Содержание к диссертации
СПИСОК ПРИНЯТЫХ СОКРАЩЕНИЙ 2
ВВЕДЕНИЕ 3
1. СТРУКТУРООБРАЗОВАНИЕ В УГДЕВОДОРОДАХ И ЕГО ВЛИЯНИЕ НА ФИЛЬТРАЦИЮ АНОМАЛЬНО-ВЯЗКОЙ НЕФТИ 8
1.1 Современные представления о структурообразовании в нефтях при фильтрации в пористых средах 8
1.2 Методы уменьшения влияния аномалий вязкости нефти на ее фильтрацию в пласте 22
2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ОСОБЕННОСТЕЙ ФИЛЬТРАЦИИ АНОМАЛЬНО-ВЯЗКИХ НЕФТЕЙ В КАРБОНАТНЫХ ПОРИСТЫХ СРЕДАХ 33
2.1 Изучение фильтрации аномально-вязких нефтей в карбонатных пористых средах 33
2.1.1 Характеристика экспериментального оборудования и
методика определения реологических параметров аномально вязкой нефти 34
2.1.2 Физико-химические и реологические свойства исследуемых нефтей 37
2.1.3 Сравнительная характеристика фильтрации аномально вязкой нефти в карбонатном и терригенном образцах породы 40
2.L4 Исследование влияния проницаемости карбонатных пород на фильтрацию аномально-вязкой нефти 43
2.1.5 Изучение фильтрации аномально-вязких нефтей в трещинных породах 49
2.1.6 Оценка влияния химических реагентов на проявление аномалий вязкости нефти при фильтрации в карбонатных пористых средах
2.2 Исследование проявления тиксотропных свойств аномально-вязких нефтей при фильтрации в карбонатных породах 56
2.3 Изучение влияния состава аномально-вязкой нефти и типа подложки на фильтрационную структуру порового пространства и остаточную нефтенасыщенность 74
2.3.1 Описание установки и методика исследований 75
2.3.2 Анализ результатов исследований влияния состава нефти и типа подложки на фильтрационную структуру пористой среды 78
2.3.3 Влияние связанной воды на фильтрационную структуру карбонатной породы и остаточную нефтенасыщенность. 87 Выводы 88
3. ВЛИЯНИЕ КАПИЛЛЯРНО-ПЛОТНОСТНОИ СЕГРЕГАЦИИ НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ ВЫТЕСНЕНИЯ ОСТАТОЧНОЙ АНОМАЛЬНО-ВЯЗКОЙ НЕФТИ 94
3.1 Остаточная нефтенасыщенность и возможности гравитационного поля по извлечению нефти из обводненного пласта 94
3.2 Зависимость полноты отмыва пленочной нефти от различных факторов в условиях проявления гравитационного поля 100
3.3 Исследование капиллярно-гравитационной сегрегации аномально-вязкой нефти в пористой среде и способы ее ускорения 105
3.4 Анализ эффективности работы высокообводненного фонда скважин после пуска их в повторную эксплуатацию из консервации и рекомендации по активизации доизвлечения
остаточной нефти. 120
Выводы 142
4. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПРОДУКТА ЖИДКОФАЗНОГО ОКИСЛЕНИЯ УГЛЕВОДОРОДНОГО СЫРЬЯ ДЛЯ ИНТЕНСИФИКАЦИИ И ПОВЫШЕНИЯ НЕФТЕОТДАЧИ КАРБОНАТНЫХ ПЛАСТОВ 144
4.1 Опыт использования монокарбоновых кислот для интенсификации добычи нефти 144
4.2 Взаимодействие продукта жидкофазного окисления углеводородного сырья с породой нефтегазового коллектора 148
4.3 Изучение молекулярно-поверхностных явлений при контакте растворов продукта с нефтью и породой коллектора 165
4.4 Исследование микропроцессов, сопровождающих вытеснение нефти из пласта растворами продукта жидкофазного окисления углеводородного сырья 170
4.5 Экспериментальные исследования процессов вытеснения нефти из моделей пластов растворами продукта жидкофазного окисления углеводородного сырья 180
4.6 Опытно-промышленные работы по использованию продукта жидкофазного окисления углеводородного сырья для интенсификации добычи нефти 190
Выводы. 199
5. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ И ПРОМЫСЛОВОЕ ОБОСНОВАНИЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИИ ПДС+ПАВ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ НЕФТЕОТДАЧИ В КАРБОНАТНЫХ
КОЛЛЕКТОРАХ СО СЛОЖНО ПОСТРОЕННОЙ ПОРОВОЙ СТРУКТУРОЙ 201
5.1 Изучение особенностей взаимодействия полимер дисперсных систем с карбонатной подложкой и установление оптимальной последовательности закачки технологических
жидкостей системы ПДС+ПАВ 204
5.1.1 Методика исследований 205
5.1.2. Анализ результатов экспериментальных работ 206
5.2. Промышленные испытания технологии ПДС+ПАВ в порово-кавернозно-трещиноватых коллекторах Балкановского
месторождения АНК «Башнефть» 211
5.3 Оценка технологической эффективности закачки системы ПДС+ПАВ на опытном участке Балкановского месторождения. 215
6. ПОВЕРХНОСТНО-АКТИВНЫЙ СОСТАВ ДЛЯ УВЕЛИЧЕНИЯ НЕФТЕОТДАЧИ ПЛАСТА И ИНТЕНСИФИКАЦИИ РАБОТЫ СКВАЖИН 222
6.1 Лабораторные исследования по определению оптимального состава и технологии увеличения нефтеотдачи с применением ПАС 224
6.2 Экспериментальные исследования эффективности вытеснения нефти из моделей неоднородных пластов растворами ПАС 228
6.3 Опытно-промышленная обработка скважин и анализ результатов воздействия поверхностно-активным составом 232
7. РАЗРАБОТКА И ВНЕДРЕНИЕ ТЕХНОЛОГИИ МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ПЗП НА ОСНОВЕ ЖИДКИХ УГЛЕВОДОРОДОВ «ПЕНТАНЫ+ВЫСШИЕ» 242
7.1 Экспериментальные исследования по определению оптимальных параметров технологии воздействия на ПЗП кислотообразующей гидрофобной эмульсией на основе
углеводородов «пентаны+высшие» 242
7.1.1 Технология получения кислотообразующей гидрофобной эмульсии 243
7.1.2 Экспериментальное установление определяющих параметров технологии воздействия на ПЗП кислотообразующей гидрофобной эмульсией 248
7.1.3 Исследование изменения давления насыщения газом пластовой нефти при искусственном обогащении ее жидкими углеводородами «пентаны+высшие» 255
7.1.4 Оценка влияния искусственного обогащения пластовой нефти углеводородами «пентаны+высшие» на ее фильтрацию в пористой среде 262
7.2 Промышленные испытания технологий интенсификации работы скважин жидкими углеводородами «пентаны+высшие» в составе и без кислотообразующей гидрофобной эмульсии 268
7.2.1 Геолого-физическая характеристика объектов внедрения технологий 268
7.2.2 Опытно-промышленные обработки нефтяных скважин жидкими углеводородами «пентаны+высшие» в составе и без кислотообразующей эмульсии 272
7.2.3 Анализ результатов промышленных испытаний 275
Выводы 281
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ 284
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 287
ПРИЛОЖЕНИЕ 1. Гистограммы изменения различных параметров исследуемых образцов пород от распределения пор по их размерам 306
ПРИЛОЖЕНИЕ 2. Реологические кривые аномально-вязких нефтей при фильтрации в различных пористых средах 307
ПРИЛОЖЕНИЕ 3. Акт-справка на опытную обработку призабойной зоны эксплуатационно-нагнетательной скважины №68 Елшанской станции подземного хранения газа продуктами
жидкофазного окисления углеводородов 308
ПРИЛОЖЕНИЕ 4. Справка о внедрении результатов исследований по капиллярному вытеснению аномально-вязких нефтей водой 309
ПРИЛОЖЕНИЕ 5. Справка по технико-экономической эффективности применения полимер-дисперсных систем в НГДУ «Аксаковнефть» АНК «Башнефть» 310
ПРИЛОЖЕНИЕ 6. Справка о технологической эффективности применения технологий «Поверхностно-активный состав» и «Поверхностно-активный состав + кислотный раствор» на
Бобровском месторождении ОАО «Оренбургнефть» 311
ПРИЛОЖЕНИЕ 7. Справка по технико-экономической эффективности применения жидких углеводородов С5+ и С5+ в составе кислотообразующей гидрофобной эмульсии в ГПУ ООО
«Оренбурггазпром» 312
ПРИЛОЖЕНИЕ 8. Справка о внедрении результатов диссертационной работы в учебный процесс Уфимского государственного нефтяного технического университета 3
Введение к работе
Одной из важных проблем нефтяной промышленности является повышение уровня нефтеизвлечения в разрабатываемых месторождениях. Особую актуальность она приобретает при разработке залежей с аномально-вязкими нефтями, запасы которых соизмеримы с запасами ньютоновских нефтей.
Аномалии вязкости обусловлены структурообразованием в нефти вследствие взаимодействия ассоциатов асфальтенов, а при охлаждении нефти -ассоциатов асфальтенов и кристаллов парафина. Характерной особенностью структурообразующей нефти является существенное увеличение ее вязкости (на порядок и более) при малых градиентах давления в пласте и в состоянии покоя.
Наличие аномально-вязких свойств у нефтей ухудшает условия эксплуатации залежи: усиливается проницаемая неоднородность коллектора, ослабляется интерференция скважин, ускоряется прорыв вытесняющей воды по высокопроницаемым зонам в добывающие скважины, ухудшается капиллярный и гравитационный обмен флюидами между низко- и высокопроницаемыми прослоями и зонами пласта. Коэффициент вытеснения нефти из заводненного объема пласта и охват пласта вытеснением оказываются низкими. Залежи с аномально-вязкими нефтями можно по праву отнести к залежам с трудноизвлекаемыми запасами. Исследованиями многих авторов показано, что нефтеотдача на месторождениях аномальных нефтей значительно меньше по сравнению с месторождениями, нефти которых могут рассматриваться как ньютоновские. Так, например, показательны исследования, проведенные А.Х.Мирзаджанзаде с соавторами, по анализу длительно разрабатываемых залежей Апшеронского нефтегазоносного района /1/. Залежи по содержанию асфальто-смолистых веществ и парафинов в составе нефтей были разделены на ньютоновские и неньютоновские. Оказалось, что по 160 объектам с ньютоновской нефтью текущий коэффициент использования запасов составил 0,49, а по 129 - с неньютоновскими свойствами - 0,21. Или другой пример: нефть пласта Д4 Шкаповского месторождения Башкортостана можно отнести к ньютоновской жидкости, а нефть нижнего карбона Арланского месторождения является неньютоновской. По данным «БашНИПИнефть», конечная нефтеотдача пластов на этих месторождениях отличается на 30 % 121.
Несмотря на большое количество теоретических и экспериментальных исследований проблемы разработки месторождений с аномально-вязкими нефтями пока решены недостаточно полно и продолжение исследований в этом направлении остается насущной задачей. Необходимо подчеркнуть, что большинство полученных знаний в этой области выполнены применительно к терригенным коллекторам, хотя значительные запасы нефти сосредоточены в карбонатных пластах. По месторождениям Республики Башкортостан (РБ) извлекаемые запасы в них составляют 14,1 % /136/. В Республике Татарстан (РТ) к карбонатным коллекторам приурочено около 20,4 % разведанных геологических запасов. Большие запасы нефти в карбонатных отложениях отмечены и в других регионах Урало-Поволжья.
Нефти большинства карбонатных месторождений РБ и РТ характеризуются высоким содержанием в составе нефти основных структурообразующих компонентов (асфальтенов, парафинов), имеют повышенную вязкость (20...131 мПа-с), плотность (817...960 кг/м3), низкую газонасыщенность (2,2...51,3 м/т) и давление насыщения (0,6...9,3 мПа), обладают тиксотропными свойствами и проявляют аномалии вязкости.
Исследование и развитие физических основ фильтрации аномально-вязких нефтей в залежах с карбонатными отложениями представляет большой практический интерес и имеет важное народнохозяйственное значение. Это обуславливается несколькими причинами: во-первых, это вызвано постоянным увеличением доли запасов нефти в карбонатных породах; во-вторых, возрастает доля запасов в карбонатных породах в общем балансе остаточных запасов разрабатываемых месторождений; в-третьих, эффективность разработки залежей нефти в карбонатных отложениях до сих пор остается низкой. Утвержденные ГКЗ коэффициенты нефтеотдачи по карбонатным коллекторам составляют 0,07-0,24, тогда как по терригенным, при прочих равных условиях, они равны 0,16-0,55.
Совершенствование разработки залежей в карбонатных коллекторах, создание эффективных методов воздействия на пласт и призабойную зону пласта возможно на основе учета, ослабления и подавления аномалий вязкости остаточной нефти и нефти, не охваченной заводнением в продуктивных коллекторах на средних и поздних стадиях разработки.
Цель диссертационной работ - разработка новых методов и технологий для увеличения полноты выработки запасов аномально-вязких нефтей в карбонатных коллекторах.
Основные задачи исследований:
1. Выявление закономерностей изменения реологических и фильтрационных свойств аномально-вязких нефтей в поровых коллекторах, характеризующихся различными минералогическим составом и порометрическими характеристиками.
2. Уточнение механизма проявления капиллярных и гравитационных сил при вытеснении остаточной аномально-вязкой нефти из пластов с карбонатными коллекторами.
3. Разработка составов химических реагентов и технологий комплексного физико-химического воздействия на карбонатные пласты, направленных на подавление аномалий вязкости и увеличения подвижности нефтей.
4. Внедрение разработанных технологий физико-химического воздействия на карбонатные пласты и оценка их технико-экономической эффективности.
Методы решения поставленных задач.
Решение поставленных задач осуществлялось в процессе проведения научно-исследовательских, опытно-промышленных работ с применением современных физических, физико-химических методов исследований. Ряд исследований выполнены на установках, разработанных автором. При выполнении научных исследований и анализе результатов исследований использовались методы математического моделирования и статистики с привлечением современных программных продуктов. Основные защищаемые положения.
1. Результаты исследований особенностей проявления аномально-вязких свойств нефтями при фильтрации в карбонатных породах с поровой структурой пустот.
2. Закономерности капиллярно-гравитационного замещения остаточной аномально-вязкой нефти в пористых средах в зависимости от различных факторов (минералогический состав и ФЕС породы, состав нефти, наличие связанной воды в породе и др.)
3. Классификация методов подавления аномалий вязкости нефтей в пластах с карбонатными коллекторами.
4. Химические реагенты и технологии для добычи аномально-вязких нефтей на залежах с карбонатными коллекторами.
Научная новизна.
1. Независимыми методами (фильтрационный, метод полупроницаемых мембран) установлено, что в карбонатных породах с поровой структурой пустот аномалии подвижностей нефтей проявляются в большей степени, чем в терригенных песчаниках. Последнее объясняется формированием на поверхности карбонатов, ввиду их высокой адсорбционной способности, более прочных структур в нефти - от плотноупакованной мелкоглобулярной у подложки породы к крупноглобулярной структуре в объеме нефти.
2. Установлено, что повышение пластового давления приводит к усилению аномально-вязких свойств нефти. Получено уравнение зависимости статического напряжения сдвига от давления.
3. Уточнен механизм капиллярно-гравитационного замещения остаточной аномально-вязкой нефти водой. Показано, что наличие гравитационного градиента давления ускоряет капиллярно-гравитационную сегрегацию нефти в пласте. Даны рекомендации по интенсификации процесса капиллярно-гравитационной сегрегации остаточной нефти.
4. Составлена классификация методов подавления аномалий вязкости нефтей при воздействии на пласт с карбонатными коллекторами; определены направления совершенствования методов воздействия.
5. Получены вероятностно-статистические зависимости свойств аномально-вязких нефтей с фильтрационно-емкостными характеристиками карбонатных коллекторов.
6. Предложена модель процесса нейтрализации кислотных растворов при обработке призабойной зоны пласта.
7. Предложены новые составы и технологии комплексного физико химического воздействия на карбонатные пласты с аномально-вязкими нефтями, обеспечивающие подавление аномально-вязких свойств нефтей за счет создания градиентов давления, превышающих градиенты давления предельного разрушения структуры в нефти и депрессирующего действия химических реагентов на ассоциаты асфальтенов нефти. Определены области их эффективного применения
Практическая ценность и реализация работы.
1. Разработаны и внедрены:
- технология повышения нефтеотдачи пластов в продуктивных коллекторах с карбонатными отложениями в условиях высокой обводненности пласта с применением полимер-дисперсных систем «ПДС+ПАВ» (Балкановское месторождение, АНК «Башнефть»);
- технология повышения продуктивности скважин на основе использования продукта жидкофазного окисления углеводородного сырья (смесь монокарбоновых кислот и растворителей), (каширо-подольские отложения Арланского месторождения АНК «Башнефть»; бобровско-кизеловские отложения Саратовского подземного хранилища газа);
- технологии воздействия на ПЗП «Поверхностно-активный состав» и «Поверхностно-активный состав + кислотный раствор» (Бобровское месторождение ОАО «Оренбургнефть»», карбонатные отложения; Сосновское месторождение НГДУ «Кинельнефть»);
- технология повышения коэффициента продуктивности малодебитных скважин на залежах, разрабатываемых на режимах истощения при Рпл Рнас, с применением жидких углеводородов «пентаны+высшие» в составе кислотообразующей гидрофобной эмульсии (КГЭ).
2. Результаты исследований по капиллярному вытеснению аномально-вязких нефтей водой использованы при составлении проекта разработки Чегодайского месторождения высоковязких нефтей Республики Татарстан (РНТЦ ОАО «ВНИИнефть»).
3. Результаты диссертационной работы использованы при составлении временных инструкций, регламентов:
- временная инструкция по обработке ПЗС продуктами жидкофазного окисления углеводородов (ПО Башнефть, г. Уфа, 1976 г.);
- временная инструкция по технологии приготовления и применения мицеллярных растворов на основе омских нефтяных сульфонатов для интенсификации работы скважин (Гипровостокнефть, г. Куйбышев, 1989 г.).
4. Материалы диссертационной работы используются в учебном процессе по дисциплинам «Физика нефтяного и газового пласта», «Основы реологии нефти», «Технология и техника методов повышения нефтеотдачи пластов» студентам специальности 130503 «Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений»; а также инженерно- техническим работникам нефтегазодобывающих предприятий на курсах повышения квалификации.
Апробация работы. Основное содержание работы докладывалось на республиканских научно-технических конференциях в г. Уфе (1977... 1980, 1989, 1995 г.г.), на 7-ом (г. Москва, 1993 г.) и на 12 -ом (г. Казань, 2003 г.) Европейских Симпозиумах по повышению нефтеотдачи пластов, на Всероссийской научно-техн. конференции «Проблемы нефтегазового комплекса России» (Уфа, 1995г.), на Всероссийской семинар-дискуссии «Проблемы первичного и вторичного вскрытия пластов при строительстве и эксплуатации вертикальных, наклонных, горизонтальных скважин» (Уфа, 1996 г.), на международной научно-техн. конференции «Проблемы нефтегазового комплекса России» (Уфа, 1998г.), на международной научной конференции «Методы кибернетики химико-технологических процессов (Уфа, 1999 г.), на 2-ом международном Симпозиуме «Наука и технология углеводородных дисперсных систем (Уфа, 2000 г.), на 5-ом международном Симпозиуме... «Проблемы геологии и освоения недр» (Томск, 2001 г.), на 3-ем Конгрессе нефтепромышленников России «Проблемы нефти и газа» (Уфа, 2001 г.), на 6-ом международном Симпозиуме... «Проблемы геологии и освоения недр» (Томск, 2002 г.), на 6-ом Конгрессе нефтегазопромышленников России «Проблемы освоения трудноизвлекаемых запасов углеводородов» (Уфа, 2005 г.) и ряде нефтегазодобывающих управлений, секциях научно-технических Советов «БашНИПИнефть», АНК «Башнефть» и УГНТУ.
Публикации. Основное содержание диссертации изложено в 53 печатных работах, в том числе в 1 монографии, 35 статьях, тезисах 10 докладов на научных конференциях, 2 учебных пособиях, 5 авторских свидетельствах и патентах.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 7 глав, заключения, списка литературы в 291 наименование и 8 приложений. Объем работы составляет 313 страниц, в том числе 121 рисунков, 129 таблиц.
При выполнении исследований автор получал консультации и помощь от докторов наук, профессоров Ю.В.Антипина, А.Ш.Газизова, Ю.В.Зейгмана, Е.И.Ишемгужина, Л.Е.Ленченковой, Д.Л.Рахманкулова, М.А.Токарева, Э.М.Юлбарисова; кандидатов наук: О.А.Гумерова, М.М.Кабирова, Б.М.Лейберта, Т.Ф.Салимгареева, Г.А.Шамаева.
Особую благодарность автор выражает своим бывшим аспирантам Дьячуку И.А., Салех Я.Х., старшему научному сотруднику Султанову В.Г. за помощь в проведении длительных, трудоемких лабораторных экспериментов, а также всем сотрудникам кафедры «Разработка и эксплуатация нефтегазовых месторождений» УГНТУ за поддержку и помощь в работе.
Автор благодарен руководителям и главным специалистам нефтегазодобывающих предприятий, оказавшим неоценимую помощь в организации и проведении промышленных экспериментов по испытанию новых технологий увеличения нефтеотдачи пластов и повышения продуктивности скважин.
Похожие диссертации на Повышение эффективности разработки месторождений с аномально-вязкими нефтями в карбонатных отложениях
