CC BY
47
УДК 662.2:662.76
А. А. Марсов, Ф. А. Губайдуллин
ФИЛЬТРАЦИОННЫЕ ИСПЫТАНИЯ ПОРОШКОВОЙ КОМПОЗИЦИИ АЦМ ДЛЯ ИЗОЛЯЦИИ
ВОДОПРИТОКОВ В ДОБЫВАЮЩИХ СКВАЖИНАХ И БЛОКАДЫ ОБВОДНЕННЫХ ПЛАСТОВ
В НАГНЕТАТЕЛЬНЫХ СКВАЖИНАХ
Ключевые слова: методики, лабораторное тестирование, естественные девонские керны, нефтеотмывающие и фильтрационные свойства, потокоотклоняющий реагент.
Объектом исследования является реагент АЦМ (порошковая композиция на основе активной целлюлозной муки), предлагаемый для изоляции водопритоков в добывающих скважинах и блокады обводненных пластов в нагнетательных скважинах. Цель работы - фильтрационные испытания данного реагента. Основной метод исследования - лабораторные испытания, для проведения которых использовалась стандартная аппаратура.
Keywords: techniques, the laboratory testing, natural Devonian cores, petrowashing andfiltrationalproperties, the reagent rejecting a
stream оf water.
Object of research is the ACM reagent (powder composition on the basis of active cellulose meal) offered for isolation of water inflows in production wells and blockade of the flooded layers in delivery wells. The work purpose -filtrational tests of this reagent. The main method of research - laboratory researches for which carrying out the standard equipment was used.
ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ
Введение
Решение проблемы сохранения высоких темпов добычи углеводородного сырья на истощенных месторождениях с низкими дебитами и повышенной обводненностью связано с применением методов увеличения отдачи пластов и водоизоляционных работ [1-3]. В направлении повышения нефтеотдачи пластов ведутся исследовательские работы по созданию технологий и технических средств с применением энергонасыщенных материалов [4-16]. Для проведения водоизоляционных работ в добывающих и блокады обводненных пластов в нагнетательных скважинах применяют гелеобразующие композиции на основе водорастворимых полимеров и солей поливалентных катионов - инициаторов структурообразования. В качестве водорастворимых полимеров используют, например, полиакриламид, полисахариды, полиметакриламид, производные целлюлозы, в качестве солей поливалентных катионов - ацетаты, нитрилотриацетаты, тартраты, хромат и бихромат аммония, хроматы и бихроматы щелочных металлов, хромовые и алюмокалиевые квасцы.
Из предыдущего уровня техники известна целлюлозная мука для изоляции водоносных или обводненных пластов для повышения нефтеотдачи, в состав которой входят микроволокнистый порошковый продукт на основе однолетних целлюлозосодержащих растений, минеральная высокодисперсная гидрослюда и стабилизирующая термостойкая солестойкая полимерная добавка [17].
Состав по данному изобретению имеет ряд существенных недостатков:
• водозоляционный экран (гидрогель) на основе целлюлозной муки образуется только при добавлении в технологический раствор соляной
кислоты, имеет невысокие прочностные характеристики и разрушается в течение 3-х суток, что требует до закрепления цементом при проведении ремонтно-изоляционных работ;
• время образования водозоляционного экрана практически мгновенное, в связи с чем существует вероятность необратимой закупорки насосно-компрессорных труб и самого ствола скважины;
• технологический раствор нестабилен при температуре более 95оС и минерализации пластовой (закачиваемой) воды более 250 мг/литр.
Известен гелеобразующий состав для ограничения водопритока в добывающей скважине на основе полисахарида, соединения поливалентного металла и воды [18]. В качестве полисахарида в известном составе используют ксантан, продуцируемый микроорганизмами типа Xanthomonas campestris, в качестве соединения поливалентного металла используют ацетат хрома и/или хромкалиевые квасцы при соотношении 1:1 в воде с минерализацией 0,5-100г/л.
К недостаткам данного состава, влияющим на его технологическую эффективность, относятся следующие: невозможность получения в пластовых условиях (при закачке) стабильного по составу ксантана и неоправданно длительная технологическая выдержка после окончания работ (от 3 до 10 суток), необходимая, по-видимому, для завершения процесса гелеобразования в пласте.
Наиболее эффективным по достигаемому техническому результату является порошковый состав для разработки неоднородного нефтяного пласта [19]. Состав может содержать полимер акриламида, либо ксантановую камедь, либо карбоксиметилоксиэтилцеллюлозу. В качестве структурообразующего компонента используется полиоксиалюминиум хлорид. Указанный состав
имеет следующее соотношение компонентов, мас.%: полимер акриламида, либо ксантановая камедь, либо карбоксиметилоксиэтилцеллюлоза - 83,0; полиоксиалюминиум хлорид - 17,0.
Вышеуказанный порошковый состав с помощью водоструйного насоса (эжектора) смешивается с водой и, в виде дисперсии подается в нагнетательную линию, куда через байпасную линию подается готовый водный раствор полиоксиалюминиум хлорида. Полученная композиция подается через насосно-компрессорные трубы на забой нагнетательной скважины. Получаемая композиция представляет собой двухфазную дисперсию коллоидных частиц (ДКЧ), образующуюся за счет межмолекулярного взаимодействия порошковой суспензии и поливалентных катионов полиоксиалюминиум хлорида.
Предполагается, что ДКЧ должна эффективно блокировать высокопроницаемые обводненные участки пласта и, тем самым перенаправлять потоки нефтевытесняющего флюида (закачиваемой воды) в менее проницаемые участки пласта-коллектора нефти.
Из нефтепромысловой практики известно, что перенаправление потока закачиваемой воды в менее проницаемые, ранее не эксплуатируемые участки пласта приводит к увеличению нефтеотдачи.
Однако указанный состав имеет существенный недостаток, снижающий его эффективность для повышения нефтеотдачи: недостаточная протяженность создаваемого водоизоляционного экрана за счет неэффективной фильтрационной способности ДКЧ, имеющей неоднородную двухфазную коллоидную структуру.
Целью настоящей работы является исследование фильтрационных, водоизолирующих характеристик порошковой композиции АЦМ (активная целлюлозная мука), включающей
карбоксилсодержащий модифицированный
полисахарид, доломитовую муку и бихромат калия. Разработанная композиция АЦМ позволяет повышать отбор нефти за счет увеличения протяженности водоизоляционного экрана и повышения его прочностных характеристик.
Экспериментальная часть
Композиция АЦМ включает в себя модифицированный полисахарид, содержащий карбоксильные группы в количестве не менее 15мас.%, и молекулярной массой не ниже 3,0 *106, получаемый сополимеризацией алифатических моно- и дикарбоновых кислот с продуктом гидролиза целлюлозосодержащего растительного сырья, доломитовую муку с содержанием катионов кальция не менее 35мас.% и бихромат калия при следующем соотношении компонентов в муке, мас.%:
Модифицированный полисахарид 3,0-30,0 Доломитовая мука 95,5-61,0 Бихромат калия 1,5-9,0 Фильтрационные исследования проводились на установке "Core Lab"(США), по методике ООО «ТЭКСИМ», которая включает в себя тестирование
фильтрационных и водоизоляционных свойств составов на естественных кернах извлеченных из горных пород в лабораторных условиях.
1. Для исследования отобрали цилиндрические образцы терригенного керна с ненарушенной структурой, диаметром не менее 27 мм, длиной не менее 300 мм
2. Образцы керна, содержащие углеводороды, очищались от них путем экстрагирования в аппарате Сокслетта. В качестве растворителей использовались хлороформ и спиртобензольная смесь в соотношении 1:2. [ГОСТ 26450.0-85].
3.Газопроницаемость керна определялась по [ГОСТ 26450.2-85].
4. Остаточная водонасыщенность (содержание "связанной" воды в керне) определялась по [ОСТ 39-204-86] методом центрифугирования.
5. Подобранный образец керна помещался в вертикальный кернодержатель с боковым гидрообжимом для моделирования горного давления.
Для исключения влияния проницаемости (по воздуху) подобранных образцов керна для оценки эффективности использовались безразмерные коэффициенты равные отношению перепадов давлений при фильтрации Перепад давления на керне определялся на основании 10 замеров. Объемная дозировка раствора АЦМ была постоянной - 1 см3/мин. Фильтрацию раствора АЦМ через керны проводилась в следующем порядке:
- Предварительное насыщение кернов безводной девонской нефтью (сверху - вниз) вертикального кернодержателя, в объеме 50 мл. Замер перепада давления через каждые 5 мл - Рн;
- Закачка в нефтенасыщенный керн 50 мл пресной воды для вытеснения в том же направлении. Замер перепада давления через каждые 5 мл воды - Р*в;
- Закачка раствора АЦМ в количестве 50 мл в том же направлении. Замер перепада давления через каждые 5 мл- Рр;
- Закачка 50 мл пресной воды. Замер перепада давления через каждые 5 мл - Рв;
- Закачка в обратном направлении 30 мл пресной воды. . Замер перепада давления через каждые 3 мл - Рв;
- Далее испытуемый керн извлекался и помещался в чистый кернодержатель, через который закачивалось 100 мл авиационного керосина. Замер перепада давления (Рк) через каждые 10 мл и отбор каждой порции керосина для оценки остаточной нефтенасыщенности путем сравнения оптических плотностей керосина и коэффициента светопоглощения исходной нефти (Ксп).
При проведении фильтрационных испытаний композиции АЦМ на кернах, по экспериментальным данным перепадов давления, определялись следующие параметры:
• ФС (фактор сопротивления) - отношение перепада давления при фильтрации композиции АЦМ к перепаду давления при фильтрации воды до воздействия, ФС = Рр /Рв.
• ОФС(остаточный фактор сопротивления) -отношение перепада давления при фильтрации до воздействия к подвижности воды после воздействия композицией, ОФС = Р*в /Рв.
Высокие значения остаточного фактора сопротивления при минимальных концентрациях композиции АЦМ в растворе свидетельствуют о высокой потенциальной технологической эффективности ее применение при проведении работ по изоляции водопритоков и блокады обводненных пластов в скважинах.
Другими показателями эффективности композиции АЦМ при фильтрационных испытаниях являются также следующие безразмерные параметры:
• ФН (фактор набухания), ФН = =Рв/Рр -степень увеличения фильтрационных сопротивлений при фильтрации воды после закачки композиции АЦМ по сравнению с таковыми при фильтрации этой композиции.
• ФК (фактор кольматации), ФК = Рв /Рв, характеризующий глубину проникновения композиции АЦМ в пористой среде пласта.
• При ФК < 1 изолируется только входная часть керна, это подтверждается экспериментально, когда перепад давления после воздействия при обратной фильтрации меньше или равен таковому при начальной фильтрации воды.
Таблица 1 - Результаты тестирования АЦМ
Параметры Единицы измерения 0,1% р-р АЦМ в ст. воде, остановка 18 ч 0,2%р-р АЦМ в ст. воде, остановка 18 ч
Количество опытов 3 3
Температура оС 25 25
Расход жидкостей смз/мин 1 1
Проницаемость кернов мкм2 360,5 360
Пористость кернов % 20,1 20,4
АРср 1 этап Рн МПа 0,54 0,30
АРср 2 этап Р*в МПа 0,51 0,22
АРср 3 этап Рр МПа 8,93 6,71
АРср 4 этап Рв МПа 8,57 6,28
АРср 5 этап ^Р*в МПа 0,99 0,81
АРср 6 этап Рк МПа 0,4 0,19
Фактор сопротивления ФС (Рр/Рв) б/р 17,5 30,5
Остаточный фактор сопротивления ОФС (Р*в/Рв) б/р 16,8 28,5
Фактор кольматации ФК (¿Р*в/Рв) б/р 1,96 3,66
Фактор набухания ФН (Р*в/Рр) б/р 0,96 0,94
Коэффициент вытеснения нефти % 57,7 57,3
Для проведения фильтрационных испытаний на девонских кернах был приготовлен 0,5% раствор АЦМ в модели сточной воды с плотностью 1,071г/см3 . Однако, опыт пришлось остановить из-за резкого возрастания давления (до 175,9 атм.) при фильтрации композиции на основе АЦМ через
естественный керн. В связи с этим концентрация АЦМ в растворе была снижена. Проведены две серии опытов с концентрацией реагента 0,1% 0,2% по массе.
В таблице 1 приведены основные условия и результаты тестирования на девонских кернах фильтрационных свойств композиции АЦМ.
Заключение
Полученные высокие значения фактора сопротивления и остаточного фактора сопротивления свидетельствуют о том, что композиция АЦМ с концентрацией 0,1-0,2% по массе обладает хорошим фильтрационным сопротивлением.
Величина фактора кольматации намного выше единицы, следовательно, композиция фильтруется вглубь керна, а не ограничивается входной частью его.
Абсолютные значения коэффициента вытеснения нефти не столь велики, но учитывая высокие значения фактора сопротивления и, особенно, остаточного фактора сопротивления можно ожидать высоких коэффициентов повышения нефтеотдачи в результате закачки композиции АЦМ.
Литература
1. С.В. Чипига, И.Ф. Садыков, А.А. Марсов, А.А. Мокеев // Вестник Казанского технологического университета, 15, 7, 168-170 (2012).
2. Р.Ш. Гарифуллин, В.Я. Базотов, А.С. Сальников, А.А. Мокеев, И.Д. Ахмадиев // Вестник технологического университета, 18, 21, 72-73 (2015).
3. С.В. Чипига, И.Ф. Садыков, А.А. Марсов, А.А. Мокеев // Вестник Казанского технологического университета, 15, 24, 126 (2012).
4. А.А. Косарев, А.А. Мокеев, Д.К. Гильмутдинов, О.С. Шаклеина // Вестник Казанского технологического университета, 18, 17, 77-79 (2015).
5. А.А. Мокеев, А.С. Сальников, С.В. Платонов, А.П. Евдокимов, Н.И. Торуткина // Взрывное дело, № 113-70, 183-190 (2015).
6. В.Я. Базотов, А.А. Мокеев, А.В. Станкевич, Т.П. Евсеева, А.П. Евдокимов. Изучение параметров функционирования коаксиально-слоевого кумулятивного заряда промышленного назначения // Взрывное дело. - 2015. - № 114-71. - С. 242-251.
7. Р.Ш. Гарифуллин, В.Я. Базотов А.С. Сальников, А.А. Мокеев, М.Р. Файзуллина // Вестник Казанского технологического университета, 17, 18, 109-110 (2014).
8. Р.Ш. Гарифуллин, В.Я. Базотов А.С. Сальников, А.А. Мокеев, М.Р. Файзуллина // Вестник Казанского технологического университета, 17, 18, 180-182 (2014).
9. Р.Ш. Гарифуллин, В.Я. Базотов, А.С. Сальников, А.А. Мокеев, М.Р. Файзуллина // Вестник Казанского технологического университета, 17, 18, 186-188 (2014).
10. А.А. Мокеев, А.С. Сальников, Л.Х. Бадретдинова, А.П. Евдокимов // Вестник Казанского технологического университета, 17, 15, 95-97 (2014).
11. А.А. Мокеев, А.С. Солдатова, Л.Х. Бадретдинова, И.Ф. Садыков, А.А. Марсов // Взрывное дело, №107-64, 49-59 (2012).
12. Р.Ш. Гарифуллин, В.М.Борисов, А.А. Мокеев, А.С. Сальников // Взрывное дело, № 107-64, 60-68 (2012).
13. Р.Ш. Гарифуллин, В.Я. Базотов, А.А. Мокеев, А.С. Сальников // Взрывное дело, 106-63, 252-258 (2011).
14. С.В. Чипига, И.Ф. Садыков, А.А. Марсов, А.А. Мокеев // Вестник Казанского технологического университета, 15, 6, 174-177 (2012).
15. Figovsky O. Production of polymer nanomembranes by super deep penetration method / Figovsky O, Gotlib E, Pashin D, Mokeev A. // Chemistry and Chemical Technology. 2012. Т. 6. № 4. С. 393-396.
16. Figovsky, O.L. Super deep penetration - new method of nanoreinforced composites producing based on polymer matrixes / O.L. Figovsky, E.M. Gotlib, E.C. Ilicheva, A.A. Mokeev // Инженерный вестник Дона.- Ростов-на-Дону, 2014, т.31, №4-1, С.133-137.
17. Губайдуллин Ф.А. Целлюлозная мука для изоляции водоносных и обводненных пластов с целью повышения нефтеотдачи пластов и способ ее получения /
Губайдуллин Ф.А., Кашаев Р.А. // Патент РФ на изобретение RU 2575488, 20.02.2016.
18. Ибатуллин Р.Р. Способ регулирования профиля приемистости нагнетательной скважины и способ ограничения водопритока в добывающей скважине / Ибатуллин Р.Р., Уваров С.Г., Хисаметдинов М.Р., Глумов И.Ф., Слесарева В.В., Рахимова Ш.Г., Хисамов Р.С., Кубарев Н.П. // Патент РФ на изобретение RU 2285785, 20.10.2006.
19. Ибатуллин Р.Р. Способ разработки неоднородного нефтяного пласта / Ибатуллин Р.Р., Уваров С.Г., Хисаметдинов М.Р., Глумов И.Ф., Слесарева В.В., Рахимова Ш.Г., Хисамов Р.С., Андрианова О.М., Кубарев Н.П., Гаффаров Ш.К. // Патент РФ на изобретение RU 2298088, 27.04.2007.
© А. А. Марсов - канд. техн. наук, доцент каф. Технологии твердых химических веществ КНИТУ, e-mail: explo_mars@mail.ru; Ф. А. Губайдуллин - канд. техн. наук, директор ООО ТЭКСИМ, e-mail: fargub@mail.ru.
© А. А. Marsov - candidate. tehn. Sciences, assistant professor. technology of solid chemicals KNRTU, e-mail: explo_mars@mail.ru; F. A. Gubaidullin - candidate. tehn. Sciences, Director of TEKSIM ltd., e-mail: fargub@mail.ru.
