В карбонатных коллекторах содержится значительное количество запасов углеводородов. Известно, что основными проблемами при разработке залежей нефти в карбонатных коллекторах являются: низкая пористость, трещиноватость, неоднородность, повышенная вязкость нефти; и, как следствие всего этого - невысокие значения коэффициента извлечения нефти (КИН).
Анализируя существующие методы воздействия на призабойную зону и пласт в целом, мы пришли к выводу, что наиболее оптимальными являются потокоотклоняющие и водоизолирующие технологии, основанные как на создании малопроницаемых геле-осадкообразных экранов, так и инвертных эмульсий селективного действия.
Проанализировав положительные и отрицательные аспекты большинства предлагаемых технологий, а также проведя дополнительные эксперименты по изучению процессов гелеобразования в пористой среде с привлечением результатов работ в смежных областях, нами был выработан свой подход к проблеме создания технологий ОПЗ и ПНП для применения в карбонатных коллекторах, руководствуясь которым мы разработали новую комплексную технологию для воздействия на карбонатный пласт.
Комплексный подход осуществляется путем воздействия на пласт как со стороны нагнетательных скважин с применением композиции СНПХ-8310, так и со стороны добывающих скважин участка с применением композиции СНПХ-8320.
Повышение эффективности технологии и разработка новой композиции СНПХ-8310 связаны с введением пролонгатора действия, который позволил увеличить глубину образования потокоотклоняющего экрана, по результатам физического моделирования, почти в три раза. Физическое моделирование проводилось на моделях пласта заполненных дезинтегрированным карбонатны керновым материалом.
Глубина проникновения СНПХ-8310, без добавления пролонгатора составляла порядка 10 % от длины модели. Добавление пролонгатора действия в количестве 500 мг/кг привело к увеличению глубины проникновения композиции в модель до 30 % от ее длины.
Специальные исследования показали, что используемый нами пролонгатор наиболее эффективен в средах, содержащих карбонат кальция, т.е. для карбонатных коллекторов.
Поведение композиции СНПХ-8310 изучали на модели неоднородного, карбонатного, водонефтенасыщенного пласта с применением метода импульсной ЯМР спектроскопии.
Анализ результатов проведенного эксперимента показал следующее:
- При первичном заводнении коэффициент нефтевытеснения по высокопроницаемому пропластку составлял 62,55%, а по низкопроницаемому - 38% .
- За время ввода в поровое пространство композиции, количество вытесненной нефти увеличилось в низкопроницаемом пропластке на 5 %, в высокопроницаемом на 3,2 % и по пласту в целом на 4 %. Вытеснение нефти при фильтрации композиции происходило, по-видимому, за счет выделявшегося углекислого газа, который является эффективным нефтевытесняющим реагентом.
Для ОПЗ добывающих скважин была разработана композиция комплексного действия СНПХ-8320, представляющая собой инвертную эмульсию, содержащую углеводород, кислоты, неорганические соли и ПАВ. В качестве ПАВ использовали эмульгатор инвертных эмульсий собственного производства СНПХ-9777, способный создавать устойчивые эмульсии в широком диапазоне температур и рН.
Были проведены опытно-промышленные испытания комплексной технологий СНПХ-8310, СНПХ-8320 на Сундур-Нязинском месторождении Удмуртнефть. Скважины опытного участка эксплуатируют отложения башкирского яруса, сложенные преимущественно неоднородными карбонатами. К моменту обработки месторождение интенсивно эксплуатировалось около 20 лет. Обводненность продукции добывающих скважин закачиваемой водой составляла от 87 до 99%.
Были обработаны две нагнетательные скважины с применением композиции СНПХ-8310 и пять добывающих скважин участка с применением СНПХ-8320.
При проведении обработок была установлена высокая технологичность применения этих композиций. Например, при закачке СНПХ-8310 не происходит возрастания давления закачки, в отличие от большинства применяемых изолирующих составов. Изоляция промытых зон производится на значительном удалении от забоя нагнетательной скважины. Естественно необходимо увеличивать объем закачиваемой композиции, но в связи с низкой ценой реагента это не проблематично.
В течение первого месяца после проведения обработок дополнительная добыча нефти по участку составила свыше 1000 тонн, что с экономической точки зрения, полностью покрывает затраты на реагент и проведение обработок.
Кроме дополнительной нефти при проведении обработок произошло значительное снижение попутно добываемой воды, что составляет существенную экономию энергетических и материальных ресурсов.
В дальнейшем эксперименты по комплексному применению композиций СНПХ-8310 и СНПХ-8320 были расширены и проведены обработки на 3-х участках Чутырского месторождения. Было обработано 3 нагнетательных и 12 добывающих скважин. В результате проведенных работ было дополнительно получено свыше 7000 т. нефти.
Таким образом, промысловый эксперимент полностью подтвердил теоретические предпосылки и результаты лабораторных исследований. Композиции СНПХ-8310 и СНПХ-8320 при совместном применении в карбонатных коллекторах, позволяют значительно снизить обводненность продукции при увеличении дебита по нефти.
Одним из перспективных направлений в разработке карбонатных коллекторов является разработка технических средств, для тепловой обработки призабойной зоны (ОПЗ) скважин совместно с реагентным воздействием на коллектор.
На начальном этапе разработки технологии мы использовали контейнерный нагреватель ТТН, комплектуемый совместно с серийными термостойкими пакерами, который позволяет производить тепловые обработки неглубоких скважин. Принцип действия «твердотопливного нагревателя» (ТТН) основан на сгорании специальных тердых горючих смесей в контейнере, спущенном на забой скважины (в зону перфорации). За счет того, что горячий теплоноситель не транспортируется с поверхности, а генерация тепловой энергии, происходит непосредственно на забое скважины, мы можем значительно уменьшить потери тепла при прогреве околоскважинной зоны пласта. Интенсивный разогрев пласта выделением большого количества тепла с одновременным образованием из продуктов горения газообразного СО2, обеспечивается при использовании теплового воздействия на пласт непосредственно внутри скважины. В отличие от аккумуляторов давления для скважины (АДС), применяемых при осуществлении термогазохимического воздействия на пласт, скорость горения топлива в ТТН является регулируемой и протекает в течение длительного времени, что позволяет осуществлять равномерный прогрев ПЗС с заданной температурой. В результате происходит снижение вязкости добываемой продукции и улучшение гидродинамических характеристик разработки залежей вязких нефтей в карбонатных коллекторах.
Заложенные в конструкцию характеристики нашли своё полное подтверждение в промысловых испытаниях и позволяют, при необходимости, использовать ТТН, как с целью прогрева околоскважинной зоны пласта, так и для инициирования очага внутрипластового горения и получения продуктов внутрипластового крекинга, пиролиза и газификации ВВН и ПБ.
На основании проведенных работ мы пришли к выводу, что более эффективным способом добычи вязких нефтей из карбонатных коллекторов, будет применение комбинированного воздействия, включающего инициирование тепло- физико- химических процессов в пласте. Проводя исследовательские работы коллектив авторов решил остановится на детальной проработке внутрискважинного синтеза так называемого «оксидата» из широких фракций легких углеводородов (ШФЛУ). Проведенные эксперименты показали, что разработанный для этих целей, катализатор позволяет окислять ШФЛУ на фракции при малом давлении (до 4 мПа) и температуре не превышающей 1500С
Механизм воздействия «оксидата» на призабойную зону пласта (ПЗП) представляется совокупностью нескольких процессов.
Так как реакция жидкофазного окисления (ЖФО) легких углеводородов является экзотермической, в результате чего в пласте образуется значительное количество тепла (22000 кДж на 1кг окисленного углеводорода), то образующаяся при реакции ЖФО группа растворителей и выделившееся тепло растворяют АСПО при их наличии в ПЗП и разрушают граничный слой нефти на контакте с породообразующими минералами.
Вследствие деблокирования порового пространства пород от высокомолекулярных углеводородных соединений улучшаются условия доступа группы карбоновых кислот к породе. При этом кислотная группа, вступая в химическое воздействие с карбонатным коллектором, увеличивает его проницаемость и пористость. Образующиеся соли карбоновых кислот являются водорастворимыми.
Меньшая скорость реагирования карбоновых кислот с карбонатными породами в сравнении с соляной кислотой позволяет проводить более глубокие обработки призабойной зоны скважины.
Образование и нейтрализация кислот происходят непосредственно в пласте, без контакта с оборудованием скважины.
Наличие в продуктах окисления уксусной кислоты способствует удалению из призабойной зоны окисных соединений железа, так как в результате их химического взаимодействия образуются водорастворимые соли.
Полученные продукты жидкофазного окисления легких углеводородов являются водорастворимыми, а также снижают поверхностное натяжение нефти на границе с твердой фазой, то есть обладают поверхностно - активными свойствами.
Технология заключается в инициировании синтеза окисления легких углеводородов в карбоновые кислоты в специальном устройстве, спускаемом на забой скважины в необходимый интервал обработки.
Образец «оксидата» (на основе окисления ШФЛУ) был испытан на линейных моделях карбонатного пласта путем многократной прокачки реагента через водонефтенасыщенную модель для определения эффективности его применения (рис 5).
Проведенные эксперименты подтвердили возможность увеличения нефтеотдачи за счет использования предлагаемой технологии. При воздействии «оксидата» на нефтенасыщенный карбонатный пласт происходит как разжижение и вытеснение ВВН, так и увеличение проницаемости самого пласта благодаря взаимодействию карбоновых кислот «оксидата» с карбонатным коллектором. Суммарный прирост коэффициента вытеснения (КИН) превысил 20%.
На основании результатов стендовых испытаний по отработке режимов технологического процесса окисления ШФЛУ проведенных в лаборатории были даны рекомендации на разработку и изготовление промышленного образца внутрискважинного реактора. Первоначально в качестве нагревателя исходных продуктов рассматривался вариант применения твердотопливного нагревателя (ТТН). Однако, в ходе разработки и испытаний выявился ряд недостатков такого решения: процесс разогрева при использовании такого типа нагревателя сложно регулируем, что может привести к несанкционированному взрыву продуктов смешения; при необходимости остановки реакции (выхода из автокаталитического процесса) повторный запуск процесса с ТТН невозможен без подъема устройства на поверхность. Наиболее простым и доступным способом создания повышенной температуры в призабойной зоне пласта был признан электропрогрев, который может быть осуществлен как циклически, так и стационарно, что позволяет контролировать автокаталитические процессы. В НИИнефтепромхим был разработан и изготовлен опытно-промышленный образец глубинного реактора окисления легких углеводородов (СНПХ-ГРОЛУ) который лишен недостатков ТТН, в основу которого заложена конструкция с электронагревом, с возможностью автоматизации контроля автокаталитических процессов.
Одним из технических решений при разработке устройства реактора явилось то, что в качестве пористой среды и пламегасителя был предложен силикагель, обеспечивающий безопасное проведение процесса окисления. Кроме того, его применение позволяет значительно увеличить площадь контакта, окисляемого вещества с кислородом воздуха в реакторе, что уменьшает время индукции окисления ШФЛУ.
В заключение стоит отметить, что на настоящем этапе разработки большинства месторождений РФ необходим комплексный подход к воздействию на истощенные сложнопостроенные карбонатные коллектора. При проектировании процесса воздействия необходимо учитывать максимальное количество доступной информации, как по физико-химическим процессам, происходящим при воздействии на пласт, так и по геологическому строению коллектора.
О.В.Лукьянов,
А.Ф.Шагеев,
А.В.Семенов
