Повышение эффективности кислотного гидравлического разрыва пласта в карбонатных коллекторах

Актуальность темы

.

Залежи нефти в карбонатных коллекторах содержат 40−45% мировых запасов нефти, и на них приходится около 60% мировой добычи нефти. В Самарской, Оренбургской областях, Пермском крае и Удмуртии в этих залежах содержится соответственно 40%, 50%, 60% и 72% общих запасов нефти на территории, в Татарстане и Башкортостане 18% и 22%, а прогнозные запасыболее 70%. Практически все запасы нефти, сосредоточенные в. карбонатных коллекторах-, относятся* к категории природных трудноизвлекаемыхзапасов. Разработка карбонатных коллекторов сопровождается формированием техногенно измененных трудноизвлекаемых запасов-. Анализ выработки низкопродуктивных залежей' на территории Удмуртии показал, что-утвержденное значение коэффициента нефтеотдачи не будет достигнуто на большинстве месторождений и увеличение полноты, выработки трудноизвлекаемых запасов требует применения высокоэффективных методов интенсификации добычи нефти и увеличения нефтеотдачи.

Одной из наиболее эффективных технологий воздействия на малопродуктивные и слабопроницаемые трещиноватые карбонаты является кислотный-гидравлический разрыв пласта (КГРП). По оценкам отечественных и зарубежных исследователей в настоящее время около трети запасов нефти можно извлечь только с использованием этой технологии. Поэтому, КГРП рассматривается как важнейший элемент разработки нефтяных месторождений.

Вместе с тем, анализ промыслового опыта применения кислотных гидроразрывов на нефтяных месторождениях Удмуртии показал, что средняя дополнительная добыча нефти припроведении КГРП составила величину, сравнимую с величиной дополнительной добычи, при проведении различных видов солянокислотных обработок скважин (СКО). Поэтому, настоящая работа, посвященная проблеме повышения эффективности кислотных гидравлических разрывов пласта при выработке трудноизвлекаемых запасов нефти в карбонатных коллекторах, является актуальной и позволит обеспечить увеличение ресурсной базы добычи нефти на территории Удмуртии.

Значительный вклад в развитие теории и практики применения, гидравлических разрывов, а также кислотного воздействия на карбонатные коллектора для разработки нефтяных месторождений внесли М. Г. Алишаев, Л. К. Алтунина, Ю. В. Антипин, Г. И. Баренблатт, Р. Н. Бахтизин, В. А. Блажевич, В. В. Гузеев, В. И. Гусев, Ю. П. Желтов, С. А. Жданов, Ю. В. Зейгман, P.P. Ибатуллин, JI.X. Ибрагимов, Р. Д. Каневская, М. Кристиан, Б.И.' Леви, Б. Г. Логинов, Е. В. Лозин, Г. К. Максимович, А. Х. Мирзаджанзаде, И. Т. Мищенко, М. Х. Мусабиров, Р. Х. Муслимов, Г. А. Орлов, Н. С. Пискунов, Е. В. Теслюк, М. А. Токарев, Д. Уолкотт, В. Г. Уметбаев, Р. Т. Фазлыев, Э. М. Халимов, P.C. Хисамов, С. А Христианович, И. А. Чарный, М. Экономидес, Д. А. Эфрос и другие.

Цель диссертационной работы.

Разработка, научное обоснование и промысловые испытания методов совершенствования кислотного гидравлического разрыва пласта для повышения успешности, продуктивности и длительности эффекта скважинной операции при выработке трудноизвлекаемых запасов нефти в карбонатных коллекторах.

Основные задачи исследований.

Для достижения поставленной цели были сформулированы и решены следующие задачи:

1. Оценка остаточных трудноизвлекаемых запасов нефти на территории Удмуртии;

2. Выявление особенностей применения КГРП при выработке трудноизвлекаемых запасов нефти в карбонатных коллекторах на нефтяных месторождениях Удмуртии.

3. Выбор и обоснование параметра, характеризующего изменение состояния пласта в результате применения геолого-технических мероприятий (ГТМ) для повышения успешности проведения КГРП.

4. Разработка безреагентного метода регулирования физико-химических свойств нефтекислотной жидкости разрыва пласта для повышения продуктивности скважины при проведении КГРП.

5. Разработка методов увеличения длительности сохранения параметров и рабочих характеристик системы пласт-скважина-насос 'в осложненных условиях эксплуатации после проведения КГРП.

6. Промысловые испытания разработанных методов повышения эффективности КГРП.

Методы решения поставленных задач.

Решение поставленных задач осуществлялось в процессе проведения^ научно-исследовательских, опытно-промышленных работ с применением комплекса физических и физико-химических методов исследований. При выполнении научных исследований и анализе их результатов использовались аналитические и статистические методы.

Научная новизна.

1. Экспериментально установлено, что изменение величины агрегативной стойкости водонефтяной эмульсии характеризует изменение состояния пласта в результате применения ГТМ.

2. Разработан новый метод регулирования времени жизни и реакционной способности нефтекислотной жидкости разрыва пласта на основе безреагентного регулирования ее агрегативной стойкости путем бесконтактной обработки эмульсии дистиллированной водой, подвергнутой электрохимической обработке.

3. Предложены, научно и экспериментально обоснованы методы увеличения длительности сохранения фильтрационных параметров пород и рабочих характеристик системы пласт-скважина-насос в осложненных условиях эксплуатации после проведения КГРП, включающие новый состав для разрушения высоковязких водонефтяных полидисперсных эмульсий, содержащий нефтеи водорастворимые поверхностно-активные вещества, смесь которых создает максимальную концентрацию ПАВ на границе.

раздела фаз, новый способ компенсации потерь давления в первых ступенях УЭЦН при подъеме вязких жидкостей путем соединения всасывающих полостей направляющих аппаратов каналами, выполненными на их наружных поверхностях, новый полиамидный композит, модифицированный фторорганическими веществами, снижающими износ осевой пары трения ступени УЭЦН за счет снижения коэффициента трения и поглощения части выделяемого тепла дляразворачивания молекул. Практическая ценность работы и «реализация.в промышленности.

1. Разработаны и внедрены на предприятии ОАО «Белкамнефть»: а).методика контроля агрегативной стойкости водонефтяной эмульсии для оценки изменения состояния пласта в результате применения ГТМб).технология безреагентного регулирования физико-химических свойств нефтекислотной жидкости разрыва пласта, исключающая кольматацию трещины при разрыве пласта И! остаточное загрязнение пласта после разрыва, для повышения продуктивности скважин при выполнении КГРПв).комплекс методов увеличениядлительности сохранения параметров и рабочих характеристик системы пласт-скважина-насос в осложненных условиях эксплуатации после проведения КГРП путем нормирования отбора жидкости, применения состава дляразрушения высоковязких полидисперсных водонефтяных эмульсий, способа компенсации потерь давления в первых ступенях УЭЦН, применения полиамидных композиционных материалов, модифицированных фторорганическими веществами, в основных элементах и узлах трения ступени УЭЦН.

2. Результаты диссертационной работы были использованы при составлении следующих нормативных документов:

2.1 .Временная методика контроля агрегативной стойкости водонефтяной эмульсии (ОАО «Белкамнефть», г. Ижевск, 2010 г.) — 2.2.Временная инструкция по приготовлению нефтекислотных жидкостей для разрыва пласта (ОАО «Белкамнефть», г. Ижевск, 2010 г.);

2.3 .Временная методика оптимизации норм отбора жидкости (ОАО «Белкамнефть», г. Ижевск, 2010 г.);

2.4.Временная методика по приготовлению состава для разрушения высоковязких полидисперсных эмульсий (ОАО «Белкамнефть», г. Ижевск, 2008 г.);

2.5.Временный технологический процесс по доработке первых ступеней УЭЦН (ОАО «Белкамнефть», г. Ижевск, 2010 г.).

3 Результаты исследований по повышению износостойкости осевых пар трения в ступени УЭЦН при подъеме вязких полидисперсных водонефтяных эмульсий используются предприятием ООО «Ижнефтепласт» при изготовлении рабочих колес и антифрикционных шайб.

4 КГРП с комплексом разработанных методов повышения его эффективности включен институтом ОАО «УНИИ НИПИнефть» в проектные документы по разработке Быгинского, Дебесского, Смольниковского, Сосновсого, Черновского и Ошворцевско-Дмитриевского месторождений Удмуртии (УР) в качестве метода интенсификации добычи нефти и повышения нефтеотдачи.

Апробация работы.

Основные положения диссертационной работы докладывались на II Международном научном симпозиуме «Теория и практика применения методов увеличения нефтеотдачи пластов» (Москва, 2009 г.) — IX научно-практической конференции «Геология и разработка месторождений с трудноизвлекаемыми запасами (пос. Небуг, Краснодарский край, 2009 г.) — II Международном форуме по нанотехнологиям „Кизпапо1ес11 2009“ (Москва, 2009 г.) — Всероссийской научно-технической конференции „Нефть и газ Западной“ Сибири» (Тюмень, 2009 г.) — на заседаниях технического совета предприятия ОАО «Белкамнефть».

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ.

1. На основе анализа и обобщения данных о показателях разработки нефтяных месторождений Удмуртии произведена оценка величины остаточных трудноизвлекаемых запасов нефти, которая составляет более 193 млн.т. Проведенное обобщение позволило рекомендовать дальнейшие исследования по увеличению выработки трудноизвлекаемых запасов путем совершенствования и применения метода кислотного гидравлического разрыва пластов.

2. Выявлены особенности применения^ КГРП при выработке трудноизвлекаемых запасов нефти в карбонатныхколлекторах на нефтяных месторождениях Удмуртии, основными из которых являются: а) влияние техногенной нагрузки, полученной-, скважиной в результате применения ГТМ до проведения гидроразрыва пласта, на успешность проведения КГРПб) сопоставимость средних величин дополнительной^ добычи нефти в результате проведения КГРП и различных видов солянокислотных обработок скважинв) зависимость длительности сохранения параметров и' рабочих характеристик системы пласт-скважина-насос после проведенияКГРП от темпов отбора жидкости, процессов образования, вязких полидисперсных эмульсий и выноса механических примесей.

3. Для повышения успешности операции кислотного гидравлического разрыва пластов в карбонатных коллекторах выбран и научно обоснован параметр водонефтяной эмульсии, характеризующий изменение состояния пласта в результате применения ГТМ перед проведением КГРП, при этом: а) выявлено, что величина агрегативной стойкости водонефтяной эмульсии характеризует изменение состояния пласта в результате применения ГТМ и может быть использована для оценки техногенной нагрузки на скважину перед проведением КГРП (патент РФ № 2 390 628) — б) разработана методика оценки агрегативной стойкости водонефтяной эмульсии, основанная на определении количества циклов бесконтактной обработки эмульсии дистиллированной' водой, подвергнутой, электрохимической обработке, до формирования межфазовой границыв) установлено, что стабилизация величины агрегативной стойкости водонефтяной эмульсии при проведении СКО скважины снижает эффективность следующих СКО и может являться критериемдля их ограничения перед проведением КГРП.

4. Для повышения продуктивности скважины при проведении. КГРП разработан, и научно обоснован безреагентный метод регулирования^ вязкости, времени жизни и реакционной способности нефтекислотных жидкостей разрыва пластаисключающий кольматацию трещины при разрыве пласта и остаточное загрязнение пласта после разрыва, при этом: а) обоснована возможность увеличения вязкости нефтекислотной жидкости разрыва на 50 мПа-с — 100 мПа-с путем бесконтактной обработки-пластовой воды, до введения соляной кислоты, дистиллированной водой, подвергнутой электрохимической обработкеб) разработан метод регулирования величины агрегативной стойкости нефтекислотной жидкости разрыва' пласта на основе бесконтактной обработки эмульсии дистиллированной водой, подвергнутой электрохимической обработкепозволяющий изменять время жизни жидкости при различных концентрациях соляной кислотыв) установлено, что при заданном значении времени жизни реакционная способность нефтекислотной эмульсии может быть увеличена в 3−45'раз.

5. Для увеличения длительности сохранения, фильтрационных параметров пород и рабочих характеристик системы пласт-скважина-насос в осложненных условиях эксплуатации после проведения КГРП разработаны и научно обоснованы методы повышения устойчивости элементов системы к проявлению осложнений, вызванных высокими темпами отбора жидкости, образованием вязких полидисперсных водонефтяных эмульсий и выносом механических примесей. Проявление осложнений значительно снижается за счет разработки и применения: а) методики нормирования отбора жидкости, основанной на соответствии норм отбора минимальному приросту величины агрегативной стойкости водонефтяной эмульсии и минимальным изменениям состояния пластаб) состава для разрушения вязких полидисперсных эмульсий, содержащего-нефтеи водорастворимые поверхностно-активные вещества, смесь которых создает максимальную концентрацию ПАВна границе раздела фаз, применение которого предупреждает возможность зависания колонны штанг и увеличивает производительность скважины (патент РФ № 2 333 927) — в) способа компенсации потерь давления в-, первых ступенях УЭЦН при подъеме вязких жидкостей путем соединения всасывающих полостей направляющих аппаратовканалами, выполненными на их наружных поверхностях, применение, которого увеличивает давление, развиваемое насосом на выкиде, и снижает возможность возникновения срывов. подачи-насоса (патент РФ № 2 387 881) — г) применения в узлах тренияступени УЭЦН полиамидного композита, модифицированногофторорганическими веществами, снижающими^ износ осевой пары трения ступени УЭЦН за счет снижения коэффициента трения и поглощения части* выделяемого тепла при трении (патент РФ № 2 395 011). д) наработка на отказ УЭЦН в опытном исполнении с применением разработанных решений превышает наработку насосов в базовом исполнении и сопоставима с длительностью эффекта КГРП.

В промысловых условиях на нефтяных месторождениях Удмуртии установлено, что комплексирование разработанных методов повышения эффективности КГРП позволяет получить среднюю величину дополнительной добычи нефти 2945 т на одну скважинную операцию,^ за счет увеличения^ продуктивности скважин в 3 раза и продолжительности эффекта до 2,2 года.