Классификация методов ограничение притока пластовых вод

Ограничение притока воды к забоям добывающих скважин является одной из важнейших проблем в системе мероприятий по повышению эффективности разработки нефтяных и газовых месторождений и увеличению нефте - и газоотдачи пластов. В скважинах, эксплуатирующих несколько продуктивных пластов одновременно, обводнение происходит неравномерно – вода продвигается по более проницаемым пропласткам и прослоям. Во многих случаях поступление воды по таким пропласткам происходит настолько интенсивно, что создается впечатление полного обводнения скважины. В таких условиях происходит неравномерная выработка отдельных пластов.

Не меньший вред нормальной эксплуатации залежи и скважин наносит подошвенная вода. Она конусообразно затягивается в призабойную зону и поступает в скважину через нижние отверстия интервала перфорации эксплуатационной колонны. Обводнение скважин при этом из года в год прогрессирует. Преждевременное обводнение скважин (не связанное с полной выработкой пласта) уменьшает конечную нефте - и газоотдачу, приводит к большим затратам на добычу попутной воды и подготовку нефти и газа.

Большое разнообразие и сложность путей обводнения нефтяных и газовых скважин обуславливает трудность решения проблемы, которая ещё больше усугубляется отсутствием надежных методов определения путей поступления воды в скважину. В условиях сложного геологического строения залежей и пластов наблюдается все многообразие форм поступления воды, основными из которых являются:

1) обводнение скважин за счет подтягивания подошвенной воды (образование конуса обводнения);

2) обводнение скважин за счет опережающего продвижения воды по наиболее проницаемым пропласткам одного пласта (образование языков обводнения);

3) обводнение скважин за счет первичного обводнения высокопродуктивных пластов при объединении двух и более продуктивных пластов в один объект разработки;

4) обводнение скважин по некачественному цементному кольцу. При этом скважины обводняются как водами эксплуатационного пласта, так и водами выше- и нижележащих водоносных горизонтов.

В последние годы в нефте - и газодобывающей промышленности изысканию методов ограничения водопритоков к забоям скважин уделяется все больше внимания. Методы ограничения притока вод в скважины в зависимости от характера влияния закачиваемой водоизолирующей массы на проницаемость нефте- и газонасыщенной части пласта, вскрытого перфорацией, делятся на селективные и неселективные.

Селективные методы изоляции (СМИ) – это такие методы, когда используют материалы, которые закачивают во всю перфорационную часть пласта. При этом образующийся осадок, гель или отверждающее вещество увеличивают фильтрационное сопротивление только в водонасыщенной части пласта, а закупорки нефтяной или газовой части пласта не происходит. При СМИ нет необходимости производить повторную перфорацию. Классификация СМИ по функциональному назначению, химической природе и принципу образования закупоривающего материала приведена на рис. 13.1.

С учетом механизма образования водоизолирующих масс можно выделить пять селективных методов (на примере ограничения притока вод в нефтяные добывающие скважины):

1. Методы селективной изоляции, основанные на образовании водоизолирующей массы, растворимой в нефти и нерастворимой в водной среде. Рекомендуется использовать такие материалы, как нафталин, парафин, растворенные в анилине, креозоле, ацетоне, спирте или другие пересыщенные растворы твердых углеводородов в растворителях. Применяются вязкие нефти, эмульсии и другие нефтепродукты, нерастворимые соли и латексы типа СКД-1.

2. Методы селективной изоляции, основанные на образовании закачиваемыми в пласт реагентами осадков в водонасыщенных зонах. Предлагается закачивать неорганические соединения типа FeSO₄, M₂Sio₃ (M – одновалентный щелочной металл), которые, реагируя между собой в водной среде, образуют гидрат закиси железа и силикагель. Более прочную массу образуют кремнеорганические олигомеры, оказывающие продолжительный эффект воздействия.

Рис. 13.1 - Классификация селективных методов изоляции обводнившихся пластов по физико-химическим свойствам водоизолирующего материала

3. Методы, основанные на взаимодействии реагентов с солями пластовых вод. На осаждении и структурировании ионами поливалентных металлов Ca⁺², Mg⁺², Fe⁺² и других основаны методы ограничения движения воды в пласте с применением таких высокомолекулярных соединений, как производные целлюлозы и акриловых кислот. В контакте с приведенными катионами высаживается из раствора ряд сополимеров полиакриловой и метакриловой кислот с высокой степенью гидролиза. В нефтяной среде они сохраняют свои первоначальные физические свойства, обеспечивая тем самым селективность воздействия на нефтеводонасыщенный пласт.

4. Методы, основанные на взаимодействии реагента с поверхностью породы, покрытой нефтью. К этой группе относятся способы ограничения притока воды с использованием частично гидролизованного полиакриламида (ПАА), мономеров акриламида, гипано-формальдегидной смеси (ГФС) и др. Механизм методов заключается в том, что при адсорбционном и механическом удерживании полимера в пласте величина остаточного сопротивления зависит от минерализации воды, молекулярной массы полимера, степени гидролиза и проницаемости пористой среды. Величина остаточных сопротивлений в нефтенасыщенной части пород на порядок ниже, чем в водонасыщенных, что объясняется сродством частиц полиакриламида с органическими соединениями нефти. Кроме того, в нефтенасыщенной части пласта ухудшаются условия для адсорбционного и механического удерживания частиц полимера породой вследствие присутствия на поверхности раздела углеводородной жидкости.

5. Методы, основанные на гидрофобизации поверхности пород призабойной зоны с применением ПАВ, аэрированных жидкостей, полиорганосилоксанов и других химических продуктов. Общий механизм заключается в гидрофобизации пород, приводящей к снижению фазовой проницаемости пород для воды, в образовании пузырьков газа, которые легко разрушаются в присутствии нефти.

Неселективные методы изоляции (НСМИ) – это такие методы, где используются материалы, которые независимо от насыщенности среды нефтью, водой или газом образуют экран, не разрушающийся со временем в пластовых условиях. Основное требование при НСМИ – точное выделение обрабатываемого обводненного интервала и исключение снижения проницаемости продуктивной нефтенасыщенной или газонасыщенной части пласта. Классификация НСМИ по физико-химическим свойствам водоизолирующего материала приведена на рис. 13.2.

В качестве водоизолирующих материалов используют следующие группы реагентов.

1. Водоизолирующие материалы на основе отверждающих систем в полном объеме пласта:

- цементные составы;

- смолы (фенолформальдегидные смолы типа ТСД-9 и ТС-10; жидкие формальдегидные смолы типа СФЖ-3012, ВР-1, ГТМ-3; мочевиноформальде-гидные смолы и др.);

- составы с образованием водоизолирующей массы в результате взаимодействия закачиваемых реагентов (закачка жидкого стекла с соляной кислотой и др.).

2. Водоизолирующие материалы на основе осадкообразующих систем.

3. Технические средства.

4. Технические средства с водоизолирующими материалами.

Рис. 13.2 - Классификация неселективных методов изоляции пластовых вод по физико-химическим свойствам водоизолирующего материала