Створення потокоскеровуючих бар'єрів закачуванням дисперсних систем для підвищення нафтовіддачі пластів

Основним методом розробки родовищ є і залишається на перспективу режим витиснен­ня нафти водою та, як вдосконалення, водними розчинами речовин. Прак-тика розробки ро­довищ засвідчує передчасні та некеровані прориви води до видо-бувних свердловин через високопроникні канали пласта. Такі канали можуть нале-жати окремим прошаркам бага-топластового родовища чи пластам у цілому. Дос-від розробки засвідчує, що прошарки з проникністю у 5 — 10 разів меншою, ніж в інших прошарках, при спільній експлуатації практично не працюють. Відповідно середні діаметри пор породи таких прошарків відрізняються у 2 — 3 рази. Усім колекторам, крім сипких, у тій чи іншій мірі притаманна тріщинуватість. Якщо проникність тріщиновато-пористого пласта відрізняється у декілька разів від про-никності пор (за керновими даними), то проникність тріщин відрізняється від ос-танньої уже на декілька порядків. В продуктивному розрізі можуть траплятися ша-ри (пласти) з високим ступенем тріщинуватості. Тріщинуватість може відігравати позитивну і негативну роль у процесах нафтовилучення. Негативна роль високо-проникних тріщин, що зумовлюють передчасні прориви витісних агентів до видо-бувних свердловин, виявлена при здійсненні заводнення, при застосуванні методів підвищення нафтовіддачі (нафтовилучен­ня), при розробці нафтових родовищ тепловими методами, при розробці газових і газокон­денсатних родовищ в умовах пружноводонапірного режиму.

Проблема в розробці родовищ полягає в управлінні процесами видобутку нафти з нео­днорідних пластів, яке повинно бути скероване на зменшення або усунення негативного

впливу високопроникних каналів - високопроникних тріщин і пор.Перспективним напрям­ком в ії вирішенні є технологія, яка грунтується на ідеї вирівнювання проникнісної нео­днорідності колекторів і дає змогу повністю або частково виключити високопроникні тріщини і пори з процесу фільтрації. Для регулювання розробки в умовах прориву витісних агентів запропоновано здійснювати частково розгазування нафти, періодичну закачку інертного газу або повітря, закачку нафти, емульсії, піни, осадо- та гелеутворюючих речо­вин, закупорку продуктивних відкладів за допомогою хімічних реагентів, зниження пласто­вого тиску для змикання тріщин.

Радикальним методом є тампонування високопроникних каналів дисперсними систе­мами. Дисперсна система - це гетерогенна суміш, що складається як мінімум із двох фаз, як, наприклад, суспензія твердих частинок у воді. Без сумніву, закачка будь-яких рідинних речовин, що збільшують фільтраційний опір (осад, гель), причому збільшення має місце в першу чергу у високопроникних каналах (рідина надходить у канали прямо пропорційно їх проникностям), викликає регулювання, перерозподіл фільтраційних потоків і сприяє, як показує промисловий досвід, досягненню короткотривалого ефекту, що виявляється у збільшенні видобутку нафти, обмеженні відборів води, перерозподілі профіля поглинання. Дисперсна тверда фаза може надходити тільки в ті канали, поперечний розмір яких пере­вищує розмір його частинок. Дисперсна система, на відміну від рідких агентів (навіть тих, що пізніше утворюють гель чи осади), дає змогу вибірково діяти на канали, розмір яких апріорі задається. Керованими дисперсними системами, тобто системами, які самороз-поділяються по каналах заданого розміру в результаті цілеспрямованого підбору їх фракційного складу, можна забезпечити надходження дисперсної фази тільки у тріщини (чи пори) заданого розміру. У всіх випадках розчин чи вода, що містять домішки (тверді частинки, емульгована нафта) неконтрольованих розмірів, проникаючи у пори, "забруд­нює" стінки матриці породи та ізолює в порах нафту, через що нафтовилучення змен­шується.

Вимоги, які повинні бути покладені в основу вибору чи створення нових дисперсних си­стем, що приймаються для вибіркового, керованого тампонування високопроникних ка­налів (надалі для простоти називаємо їх тріщинами), сформульовані як чотири критерії. Ге­ометричний (основний) критерій забезпечує вибірковість, надійність (відсутність кольма-тації пор і проникнення дисперсійної фази у тріщини) та повноту (ступінь заповнення тріщин відповідного розміру) тампонування. Цьому критерію надане ймовірнісно-стати­стичне трактування, що дало змогу врахувати густину статистичного розподілу розмірів ча­стинок, пор і тріщин та співвідношення частки тріщин і вмісту необхідних фракцій тампо­нуючого матеріалу.

Кольматація вертикальних (в основному такі переважають) тріщин частинками дис­персної системи можлива внаслідок седиментаційного осідання (спливання), защемлення частинок у звуженнях тріщин, а також внаслідок замулювання через зменшення швидкості радіального потоку у тріщинах, що розгалужуються. Тому дисперсні системи повинні відповідати гідродинамічному критерію нульової плавучості або плавучості, близької до ну­ля. Оскільки доставку в глибину пласта доцільно здійснювати водою (чи водними розчина­ми), то густина речовини частинок дисперсної фази повинна бути в межах густини води.

Технологічні вимоги полягають у тому, що: 1) частинки дисперсної фази після надход­ження у тріщини повинні утворювати непроникний або мало проник-ний шар, проникність якого зіставна з проникністю матриць породи; 2) частинки не повинні змінювати своїх вла­стивостей у транспортуючій рідині в процесі їх введення в пласт; 3) частинки і тампоную­чий шар не повинні руйнуватись під дією пластової температури, а також не змінювати своїх тампонуючих властивостей в атмосферних умовах; 4) частинки повинні легко утво­рювати суспензію (дисперсну систему), характеризуватися доброю прокачуваністю і мінімальною абразивністю; 5) концентрація дисперсної фази не повинна призводити до

ут­ворення кірки на поверхні фільтрації (стінці свердловини).

Для тампонування тріщин можуть бути потрібні великі об'єми тампонуючого ма­теріалу, тому він має бути порівняно дешевим (вартісний критерій).

Таким критеріям відповідає цілий ряд подрібнених (порошкоподібних, гранульованих) матеріалів, які випускаються промисловістю: тонкодисперсні асфальтно-смолистий пом'як­шувач, високоокислений бітум (структуроутворювач), рубракс Б, полімери (поліолефіни, полістирол і його похідні, полівініловий спирт). Кожний із цих матеріалів застосовується для тампонування залежно від поставленої мети робіт і геолого-технічної характеристики об'єкта.

Густина цих гранульованих матеріалів перебуває в межах 980 — 1040 кг/м³, а діаметр гранул - переважно в межах 0,2 — 2 мм, тобто відповідає розмірам тріщин. Швидкість се­диментації гранул становить в середньому 0,075 м/с.

Тампонуючий шар в пласті стискується стінками тріщин, піддається впливові пластової температури і взаємодіє з нафтою, яка капілярно просочується з порових блоків. Внаслідок цього проникність намитого шару в тріщині зменшується.

За результатами проведених лабораторних досліджень, проникність насипного шару, наприклад пом'якшувача, при 20 °С становить 122 мкм² і знижується практично до нуля при стискуванні до 4,2 МПа. Зі збільшенням температури шару пом'якшувача від 20 до 80 °С його рухомість зменшується і сягає мінімуму (перетворюється у липку, густу масу, що подібна до пластиліну), а проникність зменшується від 122 до 0,0048 мкм.² Малорухливий, малопроникний шар пом'якшувача утворюється при масовому співвідношенні кількості нафти до кількості пом'якшувача, рівному 0,2 — 0,25.

Практично аналогічними параметрами характеризується структуроутворю-вач, тільки з тою різницею, що він має вищу температуру плавлення (пом'якшувач +125°С, структуро­утворювач +145°С) і може бути використаним при пластових температурах до 145°С.

Закачування пом'якшувача чи структуроутворювача в пласт здійснюється при тиску, який перевищує не менше ніж на 4,2 МГІа тиск розкриття тріщин або вибійний тиск (перед тампонуванням), якщо він є вищим від тиску розкриття тріщин. Після закачування реаген­ту при такому тиску і переході на попередній режим роботи свердловини тріщини пласта змикаються до вихідного положення. Шар у тріщинах стискується, його проникність змен­шується і він закупорює високопроникну тріщину. Окрім цього, проникність і рухомість шару зменшується під дією пластової температури і нафти, яка проникає в тріщину з поро­вих блоків.

Спінюючий полістирол використовується для створення потокоскеровуючих бар"єрів у пласті з пластовою температурою 80 — 150°С. У водному середовищі при температурі по­над 70 °С розміри гранул полістиролу значно збільшуються в об'ємі, а в замкнутому про­сторі створюється міцний ізолюючий бар'єр. При температурі 80°С проникність шару полістиролу становить 2,16-10~³ мкм², а при 120°С він практично непроникний.

Технологічні схеми процесу тампонування залежно від ступеня тріщинуватості чи ша­рової неоднорідності пластів та мети тампонування можуть бути такими: 1) тампонування тріщин чи високопроникних пропластків у міжсвердловинних зонах закачуванням у нагнітальні свердловини; 2) тампонування тріщин в околицях нагнітальних свердловин; 3) ізоляція припливу води у видобувних свердловинах закачуванням у ці свердловини; 4) сис­темне тампонування високопроникних тріщин закачуванням в нагнітальні та видобувні свердловини; 5) ліквідація різного роду негерметичностей кріплення свердловини. Передба­чена також технологічна модифікація схем залежно від обраного матеріалу, температурних умов та іншого, що дає змогу підвищувати техніко-економічну ефективність робіт.

Процес приготування і закачування здійснюється так (рис.8.2). Дисперсна система 8 готується безпосередньо під час її закачування в свердловину. Закачування здійснюється за

Рис.8.2. Технологічна система приготування і закачування дисперсної системи

схемою гідравлічного розриву пласта. Водна дисперсна система пом'якшувача, структуро­утворювача чи полістиролу (гранульованого матеріалу) готується за допомогою гідрозмішувального пристрою (гідравлічної цементомішалки). Вода насосами 5 із ємності 8 та гранульований матеріал подаються в гідрозмішувальний пристрій 7. Внаслідок великої швидкості витікання води через сопло гідрозмішувального пристрою в нижній частині во-ронки утворюється вакуум. Із воронки гранульований матеріал, який засипається в ній, всмоктується у змішувальний пристрій і змішується у турбулентному потоці з водою. Утво­рена водна суспензія надходить у корито б, з якого відкачується насосними агрегатами 5 і подається у змішувач агрегата типу УСП-50, де за допомогою мішалки підтримується рівномірність концентрації суспензії. Далі суспензія пісковим відцентровим насосом змішувача 4 подається під тиском підпору 0,2—0,4 МПа на прийом насосних агрегатів 3, за допомогою яких через блок маніфольдів 2 закачується в свердловину 1. Свердловину облад­нують насосно-компресорними трубами і у разі необхідності пакером. Концентрація сус­пензії регулюється кількістю гранульованого матеріалу, що засипається у воронку, та вит­ратою води.

Для проектування процесу тампонування розроблена математична модель, що містить як основні диференціальні рівняння балансу дисперсної фази, кольматації тріщин і руху дисперсної системи, її складність зумовила розробку наближеної методики для рівноважних умов, що забезпечує прогнозування тиску закачування дисперсної системи у часі, оцінку розміру зони тампонування та можливого приросту нафтовіддачі.

Технологія застосовується на ряді родовищ. У пласт із розрахунку на одну свердловино-операцію закачують 350 — 400 м³ суспензії (вміст дисперсної фази становить близько 25 кг/м³) із витратою 0,9 — 1,3 м³/хв. При цьому спостерігається монотонний ріст тиску зака­чування на 6-10 МПа від початкового значення близько 20 МПа.

Оцінку ефективності здійснюють за допомогою індикаторних ліній та профілів закачу­вання до і після проведення робіт, графіків динаміки поточної роботи оброблених і сусідніх, навколишніх свердловин, характеристик витиснення (побудованих за трьома різними мето­дами) для окремих свердловин і полів у цілому та статистичних методів рангової кореляції Спірмена і Кендала на взаємодію свердловин. Тампонування високопроникних каналів по­зитивно впливає на роботу свердловин і розробку ділянок покладу в цілому, процес є техно­логічним і ефективним. У нагнітальних свердловинах досягається вирівнювання профілю і зниження приймальності, а в оточуючих видобувних

свердловинах - інтенсифікація дебітів нафти, зменшення відборів води. У пласті відбувається перерозподіл фільтраційних потоків, одержується додатковий видобуток нафти (за характеристиками витиснення), що забезпе­чує економічну ефективність робіт.