Способ ограничения подошвенных вод и заколонных перетоков в эксплуатационных скважинах

Способ ограничения подошвенных вод и заколонных перетоков в эксплуатационных скважинах

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к способам ограничения и изоляции зон водопритока в нефтяные и газоконденсатные скважины, путем чередующейся закачки в скважину компонентов гелеобразующих веществ.

Известен способ ограничения водопритока пластовых вод в скважину, включающий последовательную закачку в обводненный пласт порциями дизельных или масляных щелочных отходов и водного раствора хлористого кальция [см. SU 1328488 A1, Е21В 43/32, 1987]. В основе способа лежит физико-химическое превращение отхода щелочного дизельного или масляного в твердую массу при контакте его с пластовой водой, активированной хлористым кальцием.

К недостаткам этого способа относятся низкие структурно-механические и адгезионные свойства образующегося тампонирующего материала.

Эти недостатки устранены в способе ограничения подошвенных вод и заколонных перетоков в эксплуатационных скважинах, выбранном нами в качестве прототипа [см. RU №2172825 C1, Е21В 43/32, 2000] и включающем промывку скважин и порционную закачку в нее воды, цементного раствора и хлористого кальция, предусматривающем, что в скважины через вскрытый фильтр закачивают раствор соли поливалентного металла (хлористого кальция), затем воды, далее раствора нафтената натрия или калия или их смесь, данную процедуру повторяют не менее 3 раз, после чего закачивают цементный раствор, затворенный на воде, водоцементное отношение которого составляет 0,2-0,6, в объеме 0,5-2 м³ на 1 м мощности пласта с добавлением в количестве 0,5-10% от объема цементного раствора дополнительного раствора нафтената натрия или калия или их смеси с соотношением нафтенат : вода 1:2 с последующим продавливанием в скважину всей массы пластовой водой из расчета 1-2 м³ на 1 м мощности пласта, затем проводится промывка скважины, герметизация устья и выдержка под давлением 24 ч.

К недостаткам прототипа можно отнести то, что образующийся в результате химической реакции между растворами нафтената натрия и хлористым кальцием тампонирующий материал недостаточно устойчив к действию высокой температуры пласта (80°С). Продукты взаимодействия реагентов характеризуются небольшим количеством выхода осадка (закупорочного материала), в связи с чем не обладают достаточными структурно-механическими свойствами и водоудерживающей способностью, со временем подвергаются размыву пластовой водой, что в свою очередь снижает срок эксплуатации образующегося изоляционного экрана.

Технический результат предлагаемого способа ограничения подошвенных вод и заколонных перетоков в скважинах - повышение эффективности способа за счет эффекта гидрофобизации порового пространства, увеличения количества образующегося тампонирующего материала, его термостабилизации в условиях высоких пластовых температур (выше 80°С) и создания более надежного водоизоляционного экрана.

Этот результат достигается тем, что способ ограничения подошвенных вод и заколонных перетоков в скважину включает те же самые технологические операции, что и по прототипу, отличается последовательностью закачки реагентов для формирования водонепроницаемой зоны и применением в качестве раствора соли поливалентного металла-алюмохлорида. Таким образом, способ включает последовательную закачку в скважину вначале раствора нафтената натрия, затем в качестве буфера - воды, далее раствора соли поливалентного металла-алюмохлорида, при этом объемное соотношение нафтената к алюмохлориду составляет 4:1, данную процедуру повторяют не менее 3 раз, после чего закачивают цементный раствор, затворенный на воде, водоцементное отношение которого составляет 0,2-0,6, в объеме 0,5-2 м³ на 1 м мощности пласта с добавлением в количестве 0,5-10% от объема цементного раствора дополнительного раствора нафтената натрия или калия или их смеси с соотношением нафтенат : вода 1:2 с последующим продавливанием в скважину всей массы пластовой водой из расчета 1-2 м³ на 1 м мощности пласта, затем проводится промывка скважины, герметизация устья и выдержка под давлением 24 ч.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что отличительные признаки нового способа ограничения подошвенных вод и заколонных перетоков в скважину являются необходимым и достаточным условием, характеризующим новизну объекта изобретения, а именно последовательность закачки реагентов для формирования водонепроницаемой зоны и применение в качестве раствора соли поливалентного металла - раствора алюмохлорида.

Предлагаемая последовательность закачки реагентов, в первую очередь, раствора нафтената натрия, способствует синергетическому эффекту обработки пласта, а именно наличие углеводородов в составе нафтената натрия позволяет гидрофобизировать поровое пространство пласта, снижая фазовую проницаемость по воде, что наряду с последующим образованием в результате взаимодействия с раствором алюмохлорида тампонирующего материала снижает вероятность прорыва воды.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение качества изоляции водопритоков в скважины за счет гидрофобизации порового пространства, увеличения количества тампонирующего вещества и его прочности в условиях высоких пластовых температур.

Раствор нафтената натрия представляет собой водный раствор натриевых солей нафтеновых кислот в смеси с минеральным маслом. Основой технического продукта является мылонафт высоковязких нефтей асидол. Мылонафт имеет мазеобразную консистенцию, легко растворяется в воде, его цвет изменяется от светло-коричневого до темно-коричневого. Получают мылонафт из продуктов переработки нефти путем щелочной обработки дистиллятов, очищенных серной кислотой, или обработкой соответствующих дистиллятов нефти (керосинового, солярового) раствором едкого натра. Водные растворы мылонафта обладают поверхностно-активными свойствами, моющим действием, хорошей эмульгирующей способностью. Натриевые соли нафтеновых кислот в результате реакции с электролитами, растворенными в пластовой воде, образуют объемный осадок, создающий непроницаемый экран для воды.

Алюмохлорид является многотоннажным отходом производства, побочным продуктом процессов нефтехимического синтеза согласно ТУ 38.302163-89. Алюмохлорид представляет собой прозрачную жидкость, содержащую 20-25% масс. основного вещества или порошок светло-желтого или зеленоватого цвета со слабым запахом соляной кислоты. Алюмохлорид относится к малоопасным соединениям (IV класс опасности по ГОСТ 12.1.007-76), малоагрессивен, не замерзает при низких температурах.

Рассчитать стехиометрически количество осадка при взаимодействии нафтената с растворами солей не представляется возможным. Для определения оптимального соотношения реагентов, при котором наблюдается образование максимального количества осадка, полученного при взаимодействии водных растворов солей поливалентных металлов (по прототипу - хлорида кальция и предлагаемого - хлорида алюминия) и раствора нафтената натрия были проведены следующие лабораторные исследования. В пробирки наливали водные растворы солей по 10 см³, затем добавляли водный раствор нафтената натрия по схеме, приведенной в таблице 1. После окончания реакции определили объем выпавшего осадка, внеосадочной жидкости и рН среды. В результате исследований определено объемное соотношение нафтената натрия к раствору алюмохлорида 4:1, обеспечивающее максимальный по массе и объему выход осадка. При взаимодействии данных реагентов при прочих равных условиях и равных объемных соотношениях (4:1) прирост выхода осадка по объему составляет 30%, по массе 25% по сравнению с раствором хлористого кальция по прототипу. Водородный показатель рН среды внеосадочной жидкости чрез 24 часа восстанавливается до 8. Далее проведено термостатирование при температуре 80°С смеси реагентов в объемном соотношении 4:1 нафтената натрия и хлорида кальция (по прототипу) и нафтената натрия и алюмохлорида (по предлагаемому способу). В первом случае наблюдается постепенное растворение осадка под действием температуры.

Увеличение выхода осадка (тампонирующего материала) по сравнению с прототипом при взаимодействии реагентов происходит в связи с особыми химическими свойствами хлорида алюминия, молекулы которого имеют димерное строение с ковалентным числом 4 (Al₂Cl₆). В растворах соли алюминия гидролизуются с образованием комплекса:

При взаимодействии гидролизованной формы алюмохлорида с натриевыми солями нафтеновых кислот образуется прочный комплекс. По прототипу хлористый кальций, участвуя в обменной реакции, присоединяет две молекулы нафтената натрия, т.к. валентность кальция +2, тогда как хлористый алюминий присоединяет четыре молекулы нафтената натрия.

Одновременно в промытых зонах возможно образование осадка гидроокиси алюминия Al(ОН)₃, который адгезирует на поверхности поровых каналов, дополнительно создавая водонепроницаемую зону.

Для методов ограничения водопритока основными параметрами, определяющими объем фильтрации пластовой воды в скважину за единицу времени, являются коэффициент проницаемости пород призабойной зоны коллектора по воде после проведения мероприятий по водоизоляции и минимальный градиент давления фильтрации.

Способ проверен в лабораторных условиях на установке трехфазной фильтрации, позволяющей моделировать термобарические условия пласта. Предлагаемая рецептура опробована на образцах керна, предварительно насыщенных пластовой водой при температуре 80°С. Первоначально замеряли проницаемость водонасыщенных моделей по газу, по воде, затем осуществляли закачку растворов реагентов и после выдержки на реакцию реверсно замеряли проницаемость по воде. По результатам лабораторных исследований изоляционный эффект по предлагаемой рецептуре изобретения составляет 65-94%, при этом минимальный градиент фильтрации воды остался на прежнем уровне. По прототипу изоляционный эффект составляет 35%, при этом минимальный градиент фильтрации воды снизился в 1,5 раза (табл.2). На фиг.1, 2, 3 приведены графики динамики изменения коэффициента фильтрации образцов кернов в процессе моделирования водоизоляции по прототипу и по предлагаемому способу изобретения.

Как видно из приведенных данных, использование растворов нафтената натрия и алюмохлорида приводит к достижению более совершенного технического результата, повышению изоляционного эффекта в промытых зонах высокотемпературных пород-коллекторов и, в конечном итоге, повышению добывных параметров скважин.

Результаты определения объемного количества осадка, полученного при взаимодействии водных растворов солей поливалентных металлов и раствора нафтената натрия
Таблица 1
№ опыта	Наименование раствора металла Vраствора = 10 см3	Объем водного раствора нафтената натрия, см3	Объем раствора общий, см3	Объем фильтрата, см3	Объем осадка, см3	рН фильтрата, ед. рН	Примечание
1	Водный раствор хлористого кальция 20% (по прототипу)	10	19	18,8	0,2	7,5	При прочих равных условиях и равных объемных соотношениях (4:1) прирост выхода осадка по объему 30%
2	15	24	22	2	10
3	20	29	26,8	2,2	10
4	30	38	36,4	1,6	11
5	40	49	43,8	5,2	11
6	Водный раствор алюмохлорида 20%	10	20	18,1	1,9	3
7	15	25	21,6	3,4	3
8	20	30	26,5	3,5	4
9	30	40	35,4	4,6	4
10	40	50	43,2	6,8	4

Таблица 2
Способ обработки	Проницаемость после обработки, мкм2	Минимальный градиент давления фильтрации, МПа/м
Предлагаемый	0,006-0,002	7,13
Прототип	0,013	3,6

1. Способ ограничения подошвенных вод и заколонных перетоков в эксплуатационных скважинах, включающий закачку в скважину воды, раствора нафтената натрия, повторение процедуры не менее 3 раз, после чего осуществляют закачку цементного раствора с добавлением нафтената натрия, отличающийся тем, что вначале в скважину закачивают раствор нафтената натрия, воду, затем дополнительно алюмохлорид.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что объемное соотношение нафтената натрия и алюмохлорида составляет 4:1.