способ разработки неоднородного нефтяного пласта

Формула изобретения

1. Способ разработки неоднородного нефтяного пласта, включающий закачку в пласт водного раствора полимера и соли поливалентного катиона с применением дисперсии гель-частиц, отличающийся тем, что дисперсию гель-частиц в водном растворе полимера закачивают в виде первой оторочки, а в виде второй оторочки закачивают водный раствор полимера и соли поливалентного катиона.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что дополнительно осуществляют форсированный отбор жидкости.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к разработке нефтяных месторождений, и может быть использовано для увеличения нефтеотдачи и снижения обводненности продукции скважин, эксплуатирующих проницаемостно неоднородный пласт, имеющий в своем разрезе суперколлекторы или трещины.

Известны различные составы и технологии обработки пласта вязкоупругими композициями на основе анионных полимеров и солей поливалентных металлов /1, 2/; полимердисперсными системами, содержащими, например, полиакриламид (ПАА) и бентонитовую глину /3/ или биополимер с крахмалом /4/.

Их недостатком является низкая эффективность снижения проницаемости трещин и суперколлекторов.

Известен способ обработки неоднородного пласта составом из смеси водного раствора анионного полимера и соли поливалентного катиона, дополнительно содержащим дисперсию гель-частиц, набухающих в 100-5000 раз, но не растворимых в воде /5 - прототип/.

Недостатком известного способа является низкая селективность воздействия на неоднородный пласт, имеющий в своем разрезе суперколлекторы или трещины, и невозможность форсированного отбора жидкости из добывающих скважин после обработки нагнетательных скважин.

Низкая селективность известного способа обусловлена тем, что все компоненты состава закачиваются в пласт одновременно; таким образом, дисперсия набухших гель-частиц в сшитом поливалентным катионом анионном полимере, попадая в средне- и низкопроницаемые интервалы пласта, приводит к практически полному затуханию фильтрации, что делает невозможной закачку больших объемов состава (1500-3000 м³) и исключает возможность эффективного применения последующего форсированного отбора жидкости из-за уплотнения при фильтрации гель-частиц в среде сшитого полимерного состава.

Решаемая предлагаемым изобретением задача и ожидаемый технический результат заключаются в повышении эффективности способа разработки неоднородного пласта, содержащего в своем разрезе суперколлекторы или трещины, за счет повышения селективности воздействия со снижением проницаемости суперколлекторов и трещин при сохранении проницаемости средне- и низкопроницаемых интервалов пласта. Соответственно, обеспечивается возможность форсированного отбора жидкости из добывающих скважин после обработки нагнетательных скважин.

Поставленная задача решается тем, что в способе разработки неоднородного нефтяного пласта, включающем закачку в пласт водного раствора полимера и соли поливалентного катиона с применением дисперсии гель-частиц, дисперсию гель-частиц в водном растворе полимера закачивают в виде первой оторочки, а в виде второй оторочки закачивают водный раствор полимера и соли поливалентного катиона.

Дополнительно возможно осуществление форсированного отбора жидкости.

Способ осуществляется следующей последовательностью операций.

1. Закачка оторочки дисперсии гель-частиц в водном растворе полимера.

2. Закачка оторочки водного раствора полимера и соли поливалентного катиона.

Дополнительно возможно осуществление форсированного отбора жидкости.

Применение в качестве первой оторочки дисперсии гель-частиц не в воде, а в водном растворе линейного полимера, обеспечивает синергетический эффект реологических свойств (эффективной вязкости и модуля упругости) дисперсии гель-частиц в водном растворе полимера относительно ее составляющих - водной дисперсии гель-частиц и водного раствора полимера. Применение в качестве второй оторочки водного раствора полимера и соли поливалентного катиона позволяет достичь необходимых реологических свойств, не уступающих прототипу.

Эффективность заявляемого способа определялась с применением следующих промышленно выпускаемых реагентов.

Для приготовления дисперсии полученных химическим путем гель-частиц использован анионный полимер акриламида водопоглощающий, серия АК-639, марка В-415, производства ООО "Гель-сервис" (г.Саратов), ТУ 6-02-00209912-592003, представляющий собой порошок белого или близкого к белому цвета, показатели качества приведены в таблице 1.

Таблица 1
Показатель	По ТУ	Фактически
Массовая доля нелетучих веществ, %, не менее	90	90,2
Массовая доля остаточного акриламида, %, не более	0,2	0,09
Равновесное поглощение в дистиллированной воде, г/г, не менее	600	690
Массовая доля растворимой части, %, не более	15	3,9

Также для приготовления дисперсии полученных химическим путем гель-частиц использован продукт FS-305 по техническому паспорту ООО "СНФ С.А." (г.Москва), представляющий собой порошок белого цвета с абсорбцией дистиллированной воды 400 г/г.

Для приготовления раствора полимера использован анионный полимер FP-107 - сополимер акриламида и акрилата натрия, производства ООО "СНФ Балтреагент" (г.Никольское Ленинградской области), представляющий собой белый порошок, который, в соответствии с Техническим паспортом, характеризуется примерной вязкостью по Брукфилду, сП:

при концентрации 5,0 г/л - 1500;

при концентрации 2,5 г/л - 600;

при концентрации 1,0 г/л - 140.

Также для приготовления раствора полимера использован анионный полимер акриламида, серия АК-642, марка АП-9405 производства ООО "Гель-сервис" (г.Саратов), ТУ 6-02-00209912-65-99, представляющий собой порошок белого или близкого к белому цвета с предельным числом вязкости полимера в 10%-ном растворе NaCl при 25°С 4,4 дл/г.

Соль поливалентного катиона АХ - ацетат хрома (III) технический, производства АО "ХИМЕКО-ГАНГ" (г.Москва), ТУ 0254-031-17197708-96, показатели качества приведены в таблице 2.

Таблица 2
Показатель	По ТУ водный раствор	По ТУ порошок	Фактически
Внешний вид	Темная вязкая жидкость	Кристаллы зеленого цвета	соответствует
Массовая доля хрома (III), %, не менее	11,35	20,0	11,54
Массовая доля не растворимых в воде веществ, %, не более	0,50	1,00	0,044

Бентонитовая глина (бентонит, для воспроизведения аналога) производства ОАО "Альметьевский завод глинопорошка" г.Альметьевск, Республика Татарстан, по ТУ 39-0147001-105-93.

Использовалась модель пластовой воды с минерализацией 15 г/л и 20 г/л (20% CaCl ₂ и 80% NaCl) в дистиллированной воде.

Эффективность заявляемого способа в сравнении с прототипом и аналогами определялась с использованием объемной и щелевой моделей пласта.

Методика тестирования с использованием простейшей объемной модели.

Простейшая объемная модель неоднородного пласта (фиг.1) состоит из двух кернодержателей с пористыми средами различной проницаемости, имеющими общий ввод и раздельный отбор флюидов.

На фиг.1:

1 - Датчик постоянного расхода (ДПР).

2 - Емкость для масла и воды.

3 - Обжим.

4 - Емкость для закачиваемого флюида.

5 - Поршневая емкость.

6, 7 - Кернодержатели (КД).

8 - Фильтры.

9 - Мерник "вода" (MB); мерник "нефть" (МН).

10 - Азот.

11 - Сборная колонка.

12 - Блок питания (БП).

13 - Дифференциальный манометр (ДФМ).

14 - Аналого-цифровой преобразователь (АЦП).

15 - Компьютер.

Модель гранулярного суперколлектора представляла собой пористую среду, полученную набивкой пропантом диаметром 0,540-0,994 (в среднем 0,766) мм, и имела проницаемость по воде от 3743 мД до 3263 мД.

Низкопроницаемая пористая среда была представлена полиминеральным песчаником пласта БС ₁₀ Мамонтовского месторождения с проницаемостью от 310 до 336 мД.

Эффективность способа определялась по степени снижения проницаемости высоко- и низкопроницаемых пористых сред, после фильтрации через объемную модель 0,3 объемов пор тампонирующих составов.

Результаты экспериментов по определению эффективности тампонирования гранулярных суперколлекторов представлены в таблице 3. Видно, что заявляемый способ значительно превосходит прототип по сохранению проницаемости средне- и низкопроницаемых интервалов. Заявляемый способ при этом достаточно эффективно снижает проницаемость гранулярного суперколлектора; причем проницаемость суперколлектора становится меньше проницаемости низкопроницаемой пористой среды; а проницаемость последней практически не меняется: кратность снижения всего в 1,1-1,3 раза (опыты 5-6 в таблице 3).

Дополнительным преимуществом заявляемого способа является сохранение проницаемости средне- и низкопроницаемых интервалов в условиях форсированного отбора жидкости (в таблице 3 - увеличение скорости фильтрации). Применение способа-прототипа в условиях увеличения скорости фильтрации приводит к полному блокированию средне- и низкопроницаемых интервалов (опыт 2 в таблице 3) за счет уплотнения гель-частиц в сшитом полимерном составе и торцевой забивки пористых сред.

Таблица 3
Определение эффективности тампонирования гранулярного суперколлектора на объемной модели
№ опыта	Тампонирующий состав, %мас.	Проницаемость пористых сред, мД, до воздействия	Проницаемость пористых сред, мД, после воздействия	Кратность снижения проницаемости	Скорость фильтрации, м/год
1 Прототип	Гель-частицы АК-639 - 0,1	3350	12	279	300
	Анионный полимер FP-107 - 0,25
	Соль поливалентного катиона AX - 0,025	326	0,11	2964
	Остальное - вода
2 - Прототип с последующей форсировкой	- //-	3743	15	246	300
		319	0,02	15950	1285
3 Аналог /1/	Анионный полимер FP-107 - 0,25	3448	622	5,5	300
	Соль поливалентного катиона AX - 0,025
	Остальное - вода	310	119	2,6
4 - Аналог /1/ с последующей форсировкой	-//-	3263	843	3,9	300
		336	287	1,2	1285
5 Предлагаемый способ	1 оторочка:	3547	196	18,1	300
	Гель-частицы АК-639 - 0,1
	Анионный полимер FP-107 - 0,25	334	261	1,3
	Остальное - вода
	2 оторочка:
	Анионный полимер FP-107 - 0,25
	Соль поливалентного катиона AX - 0,025
	Остальное - вода
6 - Предлаг. способ с последующей форсировкой	-//-	3517 325	154 298	22,8 1,1	300 1285

Сравнение с аналогом (опыты 3-4 в таблице 3) показывает, что заявляемый способ, имея примерно равные с ним показатели по сохранению проницаемости средне- и низкопроницаемых интервалов, заметно эффективнее снижает проницаемость гранулярного суперколлектора.

Методика тестирования с использованием щелевой модели трещины.

При тестировании с использованием щелевой модели последняя представляла собой калиброванную щель прямоугольной формы, вырезанную из тампонажного цемента, с размерами:

Длина - 15 см,

Ширина- 1,5 см,

Толщина - 0, 005 см.

Щелевая модель изготовлялась из двух металлических полуколец с залитым цементным раствором; толщина щели задается металлической фольгой. Щелевая модель помещалась в кернодержатель со встроенным обжимом и подключалась к фильтрационной установке (фиг.2).

На фиг.2 обозначения аналогичны обозначениям на фиг.1 и, кроме того:

16 - металлические полукольца;

17 - цемент;

18 - щель;

19 - фольга.

Для определения эффективности тампонирования трещин через модель сначала фильтровали воду, затем один поровый объем тампонирующего состава, затем - снова воду, фиксируя при этом перепад давления по воде Рн (начальный) и Рк (конечный). Определяли фактор остаточного сопротивления R, при такой постановке опыта равный отношению перепадов давления по воде:

Rост.= Рк/ Рн.

Результаты экспериментов по определению эффективности тампонирования трещин представлены в таблице 4. Видно, что заявляемый способ снижает проницаемость трещины не менее эффективно, чем прототип.

Таблица 4
Определение эффективности тампонирования трещин на щелевой модели
№ опыта	Тампонирующий состав, %мас.	Фактор остаточного сопротивления Rост.
1 прототип	Гель-частицы АК-639 - 0,1	7755
	Анионный полимер FP-107 - 0,25
	Соль поливалентного катиона AX - 0,025
	Остальное - вода
2 Аналог /1/	Анионный полимер FP-107 - 0,2	14,3
	Соль поливалентного катиона AX - 0,02
	Остальное - вода
3 Аналог /3/	Анионный полимер FP-107 - 0,05	5,13
	Бентонит - 0,5
	Остальное - вода
4 Аналог /4/	Биополимер БП-92 - 10,0	15,3
	Крахмал - 2,0
	Остальное - вода
5	1 оторочка - диперсия гель-частиц в водном	7239
	растворе полимера:
	Гель-частиц АК-639 - 0,1
	Анионный полимер FP-107 - 0,25
	Остальное - вода
	2 оторочка:
	Анионный полимер FP-107 - 0,25
	Соль поливалентного катиона AX - 0,025
	Остальное - вода
6	1 оторочка - диперсия гель-частиц в водном растворе полимера:	8329
	Гель-частиц АК-639 - 0,5
	Анионный полимер FP-107 - 0,25
	Остальное - вода
	2 оторочка:
	Анионный полимер FP-107 - 0,25
	Соль поливалентного катиона AX - 0,025
	Остальное - вода

Результаты реологического тестирования полимерных систем на основе FS-305 и FP-107 приведены на фиг.3-4 и в таблицах 5-6, а на основе АК-639 и АК-642 - на фиг.5 и в таблице 7.

На фиг.3 представлены зависимости модуля упругости G' от момента силы f как композиций FS-305 (10 г/л) и ПАА линейного строения марки FP-107 (2,5 г/л), так и их исходных составляющих.

На фиг.4 показан эффект улучшения эффективной вязкости (дисперсии FS-305 в минерализованной воде за счет добавки FP-107.

Добавка линейного полиакриламида позволяет примерно в два раза повысить модуль упругости G' и эффективную вязкость дисперсии (табл.5-6). Увеличение этих параметров неаддитивно, то есть G' или для заявляемой смесевой системы выше, чем сумма G' или сумма раствора FP-107 и дисперсии FS 305 по отдельности, что говорит о структурообразовании за счет флокулирующих свойств полиакриламида.

Таблица 5
Упругие свойства (исследование проводилось на реометре Carry-Med CSL2 производства компании ТА Instruments)
Композиция, в воде	Минерализация, г/л		Температура измерения, °С		Модуль упругости G' (Па) при моменте силы f 5 мН·м
1% FS-305	20		20		0,56
0,25% FP-107	20		20		0,08
1% FS-305+0,25% FP-107	20		20		1,06
Таблица 6
Вязкостные свойства (исследование проводилось на реометре Carry-Med CSL2 производства компании ТА Instruments)
Композиция, в воде	Минерализация, г/л	Температура измерения, °С		Эффективная вязкость ((Па·c) при скорости сдвига , с-1
				0,3		1,6	14,5
1% FS-305	20	20		0,51		0,09	0,01
0,25% FP-107	20	20		0,11		0,07	0,04
1% FS-305+0,25% FP-107	20	20		1,03		0,34	0,1

На сравнительной фиг.5 представлены кривые эффективной вязкости как композиций АК-639 с ПАА линейного строения АК-642, так и их исходных составляющих. Как видим, увеличение эффективной вязкости композиции во всем диапазоне измерения неаддитивно, то есть значение ее эффективной вязкости выше, чем сумма эффективных вязкостей исходных растворов АК-642 и дисперсии АК-639.

В таблице 7 представлены показатели эффективной вязкости композиций на основе АК-639 и АК-642.

Таблица 7
Значения эффективной вязкости (исследование проводилось на реометре RheoStress-1 "Haake", Германия)
Композиция, в воде	Минерализация, г/л	Температура измерения, °С	Эффективная вязкость ((Па·с) при скорости сдвига , с-1
			0,35	1,91	15,71
0,5% АК-639+1,5% АК-642	15	20	0,19	0,17	0,13
1,5% АК-642	15	20	0,12	0,1	0,13
0,5% АК-639	15	20	0,002	0,0005	0,0002
1% АК-639+1,5% АК-642	15	20	0,39	0,35	0,26
1,5% АК-642	15	20	0,12	0,1	0,08
1% АК-639	15	20	0,03	0,02	0,009
0,5% АК-639+1,8% АК-642	15	20	0,40	0,37	0,27
1,8% АК-642	15	20	0,15	0,14	0,12
0,5% АК-639	15	20	0,002	0,0005	0,0002
1% АК-639+1,8% АК-642	15	20	1,3	1,1	0,67
1,8% АК-642	15	20	0,15	0,14	0,12
1% АК-639	15	20	0,03	0,017	0,009

Таким образом, и для водной дисперсии гель-частиц АК-639 в "носителях" - растворах полимеров линейного строения АК-642 показан синергетический эффект улучшения эффективной вязкости по сравнению с дисперсией АК-639 и раствором АК-642 в минерализованной воде (таблица 7).

Сопоставление реологических свойств водополимерной системы способа-прототипа и второй оторочки заявляемого способа наглядно иллюстрирует фиг.6, где представлены зависимости от скорости сдвига эффективной вязкости водополимерных систем:

- полимера АК-642, сшитого ацетатом хрома АХ (вторая оторочка по заявляемому способу);

- смеси сшитого ацетатом хрома АХ полимера АК-642 с гель-частицами АК-639 (прототип).

Видно, что кривые эффективной вязкости двух указанных водополимерных систем практически совпадают, т.е. способ-прототип по эффективной вязкости равноценен применению второй оторочки по заявляемому способу.

Таким образом, результаты сравнительных фильтрационных и реологических тестов позволяют сделать следующие выводы.

1. Заявляемый способ значительно превосходит прототип по селективности воздействия на проницаемостно неоднородный пласт, содержащий пропластки суперколлекторов или трещины; при этом эффективность снижения проницаемости суперколлекторов и трещин по заявляемому способу и по прототипу практически одинакова, а сохранение проницаемости средне- и низкопроницаемых интервалов по заявляемому способу значительно превышает прототип.

2. Реологические свойства первой оторочки по заявляемому способу обеспечивают надежную изоляцию трещин и суперколлекторов за счет обнаруженного синергетического эффекта.

3. Реологические свойства второй оторочки по заявляемому способу не уступают способу-прототипу.

4. За счет последовательной закачки первой и второй оторочек удается значительно - на порядок - увеличить объемы закачки полимерной системы и одновременно форсировать добычу жидкости из добывающих скважин, что значительно повышает технологический эффект.

Эффективность предлагаемого способа подтверждена в промысловых условиях.

Пример 1. В четыре выбранные по карте текущих отборов нагнетательные скважины пласта АС₄ месторождения "А" закачано по 200 м ³ оторочки дисперсии гель-частиц в водном растворе полимера (ПАА), в качестве второй оторочки был закачан водный раствор полимера (ПАА) со сшивателем в объеме 6000 м³ в каждую скважину.

Всего в четыре нагнетательные скважины закачано 26291 м³ рабочего раствора ПАА с концентрацией в растворе 0.1% мас. Расход товарных реагентов составил 38,099 т ПАА марки Sedipur и 1,8 т суперабсорбента FS-305 для приготовления дисперсии гель-частиц.

Анализировалась динамика показателей работы скважин участка до и после воздействия по заявляемой технологии.

Анализ показал, что после воздействия обводненность снизилась с 94 до 89%, увеличилась добыча нефти. Расчет технологического эффекта по интегральной характеристике вытеснения (Камбаров; vн=4.1072E+6-1.0878E+13/Vж) показал, что дополнительно добыто 23,2 тыс. т нефти. Продолжительность эффекта составила 19 месяцев.

Пример 2. Комплексное воздействие по заявляемому способу осуществлено на участке пласта БС ₆ месторождения "Б". В 13 нагнетательных скважин закачали по 100 м³ первой оторочки - дисперсии гель-частиц в растворе ПАА, затем по 2400 м³ второй оторочки - раствора ПАА со сшивателем. Применялся полиакриламид марки Sedipur, в качестве сшивателя использовали ацетат хрома. Для приготовления дисперсии гель-частиц применяли ограниченно растворимый в воде полимер FS-305 с высоким коэффициентом набухания, с концентрацией 0,2-0,5% мас. Одновременно на 20 добывающих скважинах проводились мероприятия по форсированному отбору жидкости. В результате комплексного воздействия стабилизировалась обводненность, дополнительно добыто 133,3 тыс. т нефти. Продолжительность эффекта составила 32 месяца.

Источники информации

1. А.с. СССР №985255, Е 21 В 33/138, опубл.30.12.1982.

2. Патент №2039225, Е 21 В 43/22, Е 21 В 33/138, опубл.09.07.1995.

3. А.с. СССР №1710708, Е 21 В 43/22, Е 21 В 33/138, опубл.07.02.1992.

4. Патент РФ №2223396, Е 21 В 43/22, опубл.10.02.2004.

5. Патент РФ №2167281, Е 21 В 43/22, опубл.20.05.2001.