Результат интеллектуальной деятельности: Способ разработки нефтяного пласта

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к способам добычи нефти из неоднородного нефтяного пласта путем закачки в пласт водных оторочек агентов, реагирующих на минерализацию воды, например микроорганизмов, водорастворимых полимеров акрилового ряда, эфиров целлюлозы и т.д.

Известен способ обработки нефтяного пласта путем закачки в него культуры микроорганизмов, представленных метанотрофами. Продукты жизнедеятельности метанотрофов обладают нефтевытесняющими свойствами (1).

Недостатком способа является то, что в минерализованной воде метанотрофы гибнут. А как известно, пластовые воды, даже при длительной закачке в пласт пресной воды, остаются достаточно минерализованными. Кроме того, разработка нефтяных месторождений ведется в основном путем закачки в пласты не пресной, а сточной воды с содержанием солей до 100 г/л.

Наиболее близким способом (прототипом) является способ добычи нефти из неоднородного нефтяного пласта, предусматривающий закачку в пласт водного раствора водорастворимого анионного полимера акрилового ряда со сшивателем, в качестве которого используют ацетат хрома (2). Применение сшивателя позволяет получить гораздо более вязкий и устойчивый сшитый полимерный состав (СПС) по сравнению с использованием одного полимера.

Однако в известном способе не учитывается, что образцы полиакриламида (ПАА) с разной анионностью по-разному реагируют на минерализацию воды, в которой они растворены. А это, как показали проведенные авторами лабораторные исследования, существенно сказывается на времени сшивки (индукционном периоде гелеобразования) и на концентрациях исходных реагентов, т.е. в конечном счете на эффективности их использования.

Другим близким к предлагаемому по технической сущности (прототипом) является способ повышения выработки обводненных слоисто-неоднородных пластов (3). Сущность способа заключается в том, что в пласт закачивают водный раствор метилцеллюлозы, который в пластовых условиях - при повышении температуры до пластовой - переходит в малоподвижный гель, таким образом происходит перераспределение потоков оторочек вытесняющего агента и увеличение охвата пласта вытеснением.

Однако метилцеллюлоза обладает тем свойством, что повышение минерализации воды приводит к уменьшению температуры ее гелеобразования. При движении вглубь пласта оторочка метилцеллюлозы смешивается с минерализованной пластовой водой, в результате чего гель образуется не в нужном участке пласта, а гораздо ближе к скважине, где температура ниже расчетной. Кроме того, от минерализации воды сильно зависит вязкость растворов метилцеллюлозы, поэтому непредусмотренное изменение минерализации приводит к неожиданным технологическим эффектам.

Таким образом, как видно из приведенных примеров, водные оторочки агентов, применяемых в нефтяной промышленности, в большинстве своем реагируют на минерализацию воды, в которой они растворены и с которой контактируют в пластовых условиях, что приводит к непредсказуемым эффектам.

Целью предлагаемого способа является повышение эффективности способа разработки неоднородного нефтяного пласта за счет предварительного подбора оптимальных минерализации, объемов и составов оторочек агентов.

Поставленная цель достигается тем, что в способе разработки нефтяного пласта, включающем закачку в пласт водных оторочек агентов, перед закачкой водной оторочки агента в пласт проводят исследования по выявлению зависимости объема и состава этой оторочки от минерализации воды и определяют такой объем оторочки, ее состав и такую минерализацию воды, при которых индукционный период гелеобразования водной оторочки агента не менее времени достижения этой оторочкой обводненного пропластка, причем до и после водной оторочки агента, а также между ними, закачивают оторочки воды с такой же минерализацией.

Другими отличиями способа являются следующие:

в качестве агентов водной оторочки в пласт закачивают химреагенты или микроорганизмы;

при использовании в качестве химреагента, например, раствора водорастворимого анионного полимера акрилового ряда - полиакриламида со сшивателем растворы ПАА с анионностью выше 20% готовят в сточной воде минерализацией до 100 г/л, а для подбора минерализации растворов ПАА с анионностью ниже 20% проводят предварительное тестирование с водами различной минерализации при различных соотношениях реагентов, после чего выбирают систему с индукционным периодом, не меньшим времени достижения ею обводненного пропластка при оптимальных концентрациях реагентов;

при использовании в качестве реагента эфиров целлюлозы, например метилцеллюлозы, объем и состав оторочек подбирают в зависимости от минерализации и температуры пласта.

Сущность предлагаемого способа заключается в следующем. Известно, что минерализация пластовых вод нефтяных пластов меняется в широких пределах (от 60 до 300 г/л) как по месторождениям, так и в пределах одного пласта в результате закачки поверхностной воды. Вследствие того, что большинство применяемых в нефтедобыче водных оторочек агентов меняют свои свойства в зависимости от минерализации воды, в которой они растворены, каждый из применяемых агентов водных оторочек перед закачкой в пласт следует подвергнуть тестированию с целью выявить, как меняются его характеристики, используемые в той или иной технологии, в зависимости от минерализации воды. По результатам такого тестирования следует так подобрать минерализацию воды, чтобы наверняка получить ожидаемый эффект. При этом во избежание смешивания оторочек агента с подобранной минерализацией воды пластовой водой предлагается до и после оторочек агента, а также между оторочками (если их несколько), закачивать оторочки воды с минерализацией, равной подобранной в оторочках агента.

Конкретно применение предлагаемого способа можно пояснить на следующих примерах.

1.Закачка ПАА со сшивателем.

В предлагаемом способе используется найденная в результате лабораторных исследований закономерность - образцы ПАА различной анионности по-разному реагируют на минерализацию воды. Это проявляется как в изменении диапазона концентраций исходных реагентов (главным образом, ацетата хрома), так и в изменении продолжительности индукционного периода. При анионности ПАА выше 20% можно определенно рекомендовать сточную воду минерализацией до 100 г/л, для образцов ПАА с анионностью ниже 20% требуется предварительное тестирование с целью выбора такой воды и таких концентраций ПАА и ацетата хрома, при которых индукционный период сшивки будет равным или немного большим времени достижения водной оторочки реагентов обводненного пропластка. Если индукционный период будет меньше, то СПС образуется раньше, чем водная оторочка реагентов достигнет нужного места.

Создание буферных оторочек путем закачки воды определенной минерализации до, между и после оторочек водного раствора полимера и ацетата хрома способствует надежному сохранению подобранной оптимальной минерализации в пластовых условиях.

В промысловых условиях способ осуществляют следующим образом.

На участке неоднородного нефтяного пласта проводят комплекс гидродинамических и геохимических исследований, по результатам которых определяют наличие высокопроницаемых зон, профиль приемистости и минерализацию пластовой воды, исходя из этого опытным путем подбирают концентрации водной оторочки реагентов в водной оторочке и минерализацию воды таким образом, чтобы индукционный период образования СПС был не меньше достижения ими нужного пропластка.

При этом исходят из того, что на опытных участках, характеризующихся высокой степенью неоднородности, для наиболее высокопроницаемых и обводненных (выработанных) пропластков следует закачивать водную оторочку композиции, содержащей полимер более высоких концентраций (до 0,5 мас.%) для создания водоизоляционного экрана с повышенными прочностными характеристиками.

В поверхностных условиях с помощью передвижных или стационарных установок готовят водную оторочку полимерной композиции, при этом для водной оторочки ПАА с анионностью выше 20% предварительно закачивают оторочку сточной воды с минерализацией до 100 г/л в объеме не менее объема перового пространства на расстоянии 3-5 м от стенки скважины (объем выраженной депрессионной воронки), а для водной оторочки полимеров с анионностью ниже 20%, для которых на основе предварительного тестирования определена степень минерализации воды с расчетным временем индукционного периода сшивки, закачивают оторочку воды в том же объеме с подобранной минерализацией.

Затем закачивают оторочку полимерной композиции с повышенными изолирующими свойствами для отключения обводненных (выработанных) пропластков в объеме не менее 10 м³ на 1 м вскрытого интервала перфорации, которую продавливают в пласт оторочкой воды в объеме не менее объема порового пространства на расстоянии 3-5 м от стенки скважины (объем выраженной депрессионной воронки) с той же расчетной минерализацией. После этого проводят технологическую остановку закачки на время гелеобразования (сшивки).

После этого в матрицу пласта с пониженной степенью выработанности закачивают оторочку ПАА с более низким содержанием ПАА и сшивателя (подвижная оторочка) для регулирования фильтрации воды и снижения вязкостной неустойчивости на фронте вытеснения (ликвидация возможности образования "языков" прорыва воды в добывающие скважины). При этом также создают оторочку воды с подобранной минерализацией в объеме не менее объема перового пространства на расстоянии 3-5 м от стенки скважины (объем выраженной депрессионной воронки) до и после закачки оторочки ПАА со сшивателем. Затем проводят технологическую остановку закачки на время гелеобразования (сшивки) для данной концентрации оторочки ПАА и сшивателя. По окончании данного цикла работ скважину переводят под закачку воды в соответствии с режимом разработки данного участка.

Предлагаемый способ был испытан в лабораторных условиях. При этом были использованы следующие реагенты:

1. В качестве ПАА - образцы марок Alcoflood-935, Alcoflood-2548, DP-9-8177, Flopaam-25308, Flopaam-35308, DK8-ORT-TA-2, CHP-1, RDA-1004, FP-9120 и FP-9210. Для растворения образцов ПАА использовали воду различной минерализации.

2. В качестве сшивателя - ацетат хрома, выпускаемый фирмой Allied Colloids Gmbh (Великобритания). Для приготовления растворов сшивателей использовалась только пресная вода.

3. В качестве воды - пресная вода р. Кама и естественная сточная вода, содержание солей в которых составляло 0,3-0,5 г/л и 96,4-114,4 г/л соответственно. В отдельных случаях использовалась пластовая вода, содержание солей в которой составляло 230 г/л, а также относительно слабоминерализованная вода (57,2 г/л). Такая вода получалась смешением сточной воды с дистиллированной.

Исследования возможности получения СПС проводили по стандартной методике. Прохождение процесса сшивки (образование трехмерной структуры во всем объеме полимерного раствора, обладающей вязкоупругими свойствами) контролировали визуально по внешнему виду струи, образующейся при перевертывании пробки. Если полимерная система не выливалась из пробирки или выливалась в виде единой неразрывной струи, то это свидетельствовало об образовании СПС.

В табл. 1 представлены краткие результаты проведенных исследований. Из обобщенных результатов таблицы 1 видно, что минерализация воды оказывает влияние на эффективность образования СПС. Так, образцы ПАА с анионностью больше 20% образуют СПС только в минерализованной воде. На образцы ПАА с меньшей степенью анионности это влияние сказывается в изменении концентрационного диапазона, в котором происходит гелеобразование. При этом для некоторых из исследованных образцов (FP-9120, FP-9210, Alcoflood-935) наиболее предпочтительным с этой точки зрения является использование пресной воды, а для других (Alcoflood-2548, RDA-1004, TA-2, TA-1, DP9-8177) - минерализованной.

1. Закачка оторочки метилцеллюлозы.

Как было сказано выше, повышение минерализации воды приводит к уменьшению температуры гелеобразования растворов метилцеллюлозы. В лабораторных условиях был исследован образец водорастворимого эфира целлюлозы - метилцеллюлоза марки ММЦ-БТР (ТУ 39-08-047-74). В табл. 2 приведены результаты исследования гелеобразования растворов метилцеллюлозы в зависимости от минерализации и температуры воды.

Как видно из приведенных в табл. 2 данных, гелеобразование растворов метилцеллюлозы зависит от температуры, минерализации воды и концентрации реагента. При постоянной концентрации температура гелеобразования снижается при росте минерализации воды. Это определяет технологию применения оторочек метилцеллюлозы.

Перед закачкой оторочек метилцеллюлозы в пласт, как и в случае с оторочкой ПАА, проводят комплекс гидродинамических и геохимических исследований, по результатам которых определяют наличие высокопроницаемых зон, профиль приемистости и минерализацию пластовой воды, исходя из этого опытным путем подбирают концентрации водных оторочек реагентов и минерализацию воды таким образом, чтобы в данных конкретных условиях произошло гелеобразование в нужном участке пласта. До и после оторочки метилцеллюлозы в пласт закачивают оторочки воды с подобранной минерализацией. Такое выполнение способа обеспечивает надежное получение ожидаемого технологического эффекта от использования водной оторочки метилцеллюлозы.

Преимуществом предлагаемого способа по сравнению с известным является более эффективное использование водных оторочек агентов при разработке нефтяных пластов.