способ изоляции водоносных пластов

Формула изобретения

1. СПОСОБ ИЗОЛЯЦИИ ВОДОНОСНЫХ ПЛАСТОВ, включающий закачку в водоносный пласт рабочего агента и продавочной жидкости, отличающийся тем, что перед закачкой рабочего агента в пласт закачивают буферную жидкость, а в качестве рабочего агента используют смесь водного раствора фосфата с концентрацией полного насыщения и водного раствора силиката натрия с концентрацией 35 45% при их соотношении 1:0,2-1.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в водоносный пласт с мелкими порами и трещинами водный раствор фосфатов закачивают с 8 9%-ной концентрацией полиакриламидов в количестве 0,1 0,5% от объема рабочей смеси.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к бурению скважины и добыче нефти, а именно к способу изоляции каналов водоносных пластов с минерализованными пластовыми водами.

Известны различные способы изоляции каналов водоносных пластов, включающие последовательную закачку буферной жидкости, рабочей смеси, продавочной жидкости. Если пластовые воды содержат соли двух или поливалентных металлов или сероводород, то в качестве рабочей смеси рекомендуется использовать товарный водорастворимый силикат (3-5% концентрации) и в качестве буферной жидкости водный раствор карбоната натрия с концентрацией N₂CO₃ 12 мас. [1, 2]

Известен способ изоляции каналов путем применения водного раствора силиката натрия с добавлением крахмала, гипана и т.д. [2] Однако применение сульфата алюминия или жидкого стекла в отдельности как рабочей смеси недостаточно эффективно, так как объем осадка после перемешивания с пластовой жидкостью не превышает 20-50% от объема перемешиваемых водных растворов, что не позволяет изолировать приток пластовой воды в скважину на длительный период.

Известен способ изоляции пласта [3] включающий закачку в проницаемый пласт хлорного железа или хлорного кальция, а затем изолирующего вещества гипана. Недостаток этого способа заключается в том, что прочный экран приствольной части ствола скважины образуется по всей толщине нефтяного пласта, т. е. теряется возможность селективной изоляции только водоносной части нефтяного пласта.

Совместное применение сульфата алюминия и жидкого стекла как рабочей смеси также технологически исключается, так как при этом образуется за очень короткое время плотный малоподвижный осадок.

Целью изобретения является повышение эффективности изоляционных работ путем применения реагентов, образующих непроницаемый экран за счет реакции рабочей смеси с растворенными в пластовой воде минеральными солями.

Цель достигается тем, что в известном способе изоляции водоносных пластов, заключающемся в последовательной закачке буферной жидкости, рабочего агента и продавочной жидкости, в качестве рабочего агента закачивают водный раствор фосфатов с концентрацией полного насыщения и водный раствор силиката натрия 35-45% А в водоносный пласт, представленный мелкими порами и трещинами, закачивают водный раствор фосфатов с добавками 8-9% концентрации полиакриламида 0,1-0,5% от объема рабочей смеси.

Результаты лабораторных исследований приведены в табл.1.

Как видно из табл.1, наиболее рациональным является рабочий агент, содержащий водный раствор фосфатов и жидкого стекла в соотношении 1-0,2-1.

Рабочий агент приготавливается в следующей последовательности: на 1 м³ водного раствора гексаметафосфата натрия (NaPO₃)₆ ГОСТ 20291-74 удельным весом 1,15 г/см³ добавляется жидкое стекло с концентрацией 35-45% ГОСТ 13078-67 с удельным весом 1,35-1,45 г/см³ от 0,2 до 1 м³ (в зависимости от содержания ионов кальция, магния и др. поливалентных металлов в пластовой воде).

Или на 1 м³ водного раствора триполифосфата натрия (Na₅P₃O₁₀) ГОСТ 13493-77 удельным весом 1,15 г/см³ добавляется жидкое стекло с концентрацией 35-45% ГОСТ 13078-67 с удельным весом 1,35-1,45 г/см³ от 0,2 до 1 м³ (в зависимости от содержания ионов кальция, магния и др. поливалентных металлов в пластовой воде).

Или на 1 м³ водного раствора тpиполифосфата натрия (Na₅P₃O₁₀) ГОСТ 13493-77 удельным весом 1,15 г/см³ добавляется жидкое стекло с концентрацией 35-45% ГОСТ 13078-67 от 0,2 до 1 м³.

Применение исходных растворов малой плотности, менее: триполифосфата натрия 1,15 г/см³, тринатрийфосфата 1,12 г/см³, гексаметафосфата 1,15 г/см³ и жидкого стекла 1,3 г/см³ нежелательно, поскольку привело бы к уменьшению прочности и увеличению подвижности образующейся смеси после перемешивания с пластовой жидкостью.

При смешивании водных растворов фосфатов с жидким стеклом не образуется осадка, что является технологичным для доставки и закачки рабочего агента в каналы водоносного пласта.

В состав рабочего агента кроме водных растворов фосфатов и жидкого стекла при необходимости вводится полиакриламид (ПАА) 0,1-0,5% от объема рабочего агента для замедления реакции и глубокого проникновения рабочего агента в каналы водоносного пласта.

Лабораторными исследованиями установлено, что при смешивании водного раствора рабочего агента с пластовой водой в соотношении 1:1 образуется осадок в объеме 100% от объема смешиваемых растворов. Образующийся осадок практически не растворяется в пластовой воде. В результате достигается надежная и длительная изоляция каналов водоносного пласта.

При отсутствии достаточного количества минеральных солей в пластовой воде для образования твердого осадка в каналах водоносного пласта перед закачкой рабочего агента, разделенной буферной жидкостью, закачиваются одно или многоэлементные, с концентрацией полного насыщения, водные растворы солей поливалентных металлов (CaCl, MgCl, BaCl₂, ZnCl₂, CuSO₄, FeCl₂ и др.).

Способ осуществляют следующим образом.

После вскрытия водоносного пласта (частично или на полную толщину в зависимости от интенсивности проявления) в скважину спускают гидромеханический пакер и устанавливают над кровлей водоносного пласта. В мерниках одного из цементировочных агрегатов готовят один из водных растворов фосфата с концентрацией до полного насыщения:

Na₃PO12H₂O тринатрийфосфата натрия, ГОСТ 201-76

Na₂HPO₄ динатрийфосфата водного, ГОСТ 451-41

(NaPO₃)₆ гексаметафосфата, ГОСТ 20291-74

Na₅P₃O₁₀ триполифосфата натрия, ГОСТ 13493-77

Содержание PO₄^3- применяемых технических фосфатов, мас. (ориентировочно): Тринатрийфосфат 25 Динатрийфосфат 26,5 Мононатрийфосфат 61 Триполифосфат 77,5 Гексаметафосфат 93

Доза фосфатов (А) для обработки 1 м³ пластовой воды приближенно можно определить по формуле

А= ViK100/C (кг) где V объем обрабатываемой пластовой воды;

i= 150 кг/м³ требуемое количество ионов фосфатаPO₄^3- с учетом избытка (5-10 м³/л) для обработки пластовых вод;

К доля участия водного раствора фосфатов в рабочей смеси,

С содержание PO₄^3- в применяемых технических фосфатах, мас.

Объем нерастворимого твердого осадка, необходимого для заполнения пор каналов водоносного пласта, можно определить по формуле

V_осад= (r²_пm-r²_c)h где r_n глубина проникновения рабочего агента;

r_с радиус скважины;

m пористость водоносного пласта;

h толщина водоносного пласта;

- коэффициент, учитывающий точность определения параметров пласта.

Перепад давления Р₃-Р_пл на водоносный пласт, которое может выдержать экран в процессе проводки скважины или при добыче нефти, определяется по формуле

P₃-P_пл= где =2-4 коэффициент, учитывающий цикличность и продолжительность применения дифференциального давления Р₃-Р_пл;

= 0,5 коэффициент, учитывающий форму нерастворимого осадка и структуру порового канала;

- предельное напряжение сдвига нерастворимого осадка;

К проницаемость водоносного пласта.

В водный раствор фосфата добавляют расчетное количество раствора силиката натрия с концентрацией 35-45%

Затем в полость бурильных труб сначала закачивают буферную жидкость в объеме 0,5-1 м³ вязкой нефти или пресной воды. Потом закачивают водный раствор рабочего агента из условия создания водонепроницаемого экрана с расчетным радиусом, чтобы водоносный пласт выдержал перепад давления, имеющий место в процессе бурения скважины или в процессе добычи нефти.

После закачки рабочего агента в полость бурильных труб требуемого объема закачивают продавочную жидкость из расчета вытеснения рабочего агента до кровли водоносного пласта.

В табл.2 приведены расчетные данные по реализации предлагаемого способа при закачке растворов в изолируемый пласт.

В присутствии фосфатов и силиката натрия создаются условия, при которых кальций, магний и другие поливалентные металлы образуют твердую фазу в контакте с пластовыми водами. Эти соединения имеют прочные коагуляционные структуры, способные образовать кольматацию пор и микротрещин водоносного пласта.

По мере проникновения рабочего агента в каналы водоносного пласта давление продавки постепенно повышается от первоначального значения. Перепад давления к концу продавки рабочего агента в пласт должен составлять не менее требуемого значения, которое возникает в процессе проводки скважины или добычи нефти, но должно быть меньше давления гидроразрыва пласта.

После окончания продавки скважина под давлением продавки оставляется в покое на 5-6 ч для укрепления прочности коагуляционных структур и вновь образованных нерастворимых осадков.

Нерастворимые осадки, полученные при смешивании рабочей смеси с пластовой жидкостью, по предлагаемому способу, отличаются более высокими объемами образующегося осадка и высокими прочностными характеристиками по сравнению с известными.

Как следует из приведенных данных, использование предлагаемого способа позволит более эффективно и продолжительно изолировать каналы водоносного пласта, создавая водонепроницаемый экран требуемой прочности, который сможет выдержать перепад давления на водоносный пласт в процессе проводки скважины или добыче нефти по сравнению с прототипом.