НОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

В22. НОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ОБРАБОТКИ ПРИЗАБОЙНОЙ ЗОНЫ ПЛАСТОВ С ПРИМЕНЕНИЕМ МОДИФИЦИРОВАННОГО ДИСПЕРСНОГО КРЕМНЕЗЁМА «КВАРЦ»

В.М. Хусаинов, Н.И. Хаминов, Н.Ф. Гумаров, В.Н. Поляков1, И.А. Сагидуллин1, С.А. Блинов2.

НГДУ «Азнакаевскнефть» ОАО «Татнефть», 423332, г.Азнакаево, ул. Нефтяников, 22, Республика Татарстан, Россия, факс: (85511) 2-42-71, e-mail: aznneft@tatneft.ru
1ООО «Кварц», 423332, г. Азнакаево, ул. Хасаншина, 16, Республика Татарстан, Россия Факс: (85592) 7-79-85, e-mail: qvarc2002@mail.ru
2НИИНефтеотдача АН РБ, 450075, г.Уфа, пр.Октября, 129/3, Республика Башкортостан, Россия, факс: (3472) 35-77-19, e-mail: niikern@anrb.ru

New Technologies of Processing of Bottom Hole Zone of Layers with Application Modified Dispersed Silica “Quartz”

V.M. Khusainov, N.I. Khaminov, N.F. Gumarov, V.N. Polyakov1, I.A. Sagidullin1, S.A. Blinov2.

OGPB “Aznakaevskneft” AO “TATNEFT”, 22 Neftianikov St., Aznakaevo, Republic Tatarstan, Russia;
1CLR “Quartz”,16 Khasanshina St., Aznakaevo, Republic Tatarstan, Russia
2“NIINefteotdacha” Academy of Scinces of Bashkortostan, 129/3 October Ave., Ufa, Republic Bashkortostan, Russia

By the experts of the Oil and Gas Producing Board “Aznakaevskneft” and Company of Limited Responsibility “Quartz” is developed a complex of technologies oh intensification of production residual and difficult extractive of stocks, which differs by high technological effect at processing of bottom hole zone of average permeability (200-400 mkm2) and of collectors and irrigation of extracted production no more than 70% for carbonated and 95 % for terrigenous of layers.

По мере выработки нефтегазовых месторождений закономерно снижается технологическая эффективность традиционных методов повышения нефтеотдачи пластов. Поэтому для интенсификации выработки остаточных трудноизвлекаемых запасов углеводородного сырья необходимы дальнейшее совершенствование и разработка методов более эффективного воздействия на призабойную зону добывающих и нагнетательных скважин и межскважинное пространство. В геолого-промысловых условиях поздней и завершающей стадий разработки нефтегазовых месторождений все большую значимость на добычу нефти оказывают физико-химические процессы изменения фазовых отношений подвижности нефти и воды в проницаемых средах призабойной зоны [1,2].

Физико-химической основой, стимулирующей процесс притока нефти к скважине, является эффект гидрофобизации поверхности порового пространства, повышающий сопротивление при фильтрации в проницаемых каналах воды и снижающий гидравлические сопротивления при движении в них нефти.

Для повышения эффективности методов интенсификации добычи нефти специалистами НГДУ «Азнакаевскнефть» и ООО «Кварц», начиная с 1996 г., проведены экспериментальные и промысловые исследования по разработке модификаций тонкодисперсных кремнийорганических материалов со спектром свойств от супергидрофобных до суперфильных и технологий их приготовления и применения [1].

С целью оптимизации процесса разработки путем стимуляции работы добывающих скважин проведен комплекс лабораторных исследований в НИИ Нефтеотдача АН РБ по созданию и изучению свойств суспензий тонкодисперсного гидрофобного материала – модифицированного дисперсного кремнезема (МДК) различной концентрации в органических растворителях [3]. Приведем основные результаты физико-химических и фильтрационных свойств композиций МДК, необходимые для определения конкретных рекомендаций по их практическому применению (в соответствии с Патентами РФ № 2152903 «Способ получения модифицированного дисперсного кремнезема» [4], № 2125649 «Способ интенсификации добычи нефти» [5] и № 2149989 «Способ добычи нефти из нефтесодержащих карбонатных пластов» [6]).

Тонкодисперсный гидрофобный материал – модифицированный дисперсный кремнезем представляет собой порошок белого цвета с низкой насыпной плотностью 40-200 г/дм3, основная доля индивидуальных частиц ( 80%) находится в интервале от 0,1 до 4 мкм (гранулометрический состав был определен по седиментации и на основе микроскопического анализа). За счет сильного электростатического взаимодействия частиц, приводящего к образованию конгломератов, возможно, что размер индивидуальных частиц находится в более низком интервале измерения, что подтверждается данными [7], определяющими размер частиц от 0,005-0,1 мкм.

Как показали исследования химического строения, порошок МДК представляет собой смесь неорганических соединений – не больше 10% и кремнийорганического сополимера диметилсилоксана и диэтоксисилоксана, составляющего основную массу порошка. Сополимер, как это видно из его структурной формулы, содержит в своем составе атомы кислорода, обладающие некоторой избыточной электронной плотностью, и гидрофобные группы из метильных и этильных радикалов, образующие как бы гидрофобную шубу и сильно экранирующие атомы Si и О. Именно поэтому порошок имеет выраженные водо – и кислотоотталкивающие свойства, что и было подтверждено исследованиями растворимости МДК в различных растворителях, как полярных, так и неполярных. Наибольшая растворимость наблюдается в керосине – до 4%, и в широкой фракции легких углеводородов (ШФЛУ) – до 4,5%, причем изменяется плотность растворителей при растворении в них МДК.

Таким образом, доставка реагента МДК к месту закачивания возможна только в виде взвеси в углеводородных средах. При попадании порошка в систему «вода-керосин» и размешивании происходит изменение внутримолекулярных взаимодействий в сополимере за счет гидрофобного взаимодействия алкильных групп с углеводородами. Открываются атомы кислорода для взаимодействия с водой, в том числе и на концах молекул сополимера. Вода способствует распрямлению, разворачиванию молекул, делая эмульсию более подвижной, что, в свою очередь, позволяет закачивать ее в пласт.

При смешивании порошка, воды и нефти образуется обратная эмульсия. Быстрое набухание МДК в системе «вода – углеводородный растворитель» дает возможность предположить, что развернутые молекулы сополимера будут адсорбироваться гидрофобными радикалами на гидрофобных участках поверхности пласта, а через атомы О – на гидрофильных центрах. В силу большого количества алкильных радикалов (плотной гидрофобной шубы) в молекулах сополимера во всех случаях его взаимодействия с породой вероятны гидрофобизация поверхности керна, увеличение поверхностной активности порового пространства, что приводит к изменению фазовых проницаемостей для воды и нефти.

Для проверки этой гипотезы в 2002 г. были проведены специальные исследования влияния МДК на капиллярные процессы и смачиваемость коллектора. Анализ результатов зависимостей высоты подъема воды за счет капиллярного впитывания показывает, что присутствие МДК как в кварцевом песке, так и карбонатной породе резко изменяет степень смачивания песчаника водой, приводит к существенной гидрофобизации порового пространства и увеличению краевого угла смачивания в 18,7 и 830 раз соответственно.

Также было оценено влияние суспензии МДК на изменение свойств поверхности порового пространства. Объектом исследований служили естественные образцы песчаника девонских отложений Ромашкинского месторождения, основные фильтрационно-емкостные характеристики которых охватывали широкий диапазон изменения коллекторских свойств. Определение параметра смачиваемости было проведено по методике Тульбовича [8] до и после обработки образцов суспензий МДК в керосине. Результаты показали снижение значения параметра смачиваемости, причем наибольшая гидрофобизация порового пространства произошла в самых гидрофильных образцах, образцы с промежуточной смачиваемостью стали гидрофобными, гидрофобные образцы остались гидрофобными. Проведенные лабораторные исследования убедительно доказывают, что обработка порового пространства МДК приводит к изменению его степени смачиваемости в сторону гидрофобизации.

Кроме этого было оценено изменение скорости растворения карбонатной породы растворами соляной кислоты в условиях модификации поверхности порового пространства суспензиями МДК. Результаты показали следующее: скорость растворения водонасыщенной карбонатной породы имеет максимальное значение, присутствие углеводородной фазы на поверхности карбонатной породы уменьшает скорость ее растворения раствором соляной кислоты более чем в 2 раза, применение 1% суспензии МДК в керосине ведет к еще большему уменьшению (в 3,6 раза) скорости растворения карбонатной породы.

Полученные результаты убедительно доказывают, что применение суспензий МДК в жидкостях на углеводородной основе позволяет существенно снизить скорость растворения водонасыщенных пропластков, и подтверждают возможность глубоконаправленной солянокислотной обработки карбонатных нефтенасыщенных пород.

Результаты опытно-промысловых испытаний 7 запатентованных технологий с применением модификаций дисперсных кремнеземов позволили установить в первом приближении область их эффективного применения.

Обработка призабойных зон пластов (ОПЗ) проведена более чем в 100 скважинах Ромашкинского месторождения сначала по терригенным коллекторам горизонта Д1 Ромашкинского месторождения, а затем по карбонатным коллекторам данково-лебедянского горизонта. Основной объем ОПЗ проведен в добывающих скважинах с различным типом и коллекторскими свойствами пластов, различной обводненностью продукции и текущими дебитом жидкости, причем наибольший эффект по приросту дебитов получен на среднепроницаемых пластах (200-400 мкм2).

Технология глубоконаправленной солянокислотной обработки нефтесодержащих карбонатных пластов с применением МДК [9] направлена на увеличение продуктивности призабойной зоны нефтесодержащего карбонатного пласта за счет восстановления природных коллекторных свойств и создания новой пористой структуры в карбонатном пласте путем растворения кислотой карбонатных соединений.

Проведение технологии позволяет обеспечить глубокую по всей толщине обработку пласта; исключить проникновение закачиваемой кислоты к зоне водонефтяного контакта, прорыв пластовой воды к забою добывающей скважины, кратно снизить вероятность разъедания цементного кольца за эксплуатационной колонной за счет предварительной обработки призабойной зоны кислото- и водоотталкивающими гидрофобным материалом МДК «Кварц».

Эффективность

Дополнительная добыча составляет более 300 т на скв/обр., среднесуточный прирост нефти 48%. Средняя продолжительность эффекта 11 месяцев. Наиболее успешными являются обработки скважин с обводненностью до 70 %.

Технология обработки призабойной зоны добывающих скважин суспензий МДК [10] направлена на обработку призабойной зоны скважин, позволяющей восстановить и сохранить их дебит (приемистость), снизить обводненность продукции.

Применение технологии позволяет интенсифицировать добычу нефти за счет адсорбции тонкодисперсных систем с гидрофобными свойствами на стенках поровых каналов; изменить фазовые проницаемости нефти и воды; снизить гидродинамическое сопротивление при фильтрации и движении углеводородов; при благоприятных гидродинамических условиях ограничить водоприток.

Эффективность

Дополнительная добыча составляет более 900 т на скв/обр., среднесуточный прирост нефти 66 %. Средняя продолжительность эффекта 16 месяцев. Успешными являются обработки скважин с обводненностью до 95 %.

При обработке терригенных нефтенасыщенных коллекторов следует помнить о негативном влиянии глинистой составляющей терригенных коллекторов на их фильтрационные характеристики в процессе эксплуатации скважин (например, исследования Н.Н. Непримерова [11], Г.М. Кринари (КГУ), Н.И. Хаминова).

С учетом результатов этих исследований и проведенных нами промысловых работ, возможно, более полно развить представления о механизме физико-химического взаимодействия МДК с проницаемыми терригенными коллекторами, когда вытесняющая пресная вода приводит к снижению продуктивности добывающих и приемистости нагнетательных скважин.

Это следствие связано с проявлениями подвижности глинистых минералов и их преобразованиями в каналах фильтрации с проявлением эффекта значительного энергетического противодействия току движения жидкости в проницаемой среде. Закачивание МДК приводит к нейтрализации такого противодействия и снижению фильтрационных сопротивлений в ПЗП и межскважинном пространстве при закачивании достаточных объёмов и концентрации гидрофобного материала. Производство МДК в широком диапазоне химических свойств осуществляется в ООО «Кварц» в г. Азнакаево Республики Татарстан.

В заключении следует отметить, что разработанный комплекс технологий по интенсификации остаточных и трудноизвлекаемых запасов отличается высоким технологическим эффектом при обработке призабойной зоны терригенных средней проницаемости (200-400 мкм2) и карбонатных коллекторов и обводненности добываемой продукции не более 70 % для карбонатных и 95 % для терригенных пластов.

Источник информации:

1. ХИМИЯ НЕФТИ И ГАЗА: Материалы V Международной конференции. Томск: Издательство Института оптики атмосферы СО РАН, 2003. – 630 с. Ответственный редактор – д.х.н. А.К. Головко