Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ВОЗДЕЙСТВИЯ НА НЕФТЯНОЙ ПЛАСТ

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и может быть использовано для увеличения нефтедобычи за счет изменения фильтрационных свойств водотоков пластов и вовлечения в разработку новых целиковых участков пласта, ранее не охваченных разработкой.

Известен способ увеличения нефтеотдачи пластов (патент РФ №2109132, МПК Е 21 В 43/22, опубликованный 20.04.1998 г.), включающий первоначальную закачку органического растворителя, воды, поверхностно-активного вещества, щелочного агента и последующую закачку раствора соляной кислоты. Данный способ позволяет повысить нефтеотдачу за счет разложения пластовых вод, остаточной нефти, нефтебитумов, минерализованных сгустков и т.п. Его недостатком является необходимость применения агрессивных химических реагентов, малый радиус воздействия.

Известен способ изоляции притока пластовых вод, позволяющий снизить проницаемость пласта в обводненных скважинах и тем самым подключить к добыче новые нефтеносные каналы (патент РФ №2108454, МПК Е 21 В 43/32, опубликованный 10.04.1998 г.). Сущность этого способа заключается в закачивании в скважину 35-40% водного раствора едкого натра, буферной пачки пресной воды и аммонизированного раствора нитрата кальция, которые реагируют с образованием нерастворимого в воде осадка.

Применение данного способа недостаточно эффективно из-за малой структурной прочности образовавшегося осадка.

Наиболее близким к предложенному является способ изоляции притока пластовых вод, заключающийся в последовательной закачке растворов щелочного агента и соли алюминия с последующей дополнительной закачкой раствора щелочного агента или раствора хлорида кальция (патент РФ №2111351, МПК Е 21 В 43/32, опубл. 20.05.1998 г.).

Недостатком способа является необходимость дополнительных химических реагентов, что удорожает эксплуатацию скважин.

Изобретение направлено на повышение нефтеотдачи пластов за счет снижения проницаемости водопромытых интервалов пласта и подключения к разработке новых нефтеносных зон, улучшение условий эксплуатации за счет безотходной технологии приготовления активной среды на месторождениях с использованием минерализованной сточной воды и обеспечения очистки и промывки скважинного оборудования без его подъема.

Поставленная задача решается способом воздействия на нефтяной пласт, включающим закачку в него активной среды в виде водных растворов и суспензий, содержащих щелочи, соли металлов, взаимодействующих с образованием в водопромытых каналах пласта нерастворимых в воде осадков, в котором в отличие от прототипа водные растворы и суспензии активной среды, содержащие щелочь, соли кальция, магния, железа и других металлов, а также атомарные элементы, активные ионы и хлопьевидные составляющие получают пропусканием постоянного электрического тока плотностью 0,1-2 А/см², напряжением 15-180 В через сточную минерализованную воду в течение времени, необходимого для обеспечения заданного значения водородного показателя в диапазоне рН 2 - 14, причем закачку осуществляют оторочками, которые проталкивают сточной водой системы поддержания пластового давления (ППФ).

Пропускание постоянного электрического тока через минерализованную сточную воду для приготовления активной среды можно осуществлять в специальной наземной установке, используя корпус ее емкости в качестве катода.

Кроме того, приготовление активной среды можно осуществлять пропусканием постоянного электрического тока через сточную минерализованную воду, подаваемую в скважину системой ППР непосредственно в зоне перфорации нагнетательных скважин, используя обсадную колонну в качестве катода.

Подготовку активной среды для закачки в скважину осуществляют путем пропускания постоянного электрического тока через минерализованную воду, подбирая режимы обработки, материал анода в зависимости от минерализации сточной воды и необходимого значения рН. Подбор параметров обработки сточной воды, времени пропускания электрического тока, его напряжения, плотности тока и материала анода обеспечивает организацию и поддержание ионно-плазменных процессов, протекающих с образованием необходимых по количеству и составу водных растворов щелочей, солей, суспензий, пероксидов, активных ионов и атомов. Образующиеся в ходе ионно-плазменной обработки сточной минерализованной воды химические соединения и энергетически активные атомы и ионы обеспечивают полученной среде увеличение фазовой проницаемости и способность изменять поверхностное натяжение нефтяной смеси пласта.

Достоинством способа является его организация по безотходной технологии за счет повторного использования сточной воды для приготовления активной среды воздействия на нефтяные пласты, что существенно улучшает экологические условия эксплуатации нефтяных скважин.

Известен способ воздействия на нефтяной пласт посредством ионно-плазменных процессов в забойной зоне скважин (патент РФ №2136662, МПК Е 21 В 43/24, опубл. 27.02.2001 г.). В результате такого воздействия в пластовых многокомпонентных смесях образуются парощелочные и газообразные продукты, которые продавливаются в нефтяной пласт и обеспечивают размягчение нефтебитумов, разложение пробок из остаточной нефти, растворяют минеральные сгустки различных соединений и таким образом вовлекают в разработку новые участки нефтеносного коллектора.

В предложенном нами способе проявляется новый эффект ионно-плазменных процессов, а именно - получение активной среды, состоящей из различных элементов и обладающей свойствами воздействия на материал пласта и нефть. При закачке в определенной последовательности эта активная среда взаимодействует с породой пласта и остатками нефтяной пленки в водопромытых каналах, затем - с нефтью ранее не участвовавших в разработке пор нефтяного пласта.

В результате происходит перераспределение фильтрационных свойств пласта, вовлекаются в разработку новые участки пласта.

Отличительные признаки заявленного изобретения являются новыми и неочевидными, что обеспечивает соответствие критерию “изобретательский уровень”.

Способ осуществляют следующим образом. Через сточную минерализованную воду, подаваемую из системы ППД в специальную наземную установку или непосредственно в зону перфорации нагнетательной скважины, пропускают постоянный электрический ток напряжением 15-180 В, плотностью тока 0,1-2 А/см². Катодом для создания ионно-плазменных процессов служит соответственно корпус наземной установки или обсадная колонна, а анодом служит электрод из специально подбираемых по составу сплавов. Прохождение электрического тока сопровождается электролитическими процессами на катоде и аноде, приводящими к разложению воды на катоде с выделением водорода и образованием ОН^-. В прианодной зоне идет нагрев воды, приводящий к парообразованию, а также происходят анодные процессы, приводящие к газовыделению и растворению металлов анода, ионы которого попадают в раствор и образуют различные соединения в виде солей железа, магния, никеля, хрома и т.п. Через несколько минут вокруг анода образуется стабильная парофазная оболочка, толщиной порядка 1-3 мм, в которой происходят многократные электрические пробои, приводящие к плазменным и плазмохимическим процессам. Указанные процессы приводят к изменению водородного показателя исходной среды до рН 2 - 14, в зависимости от времени пропускания тока, степени минерализации воды и химического состава материала анода, а также ведут к образованию энергетически активных ионов и атомов и хлопьевидных составляющих. Получение кислой активной среды (рН<2-7) или щелочной (рН>7-14) зависит от материала анода, в частности титановые сплавы обеспечивают кислую среду, а углерод (графит) - щелочную. Активная среда обладает увеличенной фазовой проницаемостью в различных по обводненности коллекторах.

Подготовленная активная среда последовательными оторочками с помощью системы ППД нагнетательной скважины подается в нефтяной пласт, где взаимодействует как с породой пласта, так и нефтью. Результат взаимодействия активной среды проявляется в следующем:

- в пласте происходят вторичные реакции, в результате которых образуются труднорастворимые соли (CaSiO₃, MgSiO₃, СаСО₃, Na₂S и др.) и основания железа, магния, алюминия (Аl(ОН)₃, Fе(ОН)₃, Mg(OH)₂) и т.п.;

- щелочь активной среды в контакте с нефтью образует водорастворимые соли, обладающие свойствами поверхностно-активных веществ;

- энергетически активные ионы, атомы образуют новые соединения с химическими составляющими смеси и породой пласта.

Труднорастворимые соли, основания и хлопьевидные образования, заполняя водопромытые поры пласта, изменяют проницаемость и тем самым приводят к перераспределению фильтрационных потоков. Аналогичное действие оказывают продукты реакции составляющих активной среды с породой пласта, так как в основном это соли кальция, магния и алюминия. Первоочередное заполнение осадками промытых пор пласта обеспечивается прокачкой первых оторочек активной среды. При этом происходит временная кольматация промытых пор пласта с изменением их проницаемости, что обеспечивает вовлечение в разработку новых, ранее неохваченных участков пласта и соответственно увеличение нефтеотдачи.

Взаимодействие щелочных составляющих активной среды, полученных ионно-плазменной обработкой сточной минерализованной воды, с компонентами нефтяной смеси сопровождается образованием водорастворимых солей, обладающих свойствами поверхностно-активных веществ, и приводит к снижению межфазного натяжения на границе нефть - активный раствор. Адсорбция этих солей на поверхности поровых каналов коллектора и пласта изменяет смачиваемость и уменьшает капиллярные силы, что существенно облегчает вынос нефти из нефтесодержащих пор, ранее обойденных воздействием участков пласта. Кроме этого, труднорастворимые соли в смеси с хлопьевидными составляющими могут продвигаться вдоль пласта действующим давлением ППД, имитируя поршень гидроцилиндра и способствуя полной выработке отдельных участков пласта.

Существенным достоинством предлагаемого способа является обеспечение безотходной технологии на месторождениях, так как для приготовления активной среды используется минерализованная сточная вода без каких-либо дополнительных химических реагентов, что повышает экологическую безопасность на территории месторождений.

Эффективность предлагаемого способа исследована в лабораторных условиях оценкой процесса фильтрации через керны на модельной установке с определением фактора сопротивления и коэффициентов вытеснения. Исследования проводились с использованием кернов с газопроницаемостью 5,8 мД, 17,6 мД, 106 мД, 172 мД, 342 мД, 787 мД по методике “вода-вода” и “нефть-вода-вода” при поддержании необходимых температур и давлений.

Размеры образцов кернов: длина 25,8-47,0 мм, диаметр 29,7-30,0 мм, площадь 69,2-70,67 см², пористость 16,9-26,25%. Температура исследований - 70°С.

В качестве исходной минерализованной воды использовалась сточная вода с минерализацией 1,05-1,12 различных месторождений, а также модель-вода с 20 г/л NaCl.

По методике “нефть-вода-вода” в образцах кернов создали остаточную водонасыщенность центрифугированием образцов, затем через них фильтровали нефть, которую вытесняли активной средой.

Во всех опытах после прокачки всего объема активного раствора через модель прокачивали сточную воду до полного вытеснения нефти из образцов, затем по данным скорости фильтрации, давления определяли коэффициенты вытеснения нефти.

Исследования показали, что закачка активной среды без осадков в 100% водонасыщенные керны не приводит к изменению фактора сопротивления, а закачка ее с осадками приводит к кратному увеличению фактора сопротивления, как на высоко-, так и на низкопроницаемых кернах. Причем, последующая закачка обычной сточной воды полностью восстанавливает первоначальную величину фактора сопротивления для высокопроницаемых и частично восстанавливает для низкопроницаемых образцов кернов.

Закачка активной среды в керны с нефтенасыщенностью 32-39% и высокой проницаемостью приводит к незначительному снижению фактора сопротивления, а прокачка через низкопроницаемые керны - приводит к возрастанию фактора сопротивления в 1,7 раза, что объясняется малыми размерами взвешенных частиц, которые свободно фильтруются через поры проницаемостью 787, 342, 172 мД. Коэффициент вытеснения нефти при закачке активной среды возрастает на 3,1% для кернов с проницаемостью 787 мД и на 5,9% для кернов с проницаемостью 342 мД.

На образцах с исходной проницаемостью 139 мД - К_выт увеличился на 8,1%, а фактор сопротивления уменьшился от 1,0 до 0,7. На образцах с проницаемостью 4,2 мД коэффициент вытеснения увеличился на 8,3%, а фактор сопротивления уменьшился от 1,0 до 0,6.

Опытно-промышленная апробация способа проводилась на эксплуатационной скважине для промывки ее насоса, В результате была обеспечена промывка клапанов насоса без его подъема и разборки.

Таким образом, предлагаемый способ воздействия на нефтяной пласт при его достаточной простоте и экономичности, может дать прирост нефтедобычи, особенно на поздней стадии разработки месторождений и существенно уменьшить затраты на эксплуатацию скважинного оборудования.