, 0,15% и 0,2% проводились на сцементированных кернах пласта Тл-Бб Шагиртско-Гожанского месторождения, растворов полимера «Flopaam 5205 VHM» концентрацией 0,07%, 0,09% и 0,13% на сцементированных кернах пласта Тл Москудьинского месторождения.
Исследования выполнялись согласно методике, описанной в пункте 3.2 Главы 3, на фильтрационных установках высокого давления: УИК-С(3) (рисунок 4.11), Vinci CFS-350 (рисунок 4.12), ПИК-ОФП/ЭП-2-0-СУ-70-40 (рисунок 4.13).
Фильтрационные исследования выполнялись на составных образцах керна диаметром 30 мм (рисунок 4.14), и на полноразмерном керне диаметром 100 мм (рисунок 4.15).
Определение фильтрационных характеристик полимерных растворов, механической деструкции, статической и динамической адсорбции полимера в поровом пространстве и довытесняющей способности
На первом этапе испытаний с использованием кернового материала выполнены: исследования подвижности нефти и воды в поровом пространстве, оценка фильтруемости полимерных растворов, определение фактора сопротивления и остаточного фактора сопротивления растворов полимера в пористой среде и, следовательно, достигнутого уровня снижения подвижности, а так же оценка механической деструкции, статической и динамической адсорбции полимера в поровом пространстве и исследована довытесняющая способность.
При подготовке и проведении исследований с использованием кернового материала Шагиртско-Гожанского месторождения использовались следующие флюиды и характеристики пласта Тл-Бб: попутно добываемая вода вязкостью 1,39 мПа с, плотностью 1,17 т/м3; пластовая температура 27,5С; вязкость нефти в пластовых условиях 39,7 мПа с, плотность в пластовых условиях 0,891 т/м3, керновые образцы с абсолютной проницаемостью по газу, находящейся в различных группах по проницаемости (от 130 до 175 мД, от 380 до 405 мД).
Результаты фильтрационных исследований растворов полимера «ASPIRO P 6621» концентрацией 0,1%, 0,15% и 0,2% с использованием керна пласта Тл-Бб Шагиртско-Гожанского месторождения представлены в Приложении Г, рисунках 4.16 – 4.21.
По результатам проведенных исследований подвижности воды и нефти в поровом пространстве коллектора (рисунок 4.16) установлено, что подвижность воды в среднем превышает аналогичный показатель по нефти в 5,43 раза. Коэффициент подвижности М(воды), определенный по формулам (1.2) и (3.2.3), изменяется от 1,99 до 7,85 ед. в зависимости от проницаемости коллектора.
При применении полимерного раствора «ASPIRO P 6621» концентрацией 0,1%, 0,15% и 0,2% подвижность вытесняющего агента снижается в среднем в 36,9 раз, 55,7 раз, 67,4 раз соответственно (рисунок 4.17). При этом коэффициент подвижности при вытеснении нефти полимерным раствором М(полимера), определенный по формулам (1.2) и (3.2.3), в среднем составляет 0,28 ед., 0,18 ед., 0,14 ед. для аналогичных концентраций соответственно.