Совершенствование технологий кислотных обработок скважин в сложнопостроенных карбонатных коллекторах тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 25.00.17, кандидат технических наук Андреев, Антон Вадимович

• Андреев, Антон Вадимович
• кандидат технических наук
• 2009

Оглавление диссертации кандидат технических наук Андреев, Антон Вадимович

СОДЕРЖАНИЕ.

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ.

ВВЕДЕНИЕ.

1 АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЙ И ПАТЕНТНОЙ ЛИТЕРАТУРЫ ПО ТЕХНОЛОГИЯМ КИСЛОТНЫХ ОБРАБОТОК СКВАЖИН.

1.1 Химические основы соляно-кислотных обработок карбонатных коллекторов.

1.2 Факторы, снижающие эффективность СКО карбонатных коллекторов.

1.3 Формирование системы промоин как процесс, определяющий эффективность СКО в карбонатных коллекторах.

1.4 Определение комплексного параметра, определяющего эффективность СКО в карбонатных коллекторах.

1.5 Обзор методов, направленных на повышение эффективности традиционных СКО в карбонатных коллекторах.

1.5.1 Повышение эффективности СКО путём максимально возможного темпа подачи рабочего агента к ПЗП.

1.5.2 Повышение эффективности СКО с использованием химических реагентов различного состава, направленных на замедление и отклонение фронта.

Выводы.

2 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ КИСЛОТНЫХ ОБРАБОТОК СКВАЖИН С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ НОВЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ СОСТАВОВ.

2.1 Исследование кинетической характеристики процесса растворения карбонатной породы кислотными растворами.

2.2 Физико-химические аспекты взаимодействия полигликолей с пластовой системой.

2.3 Исследование свойств композиций на основе полигликолей и определение границ их эффективного применения.

Выводы.

3 ДИЗАЙН КИСЛОТНЫХ ОБРАБОТОК СКВАЖИН С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЗАМЕДЛИТЕЛЕЙ.

3.1 Анализ основных показателей процесса взаимодействия реагента с породой.

3.1.1 Использование замедлителей реакции соляной кислоты.

3.1.2 Исследование состава образцов карбонатной породы.

3.1.3 Экспериментальное определение факторов, влияющих на скорость реакции породы с соляной кислотой.

3.1.4 Влияние замедлителя ЗСК на скорость реакции образцов с 12%-ной соляной кислотой.

3.2 Моделирование процесса солянокислотных обработок.

3.2.1 Построение математической модели.

3.2.2 Анализ возможностей по улучшению технологии СКО в нагнетательных скважинах.

3.2.3 Анализ возможностей по улучшению технологии СКО в добывающих скважинах.

3.2.4 Оценка эффекта от предлагаемого комплекса мероприятий.

Выводы.

4 ОПЫТНО-ПРОМЫШЛЕННЫЕ ИСПЫТАНИЯ НОВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ КИСЛОТНЫХ ОБРАБОТОК КАРБОНАТНЫХ КОЛЛЕКТОРОВ.

4.1 Анализ эффективности опытно-промышленных работ по стимуляции работы скважин на Дачном нефтяном месторождении.

4.1.1 Краткая геолого-промысловая характеристика Дачного нефтяного месторождения.

4.1.2 Результаты опытно-промышленных работ по испытанию кислотных растворов избирательного действия для интенсификации добычи нефти из карбонатных коллекторов Дачного месторождения.

4.2 Анализ эффективности опытно-промышленных работ по стимуляции работы газовых скважин на Астраханском газоконденсатном месторождении (АГКМ).

4.2.1 Краткая геолого-промысловая характеристика АГКМ.

4.2.2 Основные виды выполняемых работ по интенсификации добычи газа на скважинах АГКМ и их эффективность.

4.2.3 Результаты внедрения кислотных растворов избирательного действия на скважинах АГКМ.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Совершенствование технологий кислотных обработок скважин в сложнопостроенных карбонатных коллекторах»

По данным исследований информационного агентства энергетики США от 7 апреля 2009 года [1], последний раз нефть занимала первое место среди источников энергии в 1973 году, что соответствовало 47% от общего объёма энергоресурсов. К 2005 году доля нефти в этом объёме значительно снизилась и составила 34%, в то время как объёмы потребление энергии в целом за последние 32 года увеличились в 2 раза. В то же время, доля угля в объёме мировых энергоресурсов, относительно постоянна и составляет примерно 25%, тогда как доля альтернативных источников энергии (водород, гидроэнергетические и геотермальные источники) за последние три десятка лет выросла в 2 раза (14%). Природный газ и сжиженный природный газ (СПГ) укрепили своё положение, разделив второе место с углём - их доля на рынке выросла с 20 до 25%.

Несмотря на то, что на рынке энергоресурсов наметилась тенденция на снижение доли нефти, этот жидкий углеводород остаётся высоко востребованным на рынке нефтепродуктов. Природный газ же и его различные производные, в обозримом будущем, примет пальму первенства. Необходимо также отметить, что ископаемые углеводороды (нефть и газ) на сегодняшний день занимают доминирующую позицию на рынке энергоресурсов (60%).

Более 60% извлекаемых запасов нефти и 40% запасов природного газа сосредоточены в залежах, приуроченных к карбонатным коллекторам. В Ближневосточном регионе, обладающем 62% и 40% доказанных мировых запасов нефти и газа соответственно, 70% нефти и 90% газа находится в карбонатных коллекторах [2]. В Республике Башкортостан и на юге Пермского края 600 объектов находится в разработке, из них более 50% относится к карбонатным коллекторам палеозоя [3].

Разработка месторождений, приуроченных к карбонатным коллекторам, характеризуется низкими темпами отбора, невысокими значениями коэффициента извлечения нефти (КИН). Средний по отрасли КИН равен 35%, в то время как в карбонатных коллекторах этот параметр примерно на 10 пунктов ниже. Большая доля карбонатных коллекторов в объёме запасов нефти и газа и их относительно низкая выработка, делает эту группу коллекторов особенно перспективной с точки зрения применения новых технологий интенсификации добычи.

Существует большое количество методов воздействия на призабойную зону скважин в карбонатных коллекторах. Наибольшее распространение на промыслах получили солянокислотные (НС1) технологии и их модификации. Последние играют огромную роль в интенсификации добычи нефти. Объемы их использования настолько велики, что по суммарному эффекту дополнительно добытой нефти из залежи их приравнивают к методам повышения нефтеотдачи пластов

Эффективность солянокислотных обработок (СКО) зависит в первую очередь от глубины проникновения кислоты в пласт и от полноты растворения в кислотном растворе коллектора. В процессе обработки призабойной зоны пласта чистой соляной кислотой максимальное ее воздействие на породу происходит в прискважииной зоне. В удаленной же зоне пласта реакция кислоты с породой идет менее интенсивно ввиду потери части ее активности. В результате этого прискважинная зона будет обрабатываться более интенсивно с формированием максимального числа каналов растворения (в тех. литературе - «промоины, червоточины») в ущерб интенсивности формирования последних в удаленной зоне пласта. Поэтому эффективность СКО быстро снижается с ростом повторных обработок, проведённых на одной скважине. Отсюда очевидна необходимость торможения химического взаимодействия между кислотой и породой.

Для этого на практике широко применяются так называемые «замедлители» и «отклонители» соляной кислоты. Актуальность разработки таких технологий особенно возрастает в сложнопостроенных карбонатных коллекторах.

Цель работы - повышение продуктивности скважин в сложнопостроенных карбонатных коллекторах нефти применением композиций на базе кислот и полигликолей.

Основные задачи исследований:

1. На основе анализа научно-технической и патентной литературы выявить основные тенденции повышения эффективности СКО с использованием химических реагентов различного состава, замедляющих и отклоняющих фронт реакции.

2. Провести экспериментальное исследование новых композиционных составов, повышающих эффективность кислотных обработок скважин в карбонатных коллекторах.

3. Разработать методы дизайна кислотных обработок скважин с использованием замедлителей и отклонителей.

4. Создать технологии интенсификации добычи нефти и газа на основе новых композиционных составов для условий сложнопостроенных карбонатных коллекторов.

5. Выполнить геолого-промысловый анализ ОПР по испытанию разработанной технологии в различных геолого-физических условиях.

Методы исследования

Решение поставленных задач основано на комплексном подходе с использованием современных физико-химического и математического моделирования, а также геолого-промыслового анализа и данных гидродинамических исследований скважин.

Научная новизна выполненной работы

1. Обобщены и систематизированы с учетом современных представлений данные о технологиях и композиционных составах для кислотной обработки призабойных зон скважин в карбонатных коллекторах.

2. Выявлен механизм действия замедляющих добавок на основе полигликолей и экспериментально обоснованы новые композиционные составы для СКО.

3. На основе математического моделирования и лабораторных исследований установлено влияние основных технологических параметров процесса (концентрация кислоты и замедлителя, объем и скорость закачки рабочего раствора) на его эффективность.

4. Предложен новый композиционный состав и на его основе технологии СКО для сложнопостроенных карбонатных коллекторов нефтяных и газовых месторождений Волго-Уральской и Прикаспийской нефтегазоносных провинций.

5. В результате выполненного геолого-промыслового анализа данных гидродинамических исследований скважин оценена эффективность предложенных методов воздействия на призабойную зону скважин.

Основные защищаемые положения

1. Результаты исследования влияния полиглиноколей на микрореологические (в масштабе пор) свойства нефти.

2. Методы дизайна кислотных обработок скважин с использованием замедлителей и отклонителей.

3. Технология интенсификации добычи нефти и газа на основе нового композиционного состава для условий сложнопостроенных карбонатных коллекторов.

Практическая ценность результатов работы

Результаты теоретических и лабораторных исследований, разработанные методические подходы, математические модели, новые составы и технологии прошли апробацию на Ново-Елховском, Дачном и Астраханском газоконденсатном месторождениях. Внедрение разработанного комплекса рекомендаций и технологий позволило получить дополнительно в среднем 410 т.нефти, 2,1 тыс.т. конденсата, и 5,87 млн.мЗ газа на одну скважину- операцию.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на: П-ой Международной Научно-Практической Конференции «Ашировские чтения», Самара-2004; Международной Молодёжной Научной Конференции «Севергеоэкотех-2004», Ухта-2004; ХХШ-ей Научно-Практической Конференции молодых учёных и специалистов «Проблемы развития газовой промышленности Западной Сибири», Тюмень - 2004; Всероссийской научно-практической конференции «Уралэкология. Природные ресурсы - 2005», Москва-2005; Х1Х-0Й Международной научно-технической конференции «Реактив-2006», Уфа-2006, I Всероссийской научно-технической конференции «Альтернативные источники химического сырья и топлива», Уфа-2008.

Публикации результатов и личный вклад автора

Основные результаты диссертационной работы опубликованы в 13 научных работах, в т.ч. 2 - в ведущих рецензируемых журналах, рекомендованных ВАК Министерства образования и науки РФ.

Структура и объём работы

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, основных выводов и рекомендаций, списка литературы из 48 наименований. Работа изложена на 127 страницах, содержит 6 таблиц, 32 рисунка.

Заключение диссертации по теме «Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений», Андреев, Антон Вадимович

Основные результаты диссертационной работы

1. На основе проведенного системного анализа разработана подробная классификация методов СКО карбонатных коллекторов с использованием отклонителей и замедлителей, определены границы их эффективного применения, оценены геолого-технологические ограничения использования каждого метода.

2. В результате лабораторного исследования кинетики растворения карбонатных коллекторов раствором соляной кислоты с замедлителями разработан солянокислотный раствор избирательного действия на основе 2022% соляной кислоты, полигликолей и алюмохлорида, ускоряющий растворение породы в нефтенасыщенной части пласта и одновременно снижающий скорость растворения промытой (водонасыщенной) ее части при проведении СКО.

3. Установлено, что эффективность потокоотклоняющего действия полигликолей зависит от проницаемости пористой среды: в порах диаметром до 2 мкм они инициируют формирование твердообразной структуры с пределом прочности, соизмеримым с уровнем градиентов давления в призабойной зоне и обеспечивающим кольматацию пор данного масштаба. В более крупных поровых каналах структурирование пластовых флюидов приводит к снижению эффективного сечения капилляров. Эффективная концентрация реагентов определяется размерами поровых каналов: в порах диаметром до 1 мкм - 1-3 %, 2 мкм - 3-6 %, 5 мкм - более 6%.

4. Проведенным математическим моделированием процесса СКО с замедлителями и отклонителями определен диапазон значений числа Дамкеллера (0,1-1,0), соответствующий наиболее эффективному воздействию на призабойную зону скважины, а также показано, что объем оторочки солянокислотного раствора рекомендуется выбирать при значении производной прироста кратности дебита по объему оторочки равной 0,001м"3.

5. На основе анализа опытно-промышленных работ по испытанию технологий интенсификации добычи нефти и газа на месторождениях Урало-Поволжья и Прикаспия показано, что предложенный солянокислотный состав избирательного действия позволяет получить дополнительно 410т нефти, 2,1 тыс.т конденсата и 5,87 млн.м газа на 1 скважино-обработку.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Андреев, Антон Вадимович, 2009 год

1. US DOE Energy Information Agency Report, «World Primary Energy by Source, 1970-2005»2. "Schlumberger Market Analysis", Schlumberger, 2007 (www.slb.com)

2. Варламов Д.И. Оперативное регулирование разработки залежей нефти методами нейросетевого моделирования: Автореферат диссертации на соискание учёной степени канд. техн. наук. Уфа, 2008. 24 с.

3. Гафаров А.Ш. Повышением продуктивности добывающих скважин с применением кислотообразующей гидрофобной эмульсии: Автореферат диссертации на соискание учёной степени канд. техн. наук. Уфа, 2009. 25 с.

4. Андреев, A.B. Совершенствование технологии солянокислотного воздействия на пласт на Дачном месторождении / A.B. Андреев // Матер. Международной молодёжной научной конференции «Севергеоэкотех-2004»:-Ухта: Изд-во УхГТУ, 2004. С.253-255.

5. Stimulation Field Guidelines, Part I: Matrix Treatments, Shell Exploration & Production, 2003-5188 ECCN Number: EAR99, July 2003

6. Frank F. Chang, Xiangdong Qiu, Hisham A. Nasr-El-Din.: "Chemical Diversion Techniques Used for Carbonate Matrix Acidizing: An Overview and Case Histories", SPE 106444, 2007

7. Mirza A., Turton S.: "Selective Stimulation of Varying Characteristic Carbonate Reservoir Using Acid Activated Gel Diverter", SPE 29824, presented at the 1995 SPE Middle East Oil Show held in Bahrain, 11-14 March

8. Larry E., Dwyann D., Reddy B.R.: "Development of Associative Polymer Technology for Acid Diversion in Sandstone and Carbonate Lithology", SPE 89413 presented at the 2004 SPE/DOE 14th Symposium on IOR in Tulsa, Oklahoma, 17-2 April

9. Glasbergen G., Todd В., Van Domelen M., Glover M.: "Design and Field Testing of a Truly Novel Diverting Agent", SPE 102606, SPE Annual Technical Conference and Exhibition, San Antonio, Texas, 24-27 September

10. Мандель, А.Я. Совершенствование профилактики осложнений при бурении скважин на шельфе: Автореферат диссертации на соискание учёной степени канд. техн. наук. Уфа, 2002. - 24 с.

11. Кондрашев, О.Ф. Модификация структурно-механических свойств полимеров в пористой среде / О.Ф. Кондратов, А.У. Шарипов. -Москва: Геоинформак, 2000.- 56 с.

12. Бернардинер, Н.Г. Гидродинамическая теория фильтрации аномальной жидкости / Н.Г. Бернардинер, В.М. Ентов. Москва: Недра, 1975. - 200 с.

13. Липатов, Ю.С. Коллоидная химия полимеров / Ю.С. Липатов. -Киев: «Наукова Думка», 1984.- 340 с.

14. Бартенев, Г.М. Физико-химическая механика дисперсных структур / Г.М. Бартенев, Н.В. Ермилова. Москва: Наука, 1966. - 371 с.

15. Андресон, Б.А. Буровые растворы на полигликолевой основе для бурения и заканчивания скважин / Б.А. Андерсон, P.M. Гилязов. Уфа: Изд-воУГНТУ, 2001.-88 с.

16. Клименко, H.А. Адсорбция неионогенных ПАВ из водных растворов на пористых метакрилатных адсорбентах / Н.А. Клименко, И.И. Гридил // НТЖ «Коллоидный Журнал». 1991. - Т.53, вып. 4. - С. 748-752.

17. Плетнев, М.Ю. О природе взаимодействия в растворе смесей неионогенных и анионных ПАВ / М.Ю. Плетнёв // НТЖ «Коллоидный Журнал». 1987. -T.XLIX, вып. 1. - С. 4-187.

18. Урьев, Н.Б. Высококонцентрированные дисперсные системы / Н.Б. Урьев. Москва: Химия, 1980. - 320 с.

19. Уилкинсон, У.Л. Неньютоновские жидкости / У.Л. Уилкинсон. -Москва: Изд-во «Мир», 1964. 215 с.

20. Девликамов, В.В. Аномальные нефти. В.В. Девликамов, З.А. Хабибуллин, М.М. Кабиров. Москва: Недра, 1975. - 168 с.

21. НИИ Нефтеотдача. Состав реагента ЗСК. Патент РФ 2184224.

22. Guzeev, V.V. Application of a Simulation Technique for Prediction and Optimization of Gel Treatments. Progress in Mining and Oilfield Chemistry / V.V. Guzeev, O.N.Pichugin, N.I.Myasnikova. v.5, 2004, p.233-240

23. Алтунина, JI.K. Нефтеорганические гели для увеличения нефтеотдачи неоднородных пластов с высокой температурой / Л.К. Алтунина, В.А. Кувшинов // НТЖ «Нефтяное хозяйство». 1995. - №4. - с. 10.

24. НИИ Нефтеотдача. Состав реагента КАРФАС. Патент РФ 2143551.

25. Баренблатт, Г.И. Движение жидкостей и газов в природных пластах / Г.И. Баренблатт, В.М. Ентов, В.М. Рыжик. Москва: Недра, 1978. -282 с.

26. Федоров, K.M. Математическое моделирование процесса обработки нагнетательных скважин гелеобразующим составом «ГАЛКА» / К.М.Фёдоров // Конференция «Модели технического обслуживания и ремонта нефтепромысловых систем»: тр. Тюмень, 2000. - С. 188-195.

27. Бернардинер, Н.Г. Гидродинамическая теория фильтрации аномальной жидкости / Н.Г. Бернардинер, В.М. Ентов. Москва: Недра, 1975. - 200 с.

28. Федоров, K.M. Аналитические исследования процесса гелеобразования в призабойной зоне скважин / K.M. Фёдоров // Известия РАН, сер. МЖГ, №4, 1997, С. 89-96.

29. Отчет компании «Шлюмберже». КОА Review. Astana, Kazakhstan, December 2006.

30. Ибрагимов, Г.З. Справочное пособие по применению химических реагентов в добыче нефти / Г.З. Ибрагимов, Н.И. Хисамутдинов. Москва: Недра, 1983. - 312 с.

31. Шпуров, И.В. Методика построения петрофизических моделей для юрских отложений на примере Хохряковского месторождения / И.В. Шпуров, A.C. Тимчук, В.В. Хабаров // НТЖ «Нефтяное хозяйство». 2007 -Т1-С. 29-33.

32. Андреев, В.Е. Математическое моделирование процесса подземного выщелачивания карбонатных пород / В.Е. Андреев, В.В. Баширов, Н.Ш. Хайретдинов // Материалы симпозиума «Бурение геотехнологических скважин», Москва: ГИГХС, 1984. С. 42-47.