15.7. Ізоляція припливу пластових вод у свердловини

Для успішного проведення ізоляційних робіт насамперед необхідно знати характер, причини та закономірність надходження води у свердловини, її належність до певного гори­зонту та інтервал його залягання. По відношенню до продуктивних нафтогазоносних гори­зонтів пластові води прийнято поділяти на: верхні, нижні, контурні, підошовні, тектонічні та змішані. Всі чинники, які викликають передчасне обводнення свердловин та пластів, умовно поділяють на дві групи: геолого-фізичні та техніко-технологічні.

До першої групи відносять літологічну неоднорідність колекторів, наявність "літологічних вікон", вертикальних та горизонтальних тріщин, проявлення капілярних процесів, співвідношення в'язкості пластової води та нафти, характер води. До техніко-тех-нологічних причин відносять: інтенсивність та тиск нагнітання води в пласт, режим експлу­атації або темп відбору рідини зі свердловин, неякісне відокремлення пластів при цементу­ванні обсадних колон, наявність тріщин у цементному камені, дефекти експлуатаційної ко­лони внаслідок корозії, пошкоджень у процесі експлуатації, ступінь розкриття пласта перфорацією, відстань від нижніх отворів перфорованого інтервалу до рівня водонафтового або водогазового контакту, необгрунтоване проведення робіт з інтенсифікації припливу нафти та газу (гідравлічний розрив пласта, солянокислотна обробка та ін.).

Сукупність дії перелічених чинників зумовлює неминучість обводнення пластів та свер­дловин за рахунок: просування поверхні водонафтового контакту в зону експлуатаційного фільтра, підходу нагнітальних або контурних вод до фільтра експлуатаційних свердловин по підошовній частині колектора або по найбільш проникних прошарках і тріщинах, ло­кального підтягування нижньої (підошовної) води і утворення конуса обводнення, приплив води з верхніх горизонтів через негерметичність експлуатаційної колони, а також по про­стору між породами та цементним каменем або колоною.

Шляхи проникнення води у свердловини визначають як за результатами геофізичних досліджень (нейтронні та імпульсні методи), так і використовуючи побічну інформацію: хімічний склад води, її мінералізацію (за хімічним аналізом) тощо.

Всі методи обмеження припливу пластових вод у свердловини за характером дії ізоляційного матеріалу умовно поділяються на селективні та неселективш.

До селективних відносять методи, які забезпечують зниження проникності лише водо-насичених інтервалів при проникненні ізоляційного матеріалу в пласт по всій його товщині. Методи даної групи основані на використанні селективних властивостей самих ізоляційних реагентів та характеру насиченості породи нафтою, газом або водою.

Частина з них передбачає використання речовин, які закупорюють лише водонасиче-ний поровий простір, завдяки їх розчинності у нафті і нерозчинності у воді (селективні ма­теріали). Більшість таких матеріалів складаються з твердих вуглеводнів - нафталін, па­рафін, стеаринова кислота, відходи виробництва поліетилену, смоляні полімери.

Друга частина методів цієї групи основана на використанні ізоляційних реагентів, які нерозчинні у нафті, але утворюють закупорюючі породу осади лише у водонасичених інтервалах пласта (матеріали селективної дії). До них відносять гідроксиди полівалентних та лужних металів (Mg(OH)₂, NaOH), гранульований магній, натуральні та синтетичні ла-текси, гіпан, метас, реагенти К-4, К-9, "Комета", суспензії глин, желатину та ін. Дія цих реагентів грунтується на проходженні обмінних реакцій з солями пластових вод, реакцій гідролізу, процесів коагуляції та флокуляції при змішуванні з пластовою водою, висолю­ванні полімерів, набуханні та зниженні розчинності.

427

Неселективні методи грунтуються на закачуванні в пласт декількох реагентів, здатних внаслідок хімічної взаємодії між собою або їх фізико-хімічних перетворень утворювати міцні та нерозчинні ізоляційні структури. Застосовуються різні модифікації цементних за­ливок, створення "мостів" та водоізоляційних екранів для запобігання прориву в свердлови­ну конуса підошовної води. Крім цементних суспензій, для реалізації цих методів викори­стовують також різні смоли ТСД-9, ТС-10, МФС, гіпаноформалінові суміші, суспензії, гли­ни та ін.

З технологічної точки зору всі ізоляційні матеріали поділяються на фільтруючі і нефільтруючі. Вважається, що при діаметрі порового каналу, меншого від трьох діаметрів дисперсної частинки ізолюючого матеріалу, остання не проникає в породу.

Якщо діаметр пори буде у 10 разів більший від діаметра частинки, то вона буде вільно пересуватись по порових каналах. До нефільтруючих ізоляційних матеріалів відносять: це­ментні розчини, суспензії глин.гранульований магній. Якщо вода надходить у свердловину по верхніх прошарках, то нижні перекривають тимчасовими "пробками" (піщані, глинисті, соляні), а потім під тиском по насосно-компресорних трубах закачують цементні розчини або смоли у верхні обводнені інтервали.

В разі обводнення нижніх прошарків на вибої встановлюють непроникний міст (проб­ку) , який повністю перекриває з боку свердловини обводнений інтервал. Для цього в основ­ному використовують цементні розчини і смоли. Об'єм ізолюючого матеріалу визначається об'ємом стовбура свердловини від штучного вибою до покрівлі непроникного шару порід, розташованих над обводненим інтервалом пласта.

У Івано-Франківському державному технічному університеті нафти і газу розроблена технологія створення такого моста на основі гранульованого магнію (діаметр гранул 0,5-1,6 мм). Магній, реагуючи як з мінералізованою, так і з прісною водою, утворює закупорюю­чий осад гідроксиду. Залишаючись інертним до вуглеводнів, він забезпечує селективність дії на водонасичені інтервали. На вибій свердловини гранули магнію доставляють у рідині-носії (нафта, вода, водний розчин поліакриламіду, поверхнево-активних речовин) по на­сосно-компресорних трубах або затрубному простору. Після двох діб, потрібних для реакції гідролізу і утворення міцної, непроникної ізолюючої структури, свердловину пускають в ро­боту. В разі необхідності цей термін можна скорочувати або подовжувати, заповнюючи по-ровий простір між гранулами магнію прискорювачами (водний розчин ортофосфорної кис­лоти, квасців, аміачної селітри) або сповільнювачами (водний розчин перманганату калію) реакції гідролізу.

Позитивною особливістю технології є можливість проведення робіт без зупинки та глушіння свердловини, без проведення спуско-підіймальних операцій. На рис. 15.1 показа­на технологічна схема створення такого мосту у свердловині, що експлуатується установ­кою штангового насоса. Технологія не має альтернативи для низькодебітних свердловин з пластовим тиском, меншим від гідростатичного, її використання запобігає забрудненню нафтогазонасичених інтервалів ізоляційним матеріалом та його насиченню робочими рідинами. Це досягається тим, що в процесі доставки гранул магнію по затрубному просто­ру на вибій свердловини режим роботи свердловинного насоса встановлюється таким, щоб відбирати на поверхню рідину-носій гранул магнію і пластову рідину. Швидкість висхідного потоку нижче прийому насоса повинна бути при цьому менша критичної швидкості псев-дозрідження:

428

де — прискорення вільного падіння, м/с²; — мінімальний діаметр гранул магнію, м; — відповідно густина гранул магнію (1740 кг/м³) і пластової рідини, кг/м³; — кінематична в'язкість пластової рідини, м²/с.

При створенні пробок (мостів) товщиною більш як 10 м з метою раціонального викори­стання магнію рекомендується його змішувати з кварцевим піском. Частка магнію в суміші повинна становити не менше 0,15. Загальна кількість гранульованого магнію, необхідна для створення ізолюючого моста, визначається за рівнянням:

Рис.15.1. Схема створення водоізоляційного мосту з використанням гранульованого магнію

429

де — площа перетину експлуатаційної колони по внутрішньому діаметру в інтервалі ус­тановки моста, м²; — відповідно товщина інтервалу пласта, що відсікається, і тов­щина зумпфа, м; п — частка магнію за масою його суміші з піском; - відповідно насипна (уявна) густина гранул магнію (960 кг/м³) та кварцевого піску (1650 кг/м³).

Для ущільнення пробки та зменшення П проникності доцільно перед пуском свердлови­ни в роботу створити протитиск на пласт закачуванням рідини у свердловину.

У випадках, коли в продуктивному пласті відсутні розділюючі непроникні прошарки і невідомі інтервали припливу води, для ізоляційних робіт необхідно використовувати пере­важно селективні матеріали, що забезпечують вибіркове закупорювання лише водонасиче-них (обводнених) інтервалів, каналів пласта. Найбільш поширеними серед них є водні роз­чини полімерів (латекс, гідролізований поліакриламід, гіпан) і різноманітні тампонуючі суміші на їх основі. Селективність їх дії базується також на властивості високопроникних інтервалів обводнюватися в першу чергу. Спрямованість введення ізолюючих матеріалів в обводнені інтервали досягається також шляхом дії на реологічні властивості пластових флюїдів. Так, при охолодженні пласта суттєво зростає в'язкість нафти і проявляється нень-ютонівський характер її течії, тоді як реологічні характеристики води майже не змінюються. Враховуючи, що основні сили опору потоку проявляються біля стовбура сверд­ловини, достатньо охолодити привибійну зону пласта і закачуваний ізоляційний матеріал буде переважно проникати саме у водонасичені інтервали. Охолодження досягається попе­реднім перед закачуванням ізоляційного матеріалу проведенням у свердловині ендо­термічної реакції розчинення у воді нітрату амонію (аміачної селітри) або його суміші з се­човиною. Обидва продукти виробляються промисловістю у гранульованому вигляді і мають досить високий тепловий ефект і добру розчинність. Для охолодження пласта, що забезпе­чує ефективність процесу, залежно від діаметра експлуатаційної колони (146 або 168мм) і пластової температури (від 40 до 70°С) маса аміачної селітри становить 20-30 кг на 1 м тов­щини пласта. Оптимальний радіус обробки водонасиченої частини пласта повинен стано­вити 5-10 м, що відповідає витраті 30-50 м³ полімеру на 1 м водонасиченої товщини пласта.

У свердловинах, де має місце підтягування конуса підошовної води, доцільно створюва­ти водоізоляційні екрани на межі контакту нафта-вода або газ-вода. У ролі ізоляційного ма­теріалу для одержання екрана використовують цементні та глинисті суспензії, гранульова­ний магній, в'язкі нафти, синтетичні смоли, поліакриламід, гіпан, гіпано-формалінові суміші та ін.

Для поліпшення системи розробки родовищ в цілому ізоляційні роботи доцільно прово­дити не лише у видобувних свердловинах, але і в нагнітальних, вирівнюючи таким чином фронт витіснення нафти по пласту.

Розглянуті методи можуть бути ефективними і надійними, якщо забезпечено систем­ний підхід до організації, а саме: вибір об'єктів або свердловин повинен грунтуватися на де­тальному розгляді ретроспективної інформації щодо її будівництва, експлуатації, ефектив­ності проведення попередніх PIP, на даних результатів промислових і геофізичних досліджень, які підтверджують інтервали обводнення та повноту їх відпрацювання, на знанні технічного стану свердловини.

Вибір методу необхідно здійснювати, враховуючи також відповідні можливості: на­явність відповідної техніки, обладнання та матеріалів, певного досвіду обслуговуючого пер­соналу. До і після ізоляційних робіт обов'язкове проведення досліджень свердловини, вклю­чаючи заміри дебітів, відмітки вибою, зняття профілю припливу або поглинання. В кожно­му випадку необхідна також техніко-економічна оцінка ефективності заходу.

430