Разработка жидкостей разрыва на водной и углеводородной основах и технологий их применения для совершенствования процесса гидравлического разрыва пласта тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 02.00.11, доктор технических наук Магадова, Любовь Абдулаевна

• Магадова, Любовь Абдулаевна
• доктор технических наук
• 2007

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка жидкостей разрыва на водной и углеводородной основах и технологий их применения для совершенствования процесса гидравлического разрыва пласта»

Актуальность проблемы. Гидравлический разрыв пласта (ГРП) является одной из наиболее эффективных технологий интенсификации работы добывающих и нагнетательных скважин.

Гидравлический разрыв пласта - это физический процесс, при котором порода разрывается по плоскостям минимальной прочности за счет воздействия на пласт давлением, создаваемым закачкой в скважину специальной жидкости разрыва. В образованные трещины с помощью жидкостей разрыва транспортируется расклинивающий материал - проппант, который, после снятия избыточного давления, закрепляет трещины в раскрытом состоянии. В результате ГРП, за счет снижения гидравлических сопротивлений в призабойной зоне и увеличения поверхности фильтрации, кратно повышается продуктивность добывающих и приемистость нагнетательных скважин.

Сегодня, в основном, используются способы гидроразрыва пласта с применением гелеобразующих рабочих жидкостей на водной и углеводородной основах, обладающих, по сравнению с другими системами, например, эмульсиями, более высокой вязкостью, более низкими потерями давления на трение, возможностью регулирования деструкции, вплоть до полного разложения геля. При этом возможно проведение процесса гидравлического разрыва пласта с использованием высоких темпов закачки, для получения расчетных размеров трещин.

В настоящее время в России большая часть работ по ГРП (примерно 90%) проводится с применением водного полисахаридного геля. Естественно, что такой гель обладает рядом преимуществ перед применением углеводородной жидкости. Это связано не только с пожаробезопасностью, т.к. вместо углеводорода: товарной нефти или дизельного топлива используется вода, но и с качеством получаемого геля: его большей вязкостью и более высокой структурой, которые обеспечивают большую песконесущую способность и возможность получать эти свойства на потоке при закачке геля в скважину.

Развитие направления с получением более протяженных трещин, связанное с вовлечением в разработку низкопроницаемых коллекторов, а также ново8 го направления - гидравлического разрыва в высокопроницаемых пластах, требует применения при закачках высоких концентраций проппанта, что возможно только с использованием таких высоковязких жидкостей, как сшитый полиса-харидный гель.

Однако реагенты для приготовления водных полисахаридных гелей достаточно дороги, поскольку для получения необходимых свойств, требуется добавление различных компонентов, число которых может быть значительным, как в технологиях Шлюмберже - 10 и выше. Использование ряда реагентов предусматривает особые требования к основе геля - воде по содержанию многовалентных катионов, в первую очередь железа. Кроме того, экспериментальные исследования показывают, что после ГРП с применением водного полиса-харидного геля на основе гуара и его производных, проницаемость коллектора восстанавливается не более, чем на 40 %. Снижению проницаемости и образованию большого осадка в трещине способствует повышенная фильтратоотдача жидкостей при пластовых температурах. Более высокая вязкость, получаемая за счет увеличения концентрации реагентов в составе геля, незначительно снижает фильтратоотдачу, но вызывает повышенное отложение осадков и высокие потери давления на трение при закачке геля.

Поэтому разработка новых составов высокоструктурированных полисахаридных водных гелей для ГРП, не ухудшающих коллекторские свойства пласта, получение которых возможно с использованием как пресной технической, так и минерализованной воды, отличающихся упрощенной технологией приготовления, является актуальной научной и практической задачей совершенствования технологии гидравлического разрыва пласта.

Применяющиеся в настоящее время углеводородные гели на основе дизельного топлива и товарной нефти также способны ухудшить коллекторские свойства пласта и увеличить обводненность продукции добывающих скважин.

Поэтому разработка новых составов высокоструктурированных углеводородных гелей, обладающих низкой фильтрацией, необходимой термостабильностью и эффективной деструкцией, не ухудшающих коллекторские свойства пласта, также является актуальной научной и практической задачей совершенствования технологии гидравлического разрыва пласта.

Нефтегазодобывающие предприятия избегают проводить ГРП в нефтегазоносных пластах с повышенной водонасыщенностью, т.к. проведение гидроразрыва может привести к значительному обводнению продукции скважин. Обводненность скважин может возрасти за счет прорыва образуемых в процессе ГРП трещин в близкорасположенные водонасыщенные пропластки.

Существуют технологии ограничения притока воды в процессе ГРП. Известные способы не достаточно эффективны, так при закачке в трещину цементного раствора происходит изоляция не только воды, но и нефти, к тому же в процессе закачки могут возникнуть трудности, связанные, например, с преждевременным схватыванием цементного раствора в скважине. Ограничение во-допритока путем многообъемной закачки водоизолирующих реагентов требует больших материальных и временных затрат.

Поэтому разработка технологии ГРП в сочетании с изоляцией водопри-токов (ИВП) на основе новых селективных водоизолирующих составов, является актуальной научной и практической задачей совершенствования технологии гидравлического разрыва пласта.

Цель работы. Диссертация посвящена исследованию влияния комплек-сообразующих добавок на физико-химические свойства гелеобразующих жидкостей на водной и углеводородной основах и разработке, на базе полученных закономерностей, высокоструктурированных гелеобразующих жидкостей разрыва для совершенствования процесса гидравлического разрыва пласта:

- получение высокоструктурированных гелей для ГРП на водной основе с использованием как пресной технической воды, так и подтоварной минерализованной воды, а также растворов солей, содержащих одновалентные катионы; отличающихся упрощенной технологией приготовления, обладающих необходимой термостабильностью в широком диапазоне температур (от 20 до 140°С), пескоудерживающей способностью, низкой фильтрацией, низкими потерями давления на трение, не вызывающих набухания глин, образования осадков и эмульсий, обладающих эффективной деструкцией, не ухудшающих коллектор-ские свойства пласта;

- получение высокоструктурированных гелей для ГРП на углеводородной основе с использованием дизельного топлива и товарной нефти, отличающихся упрощенной технологией приготовления, обладающих необходимой термостабильностью в широком диапазоне температур (от 20 до 140°С), песко-удерживающей способностью, низкой фильтрацией, низкими потерями давления на трение, обладающих эффективной деструкцией, не ухудшающих кол-лекторские свойства пласта.

Целью работы также являлось исследование водоизолирующих свойств углеводородного геля на основе алюминиевых солей органических ортофос-форных эфиров и разработка с его использованием технологии ГРП в сочетании с изоляцией водопритоков.

Основные задачи работы. В работе были поставлены и решались следующие основные задачи:

- анализ патентной и научно-технической литературы и выбор наиболее рациональных направлений в разработке составов высокоструктурированных гелеобразующих жидкостей на водной и углеводородной основах для гидравлического разрыва пласта;

- анализ патентной и научно-технической литературы и выбор наиболее рациональных направлений в разработке водоизолирующих составов и технологий для изоляции водопритоков, в том числе при проведении гидравлического разрыва пласта;

- изучение влияния на структуру сшитого бором полисахаридного геля комплексообразующих добавок и межмолекулярного взаимодействия полисахаридов различного строения, экспериментальные исследования с целью разработки составов и методик приготовления в промысловых условиях высокоструктурированных гелеобразующих жидкостей разрыва на водной основе, обладающих улучшенными физико-химическими характеристиками;

- изучение влияния на структуру углеводородного геля комплексообразующих добавок и экспериментальные исследования с целью разработки соста

11 bob и методик приготовления в промысловых условиях высокоструктурированных гелеобразующих жидкостей разрыва на углеводородной основе, обладающих улучшенными физико-химическими характеристиками;

- установление селективности по отношению к воде углеводородного геля на основе алюминиевых солей органических ортофосфорных эфиров и экспериментальные исследования с целью разработки составов и методик приготовления в промысловых условиях гелеобразующих жидкостей на углеводородной основе для селективной изоляции водопритоков;

- разработка технологии гидравлического разрыва пласта в сочетании с изоляцией водопритоков с применением разработанных составов гелеобразующих жидкостей на углеводородной основе для селективной изоляции водопритоков;

- проведение процессов ГРП с использованием разработанных высокоструктурированных гелеобразующих жидкостей разрыва на водной и углеводородной основах и методик их приготовления в промысловых условиях; анализ полученных результатов;

- испытания процессов ГРП с использованием разработанной технологии ГРП в сочетании с изоляцией водопритоков; анализ полученных результатов.

Научная новизна. Впервые теоретически обосновано и экспериментально доказано влияние комплексообразующих добавок, таких как ионы хрома, аминоспирты, моно-, ди-, и полигликоли, а также влияние межмолекулярного взаимодействия немодифицированных и модифицированных полисахаридов (гуаров) на структуру сшитого соединениями бора полисахаридного геля, и связанные с ней вязкость, термостабильность, пескоудерживающую способность и фильтратоотдачу.

Установлено, что введение в состав водного геля водорастворимых ами-носпиртов, позволяет получать высокоструктурированные гели при использовании не только пресной, но и минерализованной воды, содержащей как одновалентные, так и многовалентные катионы.

Показано, что структурированная жидкость разрыва на водной основе -сшитый бором полисахаридный водный гель, дополнительно содержащая комплексообразующие добавки ионов хрома, аминоспиртов и гликолей, а в качестве гелеобразователя смесь неимодифицированных и модифицированных полисахаридов (гуаров), для получения которой возможно использование как пресной, так и минерализованной воды, отличается упрощенной технологией приготовления, обладает необходимой термостабильностью в широком диапазоне температур (от 20 до 140°С), пескоудерживающей способностью, низкой фильтрацией, низкими потерями давления на трение, не вызывает набухания глин, образования осадков и эмульсий, обладает эффективной деструкцией, не ухудшает коллекторских свойств пласта.

Теоретически обосновано и экспериментально доказано влияние ком-плексообразующих добавок аминоспиртов на структуру углеводородных гелей на основе алюминиевых и железных солей органических ортофосфорных эфи-ров, а также связанные с ней вязкость, термостабильность, пескоудерживаю-щую способность и фильтратоотдачу.

Показано, что структурированная углеводородная композиция на основе алюминиевых солей органических ортофосфорных эфиров, дополнительно содержащая комплексообразующие добавки аминоспиртов, отличается от известных улучшенными структурно-реологическими и фильтрационными характеристиками при температурах до 140°С, обладает эффективной деструкцией, не ухудшает коллекторских свойств пласта.

Показано, что структурированная углеводородная композиция на основе железных солей органических ортофосфорных эфиров, дополнительно содержащая комплексообразующие добавки аминоспиртов, отличается от известных улучшенными структурно-реологическими и фильтрационными характеристиками при температурах 20-120°С, обладает эффективной деструкцией, не ухудшает коллекторских свойств пласта.

Доказана возможность применения углеводородного геля на основе алюминиевых солей органических ортофосфорных эфиров в качестве водоизоли-рующего состава.

Впервые предложена технология ГРП в сочетании с изоляцией водопри-токов с применением, в качестве жидкости разрыва и, одновременно, реагента

13 для селективной изоляции водопритоков, полученного структурированного углеводородного геля на основе алюминиевых солей органических ортофосфор-ных эфиров.

Практическое значение работы. Обобщены результаты ГРП с применением в качестве жидкостей разрыва водных и углеводородных гелей.

Разработаны методики приготовления в промысловых условиях высокоструктурированного полисахаридного водного геля, которые внедрены в технологиях ГРП, проводимых сервисными предприятиями: ОАО "Пурнефтеотдача", Сургутское УПНП и КРС, ЗАО "СП "МеКаМинефть"", ООО "Катобь-нефть", Лениногорское УПНП и КРС, ООО "Приток", "ПНП-Сервис", ОАО "КНГ-Ремонт", ОАО "СММ" на месторождениях Западной Сибири, Татарстана, Пермской области, Оренбургской области, Коми, Краснодарского края, Сахалина, Республики Беларусь и Республики Казахстан.

Разработана технология получения алкилфосфорных эфиров непрерывным способом на установке идеального смешения и вытеснения.

Разработана методика приготовления в промысловых условиях структурированной углеводородной гелеобразной композиции на основе алюминиевых солей органических ортофосфорных эфиров, которая внедрена в технологиях ГРП, проводимых на месторождениях ОАО "Юганскнефтегаз", ОАО "Пурнеф-тегаз", ОАО "Сургутнефтегаз", ОАО "Ноябрьскнефтегаз", ОАО "Оренбург-нефть", а также в технологии ГРП, проводимой сервисным предприятием ОАО "Пурнефтеотдача" в высокотемпературных скважинах на месторождениях ОАО "НК "Роснефть-Ставропольнефтегаз"".

Разработана методика приготовления в промысловых условиях структурированной углеводородной гелеобразной композиции на основе железных солей органических ортофосфорных эфиров, которая внедрена в технологиях ГРП, проводимых сервисными предприятиями: ОАО "Пурнефтеотдача", Лениногорское УПНП и КРС, "ПНП-Сервис", ОАО "СММ" на месторождениях Западной Сибири, Татарстана, Коми и Республики Казахстан.

Разработана технология ГРП в сочетании с изоляцией водопритоков с применением, в качестве реагента для селективной изоляции водопритоков, полученной структурированной гелеобразной композиции на основе алюминиевых солей органических ортофосфорных эфиров, которая внедрена в ОАО "СММ" при проведении ГРП в высокообводненных скважинах месторождения Каламкас (Республика Казахстан).

Сформулированы требования и составлены технические условия (ТУ) на выпуск отечественных комплексов реагентов для приготовления полисахарид-ных и углеводородных гелей для ГРП.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на:

- семинаре "Развитие работ в области гидроразрыва пласта, обмен передовым опытом и знакомство с новыми технологиями" (ГП "Роснефть", г. Москва, ВВЦ, 13-16 декабря 1993 г.);

- научно-техническом совещании "Повышение эффективности разработки месторождений" (ОАО "Сиданко", г. Радужный, 23-27 марта 1998 г.);

- научно-технической конференции по проблемам применения ГРП в России (ОАО "НТК РМНТК "Нефтеотдача"", г. Москва, 17 декабря 1998 г.);

- технология ГРП с применением геля на водной основе экспонировалась на 7 международной выставке оборудования для нефтяной и газовой промышленности (Москва, "ЭКСПОЦЕНТР", 22-26 июня, 1998 г.);

- на Всероссийской научно-практической конференции к 75-летию кафедры органической химии и химии нефти РГУ нефти и газа им. И.М.Губкина "Разработка, производство и применение химических реагентов для нефтяной и газовой промышленности" (Москва, РГУ нефти и газа им. И.М.Губкина 20-21 июня 2002 г);

- на 5-й научно-технической конференции "Актуальные проблемы состояния и развития нефтегазового комплекса России" (Москва, РГУ нефти и газа им. И.М.Губкина 23-24 января 2003 г.);

- на техническом совещании в ОАО "МангистауМунайГаз" и в ПУ "Ка-ламкасМунайГаз" "Технология проведения гидравлического разрыва пласта с изоляцией водопритока" (г.Актау, г.Каламкас Республика Казахстан 01-02 апреля 2004 г);

- на совещании главных специалистов ОАО "НК "Роснефть" (ОАО "НК "Роснефть-Ставропольнефтегаз""), г. Нефтекумск 28-30 сентября 2004 г);

- на техническом совещании в РУП "ПО "Белоруснефть"" и "БелНИПИ-нефть" "Новые реагенты для ГРП и технологии их применения" (г.Гомель Республика Беларусь, 11 ноября 2004 г.);

- на II -ой Всероссийской научно-практической конференции "Разработка, производство и применение химических реагентов для нефтяной и газовой промышленности" (Москва, РГУ нефти и газа им. И.М.Губкина 25-26 ноября 2004 г);

- на 7-й научно-технической конференции "Актуальные проблемы состояния и развития нефтегазового комплекса России"(Москва, РГУ нефти и газа им. И.М.Губкина 25-26 января 2005 г.);

- на 6-м интернациональном форуме Фрактеха "Новые реагенты для ГРП и технологии их применения. ГРП с изоляцией водопритоков" (Москва, 20-21 сентября 2005 г.);

- на техническом совещании в ОАО "Оренбургнефть" "Новые реагенты для ГРП и технологии их применения" (г.Бузулук, 14 октября 2005 г.);

- на 7-м интернациональном форуме Фрактеха интенсификации скважин "Технологические жидкости для направленных кислотных обработок карбонатного коллектора" (Москва, 12-13 сентября 2006 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано: 14 статей в научно-технических журналах и сборниках трудов, 18 тезисов докладов, 3 руководящих документа (РД), 20 патентных документов.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, основных результатов и выводов, библиографического списка из 342 источников и 5 приложений. Общий объем работы 375 страниц, в том числе 36 таблиц и 45 рисунков.