Архив WinRAR_1 / Лекции_ХИМИЯ

2

Методы интенсификации работы скважин

В течение всей жизни скважины призабойная зона пласта (ПЗП) подвергается воздействию различных загрязняющих веществ. Такие загрязняющие вещества ввиду отличающихся механизмов действия вызывают разнообразные типы повреждения ПЗП, сильно ограничивающие добычу пластового флюида (ниже планируемой). Виды повреждений: миграция пластовых частиц; набухание глин; проникновение твердой фазы при бурении, цементаже и глушении; химическая адсорбция и выпадение осадков; образование эмульсий и водяных блоков; изменение смачиваемости поверхности и т.д.

Для того, чтобы нивелировать негативный эффект повреждающих пласт химических веществ и восстановить добычу пластового флюида до должного уровня, применяют различные методы интенсификации нефтедобычи.

Интенсификация нефтедобычи – это химический или механический метод увеличения дебита добывающих и приемистости нагнетательных скважин.

Различают три способа интенсификации нефтедобычи: очистка ствола скважины от различных отложений; стимуляция матрицы пласта; гидравлический разрыв пласта (ГРП).

Очистка ствола скважины от различных отложений (соли, парафины, асфальтены, смешанные отложения) может производиться как механическими, так и методами химическими. К механическим методам относится очистка различными скребками и направленными высоконапорными струями промывочной жидкости. К химическим методам относится обработка отложений разнообразными технологическими жидкостями, при которой фильтрация жидкости в пласт не происходит.

Стимуляция матрицы пласта подразумевает под собой закачку технологических жидкостей в пласт при давлении, не превышающем давления разрыва пласта. Стимуляция может проводиться как кислотными составами, так и другими химическими реагентами.

ГРП представляет собой закачку технологической жидкости в пласт при давлении, превышающем давление разрыва пласта. Различают кислотный и проппантный ГРП.

3

Гидравлический разрыв пласта

Введение

ГРП представляет собой механический метод воздействия на продуктивный пласт, при котором жидкость закачивается при скоростях, вызывающих разрыв пласта, и характеризуется образованием высокопроводимой трещины. Трещина зарождается и распространяется в самых слабых точках породы с минимальной механической прочностью перпендикулярно минимальному напряжению.

При ГРП происходит преодоление зоны загрязнения пласта, облегчение притока пластового флюида в скважину, изменение режима фильтрации пласта (от нескольких метров до сотен метров), подключение разобщенных залежей (добыча из линзовидных залежей), подключение природной сетки трещин, обеспечение добычи из слоистых пластов, перераспределение градиента давления на протяжении всей трещины (ГРП для борьбы с пескопроявлением).

Для лучшего понимания процесса трещину, создаваемую при ГРП, можно образно сравнить с высокоскоростным шоссе. Изначально, когда существует только природная пористость коллектора, нефть продвигается по порам как автомобиль, едущий по узкой однополосной дороге. Количество машин, которые могут заехать, а потом продвигаться по такой дороге - ограничено. В случае проведения ГРП, однополосная дорога трансформируется в многополосное шоссе со множеством въездов, на которое может попасть большое количество машин, а потом беспрепятственно передвигаться по такому шоссе.

Для инициирования и распространения трещины ГРП, а также для транспортировки расклинивающего материала (проппанта), предотвращающего трещину от схлопывания после проведения ГРП, применяются специальные технологические жидкости и добавки, придающие этим жидкостям заданные технологические свойства.

Жидкости ГРП

К жидкостям ГРП относятся: жидкости на водной основе (линейные и сшитые гели), жидкости на нефтяной основе, многофазные и вспененные жидкости (пены на

5

основе N2 и CO2, а также их бинарные смеси), эмульсии, вязкоупругие поверхностно-активные вещества (ВУПАВ), (бесполимерные жидкости ГРП), кислотные жидкости.

Жидкости ГРП должны обладать следующими параметрами: совместимостью с пластовой породой и пластовыми флюидами для предотвращения снижения плановой проводимости трещины ГРП; достаточной вязкостью для транспортировки проппанта, контроля «чистого давления» в трещине, характеризующего схлопываемость трещины ГРП, и получения планируемой геометрии трещины; низкими потерями давления на трение, что снижает нагрузку на оборудование ГРП; контролируемыми утечками жидкости в пласт, влияющими также на получение требуемой геометрии трещины.

Основным параметром жидкости ГРП является ее вязкость. Вязкость – это свойство жидкости оказывать сопротивление перемещению одной ее частицы относительно другой. Любая жидкость, подвергнутая внешнему воздействию, реагирует изменением скорости течения отдельных слоев. Степень изменения скорости течения отдельных слоев жидкости пропорциональна расстоянию, пройденному этим слоем жидкости. Скорость, с которой смежные слои жидкости перемещаются друг относительно друга называется скоростью сдвига и выражается в обратных секундах. Жидкость с большей вязкостью будет характеризоваться более низкой скоростью сдвига для одинакового приложенного напряжения сдвига (прилагаемое усилие для движения одного слоя жидкости относительно другого с определенной скоростью).

Вязкость является постоянной для ньютоновских жидкостей и зависит от скорости сдвига для жидкостей, подчиняющихся степенному закону неньютоновских жидкостей (жидкостей ГРП).

Помимо вязкости к реологическим параметрам жидкости ГРП относятся индекс консистентности (К/) и коэффициент неньютоновского поведения (N/). Показатель неньютоновского поведения - показатель степени функции, отображающей зависимость касательного напряжения сдвига от градиента скорости сдвига при течении жидкости. Индекс консистентности характеризует такое

6

касательное напряжение сдвига, необходимое для придания жидкости минимальной скорости сдвига.

Для стандартных жидкостей ГРП определен ряд зависимостей реологических параметров от влияния внешних факторов: 1 – при увеличении температуры вязкость жидкости снижается; 2 – при увеличении напряжения сдвига увеличивается скорость сдвига, а вязкость жидкости уменьшается; 3 – при увеличении количества добавленного в жидкость структурообразующего вещества вязкость жидкости увеличивается; 4 – при добавлении сшивающего агента в жидкость, содержащую структурообразователь, вязкость такой жидкости увеличивается; 5 – добавление деструкторов жидкости ГРП, а также смешение этой жидкости с энзимами и загрязняющими веществами, приводит к снижению вязкости; 6 – смешение жидкости ГРП с пластовыми флюидами может приводить как к повышению, так и к понижению вязкости конечной смеси; 5 – под действием различных факторов, снижающих вязкость, значение коэффициента N/ повышается, а значение коэффициента K/ снижается.

Жидкости ГРП на водной основе

Для создания технологических жидкостей ГРП на водной основе (гели ГРП) в качестве структурообразователей могут применяются различные полимеры, такие как: гуар, гидроксипропилгуар, карбоксиметилгидроксипропилгуар, гидроксиэтилцеллюлоза, ксантановая смола, полиакриламид.

При добавлении сухого структурообразователя (полимера - гелеобразователя) в воду происходит образование водородных связей между функциональными группами полимера и молекулами воды. Степень присоединения полимером молекул воды во времени называется степенью гидратации полимера. Чем выше степень гидратации полимера, тем выше вязкость такого полимерного раствора. Для увеличения вязкости полимерного раствора возможно добавление дополнительного количества сухого полимера или / и добавление специальных сшивающих агентов. Применяются сшивающие агенты различных типов: борсодержащие или боратные сшиватели (борная кислота, соли борной кислоты, бура, борсодержащие минералы); органометаллические сшиватели (комплексы циркония и титана).

7

низкую стоимость, высокую температурную стабильность и экологичность применения таких систем. Основным недостатком жидкостей ГРП на водной основе является существенное ограничение их применения в водочувствительных пластах и газовых скважинах.

Жидкости ГРП на углеводородной основе

Следующим типом жидкостей, применяемым для ГРП, являются жидкости на нефтяной основе. Жидкости на нефтяной основе применяются главным образом в водочувствительных пластах, а также в пластах с высокой пластовой температурой (до 150оС). Также эти жидкости характеризуются меньшим загрязнением пласта, по сравнению с водными полимерными жидкостями. Однако углеводородные жидкости ГРП не лишены и недостатков, которыми являются: высокая стоимость, сложность приготовления таких систем в технологическом плане, высокая пожаровзрывоопасность и экологическая опасность применения этих жидкостей для окружающей среды в случае их разливов и т.д.

В углеводородных системах гелирование происходит при помощи органических алюминиевых солей ортофосфорных эфиров. Растворяющиеся в углеводородах алюминиевые соли органических ортофосфорных эфиров образуют ассоциированные комплексы, придающие такой жидкости высокую вязкость. Изображение подобного комплекса можно видеть на рисунке 4.

Рисунок 4 – алюминиевый комплекс органических фосфорных эфиров.

Пенные жидкости ГРП

Следующим типом жидкости, применяемым для ГРП, являются пены. Пены представляют собой дисперсные системы с газовой дисперсной фазой и жидкой дисперсионной средой. В качестве жидкой фазы могут применяться: линейные и

10

сшитые гели, а также различные углеводороды и спирты. В качестве газовой фазы обычно используются азот, углекислый газ или их смеси. Для получения стабильной пены, помимо жидкой и газовой фаз, в систему должно быть введено специальное пенообразующее ПАВ (пенообразователь). Кроме того для регулирования стабильности и вязкости пены, в зависимости от потребностей, в качестве жидкой дисперсионной среды могут применяться различные системы: линейные водные гели, сшитые водные гели, углеводородные жидкости и спирты. Наиболее распространенными жидкостями, используемыми для производства пен, являются водные линейные и сшитые гели. Линейные гели увеличивают вязкость пен, снижают утечку жидкости в пласт, повышают способность транспортировки проппанта. Пены на основе сшитых гелей обладают большей вязкостью, чем на основе линейных гелей, также придают пене способность удерживать повышенное количество газа в своей структуре, обеспечивают более высокое гидростатическое давление столба жидкости при закачке пены в скважину и позволяют обеспечить транспортировку более высокой концентрации проппанта. Пены на углеводородной основе являются достаточно дорогими системами и требуют применения специальных фторуглеродных ПАВ. Вспененные спирты обычно применяются только при обработках газовых скважин во избежание снижения проницаемости коллектора.

Одной из основных характеристик пенной жидкости, влияющей на ее реологические свойства, является газосодержение. Газосодержание характеризует количество газа, содержащегося в пене, и может варьироваться от 1 до 95% в зависимости от поставленных задач. Как правило, жидкости ГРП содержат от 50 до 85% газовой фазы. Это связано с несколькими факторами: увеличение количества газовой фазы до определенного предела увеличивает вязкость пены; большее количество газа обеспечивает лучшую очистку трещины ГРП после обработки и уменьшает время освоения скважины; превышение критического содержания газовой фазы может приводить к снижению стабильности пены.

Кроме газосодержания на реологические свойства пены могут оказывать влияние и другие факторы, такие как состав жидкой фазы, химические добавки, технология приготовления пены (текстура пены, которая подразумевает под собой

11