Технологии воздействия на карбонатный коллектор с целью ограничения водопритока и интенсификации добычи нефти
Г.С. Дубинский,
кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник, Институт стратегических исследований Республики Башкортостан
В статье сделан краткий обзор причин недостаточной продуктивности скважин и потребности в интенсификации добычи нефти. Сделан анализ интенсификации притока нефти из карбонатных пластов с применением комплексных обработок, сочетающих ограничение водопритока и интенсификацию работы нефтенасыщенных интервалов продуктивных пластов. Отмечено, что способы увеличения эффективности стимулирования работы скважин и интенсификации разработки залежей нефти следует выявлять среди комплексных технологий воздействия на продуктивные пласты. Приведены результаты лабораторных экспериментов по воздействию солянокислотными составами на карбонатные образцы коллекторов. Установлено, что эффективность кислотного воздействия на образцы керна с небольшой проницаемостью выше, чем после обработки высокопроницаемых образцов. Наличие системы трещин в карбонатных отложениях требует применения технологических приемов или кислотных составов, обеспечивающих снижение проникновения в трещины соляной кислоты с целью выравнивания фронта обработки карбонатного пласта. Выявлено, что наиболее корректным является воздействие с замедлителями и отклонителями кислоты. Указана перспективность создания и применения технологий регулирования профиля притока в добывающих скважинах для интенсификации добычи нефти, комплексирующих физико-химическое адресное воздействие с использованием изоляционных и стимулирующих составов на прослои с разной проницаемостью и насыщенностью. Для увеличения результативности комплексной технологии ограничения водопритока и интенсификации добычи нефти предлагается комплексирование методов снижения проницаемости промытых водой каналов и интенсификации фильтрации в нефтенасыщенных пластах, с подбором сочетаний для конкретных условий. Отмечена эффективность комплексного воздействия в карбонатных коллекторах при учете особенностей этих пород. Увеличение глубины соляно-кислотного воздействия может быть достигнуто применением химических реагентов, в частности, замедлителями и отклонителями кислоты.
Ключевые слова: карбонаты, призабойная зона пласта, солянокислотная обработка, исследование солянокислотного воздействия на карбонатный керн
карбонатный коллектор добыча нефть
TECHNOLOGIES OF IMPACT ON CARBONATE RESERVOIR IN ORDER TO LIMIT WATER INFLOW AND INTENSIFY OIL PRODUCTION
The article gives a brief overview of the reasons for the lack of oil well productivity and the need to intensify oil production. Analysis of the intensification of oil inflow from carbonate layers is made using complex treatments that combine the restriction of water inflow and the intensification of the oil-saturated intervals of productive layers. It is noted that the use of integrated technologies is a possible way to increase the efficiency of well stimulation and, in general, the development of hydrocarbon deposits. The results of laboratory experiments are presented concerning the action of hydrochloric acid compositions on carbonate samples of the reservoirs. It is found out that the efficiency of acidic action on core samples with low perme-ability is greater than after processing highly permeable samples. The presence of a system of cracks in carbonate deposits requires the use of technological techniques or acid compositions that reduce the penetration of hydrochloric acid into the cracks in order to align the processing front of the carbonate formation. It is revealed that the impact with retarders and acid moderators is the most correct. As pointed out, it is promising to create and apply technologies that regulate the inflow profile in producing wells for intensifying oil production and combine physical and chemical targeted effects with the use of insulating and stimulating compositions on the layers with different permeability and saturation. In order to increase the effectiveness of the integrated technology of water inflow restriction and intensification of oil production, it is proposed to combine methods for reducing the permeability of water-washed channels and intensification of filtration in oil-saturated ones with the selection of combinations for specific conditions. The efficiency of the combined action in carbonate reservoirs is noted when taking into account the features of these rocks. An increase in the depth of hydrochloric acid exposure can be achieved through the use of chemical reagents, in particular, retarders and acid moderators.
Key words: carbonates, bottom-hole formation zone, hydrochloric acid treatment, investigation of hydrochloric acid impact on carbonates
В настоящее время большая доля основных разрабатываемых нефтяных месторождений России находится в стадии падения объемов добычи нефти и высокого обводненения продукции скважин. И существует необходимость вовлечения в разработку прослоев и пропластков, насыщенных нефтью, в которых произошло ухудшение фильтрационно-емкостных свойств (ФЕС), а извлечение нефти из них усложнено из-за малой проницаемости, неоднородности распределения ФЕС и очень быстрого роста обводнения продукции. В процессе разработки пластов, обладающих высокой изменчивостью по нефтенасыщенности и проницаемости по зонам и интервалам, как правило, происходит опережающее движение воды по высокопроницаемым поровым и трещинным каналам к скважинам, из-за чего средне- и низкопроницаемые нефтенасыщенные зоны и пропластки оказываются исключенными из процесса фильтрации. Поэтому для нормализации процесса разработки нефтяных залежей необходимы разработка и внедрение способов и технологий реанимации и увеличения продуктивности скважин. В качестве возможного способа увеличения эффективности стимулирования работы скважин и в целом разработки залежей углеводородов выступает применение комплексных технологий, позволяющих корректировать процесс притока пластовых флюидов к забоям скважин и управлять им [1-6].
В карбонатных коллекторах, как правило, залежи нефти и газа по характеру геологического строения и ФЕС относятся к очень сложным [4, 6-8]. Распространение проницаемых прослоев по толщине и площади не имеет какой-либо закономерности. Пустотное пространство в карбонатах бывает связано с широко развитым выщелачиванием, формирующим кавернозность образцов, либо с трещиноватостью. Характерным для карбонатного коллектора является порово-каверново-трещинный тип. Карбонатные пласты неоднородны по литологическому составу, коллекторским свойствам, насыщение нефтью неравномерное (рис. 1). Таким образом, запасы нефти в карбонатах попадают большей частью в группу трудноизвлекаемых запасов (ТрИЗ), зачастую осложненных высокой вязкостью пластовой нефти и другими геолого-технологическими факторами.
Рис. 1. Образцы нефтенасыщенного керна из карбонатного пласта-коллектора, отобранного на одном из нефтяных месторождений Башкортостана
В геологическом разрезе на территории Башкортостана выделен ряд карбонатных комплексов с нефтяными залежами и значительными запасами. Примерно треть всех известных залежей нефти в платформенной зоне Башкортостана приурочена к карбонатным коллекторам (известняки и доломиты) фаменского возраста, более 25% приходятся на турнейские отложения. Высокая степень неоднородности, низкая проницаемость, сложная структура порово-трещинного пространства, неоднородность коллекторских характеристик и ФЕС обусловливает особенности карбонатных комплексов и негативно влияет на показатели разработки углеводородных залежей [7].
Высокая вязкость и значительное содержание асфальто-смоло-парафинистых веществ (АСПВ) дополнительно осложняет добычу нефти из малопродуктивных скважин. Естественное падение величины дебитов скважин месторождений, находящихся на завершающей стадии разработки, ведет к росту малодебитного фонда и его доли в общем количестве скважин во всех основных нефтегазодобывающих регионах России, в том числе и Башкортостане. Падение добычи нефти вызывают следующие причины:
- обводнение продуктивных нефтенасыщенных пластов и постепенная их выработка, обводнение продукции скважин различного происхождения;
- падение пластового давления в залежах, особенно в тех зонах, где нет поддержания давления или закачка воды не компенсирует отбор жидкости из пласта;
- нарастание количества скважин, принятых в эксплуатацию, с низким начальным дебитом по нефти, т. е. вскрывших пласты с низкими ФЕС;
- рост доли трудноизвлекаемых запасов.
В этой связи увеличение результативности технологий интенсификации притока нефти превращается в одну из самых актуальных и важных задач [1-6]. Анализ накопленного в России опыта применения методов (технологий) интенсификации добычи нефти (МИДН или ТИДН) показывает наличие значительных ресурсов увеличения эффективности этих технологий. Было определено, что конкретные геолого-физические условия для каждой скважины и пласта существенно влияют на эффективность технологии обработки призабойной зоны пласта (ПЗП), на-правленной на интенсификацию добычи нефти, имеет значение и соответствие применяемой технологии геологическим условиям [1-6, 9-16].
В промысловой практике воздействие на ПЗП в карбонатных коллекторах осуществляется разнообразными химическими методами. Примечательно, что вариаций такого воздействия больше, чем среди технологий ИДН в терригенных коллекторах. Среди них модификации кислотного воздействия (КВ) - основные методы. Широко применяемыми являются следующие:
- стандартные обработки соляной кислотой (СКО);
- направленные обработки соляной кислотой разовые или циклические;
- нагретой кислотой с использованием реакторов, заполненных гранулированным или стержневым магнием (термокислотные - ТКО);
- аэрированной или газированной кислотой (пенокислотные - ПКО);
- на основе нефтекислотной эмульсии (НКЭ) или нефтекислотные.
Эффективность применяемых ТИДН уменьшается по следующим причинам [1-3, 9, 14-18]:
- поглощение рабочих растворов высокопроницаемыми или уже обработанными интервалами пласта;
- быстрый прорыв воды к забою скважины по высокопроницаемым интервалам пласта после обработки ПЗП;
- неполное удаление продуктов химических реакций из ПЗП после проведения обработки;
- быстрая потеря реакционной способности растворов и неэффективность повторных СКО в карбонатах.
В лабораторных условиях были исследованы керны, отобранные в отложениях башкирского яруса. В башкирском ярусе, как и в прочих горизонтах, распространение проницаемых прослоев по толщине и площади не имеет какой-либо определенной закономерности. Часто имеют хорошо развитые системы трещин, обусловленную выщелачиванием пустотность, образующую развитую кавернозность пласта. Эти трещинно-кавернозно-поровые пространства чаще бывают распределены неравномерно, но иногда может наблюдаться некоторая равномерность распределения, связанная с генезисом горной породы.
Образцы кернового материала после экстрагирования сушили до постоянной массы. Через подготовленные таким образом керны фильтровали модель пластовой воды и измеряли проницаемость (ко), затем вычисляли пористость по объему воды, который закачали в исследуемый образец керна, до выхода воды на втором торце керна. Далее закачивалась нефть и по объему вытесненной воды определяли остаточную водонасыщенность и нефтенасыщенность образца. Следующий этап имитировал солянокислотную обработку: через керн фильтровали солянокислотный раствор. После выдержки времени реакции кислоты замерялась проницаемость для модели пластовой воды (ка). В экспериментах использовано несколько различных соляно-кислотных композиций: 15%-ный раствор соляной кислоты; 15%-ный раствор соляной кислоты с добавкой замедлителя кислоты; другие солянокислотные композиции.
Проницаемость ка для исследуемых образцов изменялась в диапазоне от 0,0004^0,1 мкм2 до 10^15 мкм2 (практически незамеряемая величина при прорыве воды через керн). Это явление объясняется высокой неоднородностью исследуемого кернового материала, имеющего значительную трещиноватость и кавернозность. При проницаемости образца керна более 0,05 мкм2 отмечается резкое падение эффективности кислотного воздействия «незамедленной» соляной кислотой. При ис-пользовании кислоты с замедлителем эффективность сохранялась при проницаемости до 0,06^0,08 мкм2. Пористость образцов карбонатного керна после кислотного воздействия возрастала в 1,08^1,14 раз. В отдельных случаях прорыв кислоты приводил к росту эффективности кислотного воздействия, что можно объяснить появлением значительных по размеру каналов фильтрации (червоточин, промоин), соединяющих ранее не участвовавшие в фильтрации нефтенасыщенные каверны.
Полученные результаты показали, что наличие системы трещин в карбонатных отложениях требует применения технологических приемов, обеспечивающих изоляцию этих трещин перед закачкой солянокислотной композиции с целью постоянного или временного уменьшения трещинной проницаемости обрабатываемого карбонатного пласта. Или необходимо использование композиционных составов, регулирующих движение и скорость реакции кислоты с минеральным скелетом коллектора [1, 9, 10]. Такая технология позволяет увеличить глубину проникновения активного солянокислотного состава в матрицу породы.
Разработка инновационных технологий, основанных на новых рецептурах действующих растворов, является очевидным путем улучшения технологий обработки ПЗП (ОПЗП) для интенсификации добычи нефти [1, 2, 9-11]. Применение таких ОПЗП должно решать следующие задачи: