Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ , 7
І АНАЛИЗ ОСНОВНЫХ ПРИЧИ1ШО-СЛЕДСТВЕ1ШЫХ СВЯЗЕЙ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ И ЯВЛЕНИЙ В ПРИЗАБОЙНОЙ ЗОНЕ ПЛАСТА, ПРИВОДЯЩИХ К СНИЖЕНИЮ ПРОДУКТИВНОСТИ СКВАЖИН. ОБОСНОВАНИЕ НАПРАВЛЕНИЯ КОМПЛЕКСНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ 10
1.1 Физико-химические процессы в призабойной зоне в периоды вскрытия пластов, освоения, эксплуатации и ремонта скважин 10
1.1.1 Влияние буровых растворов, перфорационных сред, жидкостей при освоении 11
1.1.2 Влияние жидкостей глушения па коллекторские свойства пористой среды и продуктивность скважин 14
L1.3 Адсорбция асфальтепосмолистых веществ и образование граничных слоев 22
1,1,4 Влияние химических реагентов 24
1.2 Систематизация природных и техногенных воздействий, обусловливающих снижение коллекторских свойств призабойной зоны, классификация загрязняющих веществ 25
1.3 Особенности генезиса и механизма образования асфальтсно-смоло-парафиновых отложений на завершающих стадиях разработки 29
1.4 Оценка потерь в добыче нефти от применения традиционных технологических жидкостей на водной основе 33
1.5 Анализ состояния развития технологий стимуляции скважин. Классификация и прогнозное развитие технологий обработки призабойной золы пластов 35
1.5.1 Методы интенсификации добычи нефти за счет совершенствования первичного и вторичного вскрытия пластов». 38
1.5.2 Развитие методов 0113 скважин в ОАО «Татнефть» и роль волновых технологий 40
1.5.3 Классификация методов, способов и технологий 0113 пластов 43
1.5.4 Перспективные направления развития способов и технологий ОПЗ 44
1.6 Обоснование направления исследований и возможности комплексного решения проблемы сохранения, восстановления и увеличения продуктивности скважин 48
2. ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ЖИДКОСТЕЙ ДЛЯ КАЧЕСТВЕННОГО ВСКРЫТИЯ ПЛАСТОВ, ГЛУШЕНИЯ СКВАЖИН И ОБРАБОТКИ ПРИЗАБОЙНОЙ ЗОНЫ 55
2.1 Составы и физико-химические свойства технологических жидкостей. Критерии их применимости 55
2.2 Классификация и прогнозное развитие технологических жидкостей 63
2.3 Общий методический подход к разработке специализированных и многоцелевых рабочих жидкостей для нефтедобычи 67
2.4 Исследование и разработка жидкостей для качественного вторичного вскрытия пластов и глушения скважин 74
2.4.1 Физико-химическая сущность облагораживания технологических жидкостей .74
2.4.2 Исследование и разработка базовых составов для качественного вскрытия, освоения пластов и глушения скважин 76
2.4.2.1 Исследование влияния облагороженных водных систем на проницаемость пористых сред 77
2.4.2.2 Стабилизация химически активных глин калием 78
2.4.2.3 Регулирование вязкости промывочных жидкостей на водной основе 79
2.4.2.4 Высоковязкис жидкости глушения и промывочные составы на основе водных полимерных и крахмальных гелей 82
2.4.2.5 Исследование промывочных жидкостей на совместимость компонентов 83
2.4.2.6 Технологические жидкости на основе карналитовой руды 85
2.4.2.7 Результаты лабораторных исследований жидкостей глушения, облагороженных препаратом ФЛЭК-ДГ-002 87
2.4-2.8 Полимерносолсвыс и углеводородные промывочные составы с моющими свойствами S8
2.4.3 Разработка жидкостей глушения на основе обратных эмульсий, обеспечивающих сохранение коллскторских свойств призабойной зоны пласта 90
2.5 Исследование и разработка модифицированных обратных эмульсий для глушения скважин и физико-химического воздействия на призабойную зону пластов 97
2.5Л Исследование влияния состава и соотношения фаз обратных эмульсий на величину фильтратоотдачи 98
2.5.2 Влияние компонентного состава обратных эмульсий па растворяющие их свойства 100
2.5.3 Технологические свойства модифицированных обратных эмульсий 105
2.5.4 Состав и параметры обратных эмульсий для глушения скважин и обработки призабойной зоны пластов 111
2.6 Исследование физико-химических свойств и разработка кислотосодержащих составов 113
2.6.1 Нефтекисиотные эмульсии 115
2.6.2 Кислотные стимулирующие композиции 116
2.7 Исследование и разработка состава гидрофобной эмульсии без ПАВ-эмульгаторов 119
2.8 Исследование физико-химических свойсгв загущенных углеводородов 121
2.9 Разработка технологических жидкостей па эмульсионной основе для нефтяных предприятий России.,.. .' 123
3. ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА КОМПЛЕКСА ТЕХНОЛОГИЙ КАЧЕСТВЕННОГО ВСКРЫТИЯ И ОСВОЕНИЯ ПЛАСТОВ.. ГЛУШЕНИЯ И СТИМУЛЯЦИИ СКВАЖИН 126
3.1 Методика и результаты исследований технологических жидкостей на керновой установке AFS-300 126
3.2 Технологические решения по сохранению коллекторских свойств пршабойной зоны при вскрытии пластов 129
3.3 Технологические решения по сохранения коллекторских свойств лризабойной зоны при глушении скважин - 133
3.3 Л Классификация жидкостей глушения, обеспечивающих сохранение коллекторских свойств пластов 133
3.3.2 Рекомендации по подбору скважин дня глушения разработанными составами 137
3.3.3 Приготовление облагороженных составов жидкостей глушения... 138
33А Технологический процесс (варианты) глушения сішажин в различных геолого-физических условиях 142
3.4 Исследование физико-химических свойств нефтедистиллятных эмульсий и обоснование технологически принципов глушения скважин с одновременной ОГО пласта 148
3.4.1 Проектирование и разработка оптимальной рецептуры нефтедистиллятной эмульсии 148
3.4.2 Реологические характеристики обратных эмульсий, стабилизированных реагентом ЭС-2 152
3.4.3 Особенности фильтрации обратных эмульсий в пористой среде... 158
3.4.4 Влияние неравновесных эффектов на фильтрацию эмульсий в неоднородных коллекторах 160
3.4.5 Приближенное моделирование процесса обработки призабойной зоны пласта обратными эмульсиями 162
3.5 Повышение эффективности обработки ншкопропицаемых коллекторов углеводородными растворами ПАВ 168
3.6 Облагороженные промывочные жидкости и технологические аспекты их применения 170
4. ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА КОМПЛЕКСНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ПО ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКОМУ ВОЗДЕЙСТВИЮ НА ТЕРРИГЕННЫЕ ПЛАСТЫ 174
4.1 Исследование п разработка технологии акустико-химической стимуляции 174
4.1 Л Элементы теории системного подхода к обоснованию целесообразности разработки комплексной технологии с многофакторным воздействием па призабойную зону пласта І74
4. 1.2 Теоретические аспекты механизма воздействия на пористую среду упругими колебаниями 176
4.1.3 Экспериментальные исследоваїїия акустико-химического воздействия на загрязненные пористые материалы 180
4.1.4 Разработка базовой последовательности технологических операций акустико-химической стимуляции скважин в динамическом режиме 184
4.1.5 Методика и критерии подбора скважин 185
4Л.б Результаты опытно-промысловых испытаний технологических вариантов на скважинах 186
4.2 Статистическая обработка результатов внедрения технологии методами ассоциативного анализа и ранговой классификации 191
43 Опытно-промысловые испытания технологии ОПЗ пласта в процессе глушения и проведения подземного ремонта 198
4.3.1 Методика опытно-промысловых испытаний технологических вариантов 198
4.32 Результаты промысловых испытаний. технологии на месторождениях Татарстана. Удмуртии . 204
43.3 Статистическая обработка результатов промысловых экспериментов непараметрическими критериями 210
4.3.4 Оптимальная технология ОГО пласта и очистки подземного оборудования в процессе глушения и подземного ремонта нефтяных скважин 215
4.4 Исследование и разработка составов для физико-химической обработки терригашых отложений 218
4.5 Исследование и разработка технологии комплексной имплозионно-химической ОПЗ 2 І9
4.6 Исследование и разработка способов предупреждения и удаления АСПО на внутрискважинном оборудовании 220
4.7 Влияние разработанных обратных эмульсии па подготовку нефти, охрану труда и окружающей среды при использовании их для глушения и стимуляции скважин 221
4.7Л Лабораторные исследования возможности деэмульсации .разработанных технологических жидкостей в процессе подіотовки нефти , 221
4.7.2 Методика исследований 221
4.73 Результаты исследований 223
4.8 Мероприятия но охране труда и окружающей среды при использовании обратных эмульсий для глуптспия скважин 228
4.8.1 Глушение сероводородосодержащих скважин 228
4.8-2 Ассортимент нейтрализаторов сероводорода и их применимость при ремонтных работах 233
4.8.3 Составы технологических жидкостей для промывки и глушения сероводородсодержащих скважин 236
4.8.4 Разработка устройства для очистки наружной поверхности НКТ от жидкости глушения при подъеме насосного оборудования 236
4.8.5 Комплекс приустьевого оборудования для предотвращения загрязнения при ремонте скважин 239
5. ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА КОМПЛЕКСА ТЕХНОЛОГИЙ РЕГУЛИРУЕМОГО КИСЛОТНОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА КАРБОНАТНЫЕ ПЛАСТЫ 241
5.1 Система (стратегия) применения кислотных методов воздействия в неоднородных трещиновато-поровых коллекторах 241
5.2 Технологический комплекс стимуляции вертикальных скважин... 243
5.2.1 Экспериментальное обоснование использования высоковязких обратных эмульсий дія направленной обработки трещиноватых коллекторов 243
5.2.2 Результаты промысловых испытаний способа обработки призабойной зоны карбонатного пласта путем циклического воздействия обратной эмульсии и соляной кислоты 245
5.2.3 Разработка технологии глубокой солянокислотной обработки пластов 250
5-2.4 Исследование и разработка способа комбинированного направленно-глубокого кислотного воздействия 253
5,2-5 Разработка технологии кислотного гидравлического разрыва пласт 254
5.3 Комплекс технологий стимуляции скважин с горизонтальными стволами 257
х 5,3.1 Анализ теоретических вопросов и промыслового опыта эксплуатации и стимуляции скважин с горизонтальными г стволами 258
5.3.2 Технологические приемы химического удаления кольматантов с поверхности горизонтального ствола 264
5.3.3 Технологические варианты увеличения площади фильтрации в скважинах с горизонтальными стволами 265
5.3.4 Технология циклическо-направленной СКО горизонтального ствола с использованием высоковязких гидрофобных эмульсий... 267
5.3.5 Технологические основы кислотной стимуляции скважин в динамическом режиме с применением «колтюбинга» 269
5.3.6 Технологические аспекты гидромониторного кисленного воздействия на пласт в горизонтальном стволе 271
5.3 .7 Технология изоляций зон водопритока в горизонтальных скважинах 273
5.3.8 Оптимальная последовательность выполнения технологии стимуляции скважин в карбонатных коллекторах 277
5.4 Исследование технологических процессов проектирования и А реализации ГРП на объектах ОАО «Татнефть» 280
5.4.1 Анализ эффективности операций и исследование взаимосвязи технологических и геолого-физических параметров 278
5.4.2 Методические рекомендации по выбору объектов и масштабу ГРП 289
5.4.3 Совершенствование методических подходов проектирования и реализации оптимальных вариантов ГРП на объектах ОАО «Татнефть» 290
5.4.3.1 Теория и особенности проектирования разновидностей шдроразрыва 292
5.4.3.2 Проектирование мини-разрыва 296
5.4.3.3 Оценка технологического эффекта 297
5.5 Оценка экономической эффективности от промышленного внедрения разработанных технологических решений в нефтедобывающей отрасли 303
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ 306
ЛИТЕРАТУРА 309
ПРИЛОЖЕНИЯ 329
Введение к работе
Стратегической задачей топливно-энергетического комплекса России в последние годы является стабилизация и постепенное увеличение добычи нефти как за счет ввода в разработку новых залежей и месторождений, так и повышения эффективности эксплуатации старых нефтяных объектов. Продуктивность новых скважин во многом будет определяться степенью сохранения природных коллекторских свойств пласта на последовательных стадиях строительства и ввода скважин в работу, эксплуатационный период. Эта задача выполнима при условии последовательного применения усовершенствованных технологических жидкостей на стадиях вскрытия пласта бурением, крепления скважины, вторичного вскрытия пласта перфорацией, освоения, эксплуатации, стимуляции и ремонта скважин. Продуктивность старых скважин восстанавливается и может повышаться путем системного применения технологий обработки призабойной зоны пластов (ОПЗ) и других стимулирующих операций и физико-химических воздействий на призабойную зону пласта (ПЗП) или на пласт в целом. При этом важное значение имеет выбор последовательности применения тех или иных методов воздействия на пласт как по толщине, так и по простиранию, особенно в неоднородных многослойных коллекторах с возможностью водогазового прорыва. Под этим понимается система применения технологий (стратегия) воздействия на пласты, начиная со вскрьгптя и ввода их в эксплуатацию и закапчивая ремонтными, водоиэоляционными работами на поздней стадии разработки. Только такой комплексный подход в сохранении и поддержании продуктивности нефтятгого пласта па всех этапах строительства и эксплуатации скважин может дать стратегический долговременный эффект. . Поэтому тема диссертационного исследования является важной и актуальной как в научном, так и практическом аспектах бурения, освоения скважин и разработки нефтяных месторождеїшй.
Проблема сохранения и поддержания продуктивности пластов на рационально высоких (потенциальных) возможностей в нефтяной отрасли является одной из приоритетных; ее решение во многом предопределяет обьем добычи нефти и конечную нефтеотдачу пластов.
Большой вклад в решение теоретических и практических аспектов энерго-и массообмепных (фильтрационных), термодинамических процессов в ПЗП, в развитие методов интенсификации добычи нефти и системного (комплексного) подхода к решению задач качественного вскрытия пластов и рациональной последующей их эксплуатации внесли крупные ученые и известные исследователи: Вахитов ГГ., Желтов ЮЛ., Гиыатудипов Ш.К., Мирзаджаизаде А,Х,7 Мищенко ИХ, Дсвликамов В.В., Кузнецов О.Л._ Кузнецов Ю.СГ, Поляков В.Н,, Муслимов РХ, Балакирев IOA, Хисамутдинов Н.И., Кривоносов RB., Максутов Р.А.? Юсупов ИХ., Диянтев Р,Н., Глумов И.Ф., Тронов BJL, Орлов Г.А., Рылов Н.И., Жигач К.Ф., Мархасин ИЛ, Максимов В.П., Гарушев АР., Чекалюк Э,Б., Сургучсв МЛ., Рябоконь С,А.Т Кошелев А.Т,, Мархасин ИЛ, Хайрсдипов H1IL, Минхайров К.Л., Ибрагимов Г.З., Горбунов AT., Ґаллямов М.Н., Даровских СВ., Ибрагимов ИХ., Хисамов Р.С., Лилкес М.И., Амстов И.М., Токунов В.И,, Хейфец ИБ.7 Бакиров К.Г., Касперский Б.В,, Сенкевич Э.С., Кусаков ММ,, Касьянов Н.М., Шсвалдин И.Е., Ясашин А.М., Мухин Л.К., Симкин Э.МГ, Поддубпый ICA.j Хабибуллин ЗА., Глущепко В.Н., Шешуков Н.Л., Кудинов В.И., Сучков Б.М., Богомольный ЕД1, Каменщиков Ф.А., Пешкип О.В., Рахмапкулов Д.Л., Тимонин В.И., Кистер F,J\. Уголсв B.C., Уметбаея В.Г., Каримов М,Ф„ Рахимкулов Р.Ш., Орлов Л.И., Гайворопскии И.Н„ Малышева Л.Н., Зейгман Ю.В., Рогачей MIC, Головко С.Н., Шамрай КХВ-, Гусев В.И„ Д. Томас, Д.Д. Кларк, ІГД. Кларк, Абраме А,, Уильям Е., Грабб Ф., Глеи М., Роджерс В,, Клейтон, Амикс Д., Маскет М, Холл Б.Е., Каземи Н. и др.
Принятый методологический подход обусловливает широкоплановость объектов исследований диссертационной работы - причины и источники снижения иефтепропицаемости ПЗГІ (продуктивности по нефти) на всех стадиях эксплуатации скважин и эффективные технологические процессы по их устранению и профилактике их проявления, а предметом исследований -закономерности и связи в объектах исследований, а также оптимальные методики, параметры разрабатываемых технологических процессов, конструкции устройств и физико-химические свойства новых рабочих жидкостей, составов и композиций.
Цель диссертационной работы. Разработать и внедрить комплекс технологий и технических средств для качественного вскрытия пластов, освоения, интенсификации притока, ремонтных работ, применение которых сохраняет и увеличивает продуктивность пластов в течение всего эксплуатационного периода.
Задачи исследований, 1, Анализ и обобщение современного состояния технологий вскрытия пластов, интенсификации притока, глушения и промывки екгаажин; анализ процессов и явлений в призабойной зоне пласта, приводящих к снижению продуктивности скважин, и обоснование возможности комплексного решения проблемы сохранения природных коллекторских свойств 1131 [ на всей технологической цепи нефтедобычи,
2. Разработка общего (рационального) методического подхода к разработке рабочих жидкостей для нефтедобычи на водной, углеводородной и композиционной (эмульсионной) основе. Разработка и совершенствование составов для вскрытия пластов, жидкостей глушения, обрабатывающих составов для терригенпых и карбонатных коллекторов, жидкостей разрыва пластов, водоизоляционных составов.
3. Исследование особенностей технологических, реологических и гидродинамических свойств углеводородных и эмульсионных систем применительно к методам направленного физико-химического воздействия на ПЗП и регулирования отбора нефти и воды.
4. Разработка комплекса технологий качественного вскрытия пластов, глушения скважин с сохранением коллекторских свойста ПЗП, восстановления и увеличения продуктивности скважин в эксплуатационный период.
5. Анализ и выработка рекомендаций но повышению эффективности и успешности технологии гидроразрыва пластов в осложненных условиях разработки нефтяных месторождений Татарстана.
6. Разработка комплекса технологий регулируемого кислотного воздействия на неоднородные порово-трещинные карбонатные пласты-коллектора, эксплуатирующиеся вертикальными и горизонтальными скважинами, с учетом возможной необходимости проведения водоизоляционных работ.
7. Разработка и усовершенствование физико-химических технологий 0113 терригешшх пластов, ориентированных на стимуляцию малодебитного нерентабельного фонда скважин.
Методы решения поставленных задач. Основаны на анализе и обобщении опыта проведения скважиппых промысловых работ; собственных результатов теоретических, лабораторных и промысловых исследований. В работе применены современные статистические методы обработки информации, -Критерии подобия, методы планирования эксперимента и теории оптимизации, химические методы лабораторных исследований, а также способы интерпретации гидродинамических исследований (ГДИ).
В диссертации представлены результаты исследований, выполненных лично соискателем и под его руководством; автор является ответственным исполнителем и руководителем большинства разработок, ему принадлежит постановка задач исследований, разработка методик и проведение экспериментальных исследований, а также промысловые испытания и промышленное внедрение технологий. Диссертационная работа является обобщением исследований соискателя в отделе эксплуатации и ремонта скважин института ТатНИПИнефть в период с 1980 по 2006 IT.
Автор глубоко благодарен за помощь и поддержку в процессе проведения основных научных исследований своему Наставнику и Учителю, кл\н. Григорию Алексеевичу Орлову; научному консультанту д.т.н., академику АН РТ P.P. Ибатуллину, своим коллегам но лаборатории стимуляции скважин за проведение совместных исследований и содействие и работе, а также ученым ТатНШ ІИнефти, РГУ. УГНТУ, БашНИПИнефти, ВНИИпефти, РосНИПИтермнефти, руководителям и специалистам ОАО «Татнефть». ОАО «Удыуртнсфть» за поддержку, обсуждение результатов и ценные замечания.
Большое влияние на автора, на становление и развигие методологических основ комплексного подхода к решению многих задач нефтедобычи оказали плодотворные встречи и собеседования с академиками Р.Х. Муслимовым, Л.Х, Мирзаджанзаде, чьи советы и ценные замечания были учтены в работе.
