Перспективы использования электрохимических методов анализа для диагностики происхождения попутных вод газоконденсатных скважин

Пермяков Виктор Сергеевич; Харитонов Андрей Николаевич; Манзырев Дмитрий Владимирович; Еделев Алексей Викторович; Ельцов Игорь Николаевич

УДК 622.279.23

ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИХ МЕТОДОВ АНАЛИЗА ДЛЯ ДИАГНОСТИКИ ПРОИСХОЖДЕНИЯ ПОПУТНЫХ ВОД ГАЗОКОНДЕНСАТНЫХ СКВАЖИН

Виктор Сергеевич Пермяков

Институт нефтегазовой геологии и геофизики им. А. А. Трофимука СО РАН, 630090, Россия, г. Новосибирск, пр. Академика Коптюга, 3, научный сотрудник лаборатории гидрохимии Ямало-Ненецкого филиала, тел. (912)073-53-29, e-mail: permvi@yandex.ru

Андрей Николаевич Харитонов

Инженерно-технический центр ООО «Газпром добыча Надым», 629730, Россия, Ямало-Ненецкий автономный округ, г. Надым, ул. Зверева, 1/1, кандидат физико-математических наук, заместитель директора по контролю за разработкой месторождений, тел. (3499)56-80-13, e-mail: A.haritonov@nadym-dobycha.gazprom.ru

Дмитрий Владимирович Манзырев

Институт нефтегазовой геологии и геофизики им. А. А. Трофимука СО РАН, 630090, Россия, г. Новосибирск, пр. Академика Коптюга, 3, кандидат геолого-минералогических наук, зав. лабораторией гидрохимии Ямало-Ненецкого филиала, тел. (913)713-10-76, e-mail: ManzyrevDV@ipgg.sbras.ru

Алексей Викторович Еделев

Институт нефтегазовой геологии и геофизики им. А. А. Трофимука СО РАН, 630090, Россия, г. Новосибирск, пр. Академика Коптюга, 3, кандидат геолого-минералогических наук, зав. лабораторией аналитической химии производственных процессов Ямало-Ненецкого филиала, тел. (923)243-19-24, e-mail: EdelevAV@ipgg.sbras.ru

Игорь Николаевич Ельцов

Институт нефтегазовой геологии и геофизики им. А. А. Трофимука СО РАН, 630090, Россия, г. Новосибирск, пр. Академика Коптюга, 3, доктор технических наук, профессор, заместитель директора по научной работе, тел. (383)330-75-55, e-mail: YeltsovIN@ipgg.sbras.ru

Анализируется комплекс методов газогидродинамических исследований скважин с позиций повышения оперативности и достоверности результатов диагностики происхождения попутных вод газоконденсатных скважин. Приведены рекомендации по использованию конкретных электрохимических методов анализа для оценки концентрации основных коррелятивных элементов и электропроводности жидкости непосредственно на месте отбора проб при проведении газогидродинамических исследований скважин.

Ключевые слова: газогидродинамические исследования скважин, гидрохимический контроль, химический анализ, электрохимические методы анализа, диагностика генезиса скважинной жидкости.

EMPLOYMENT ASPECTS OF ELECTROCHEMICAL METHODS OF ANALYSIS FOR TESTING OF GENESIS ASSOCIATED WATERS OF GAS CONDENSATE WELLS

Viktor S. Permyakov

Trofimuk Institute of Petroleum Geology and Geophysics SB RAS, 630090, Russia, Novosibirsk, 3 Koptyug Prospect, Researcher the Laboratory of Hydrochemistry in Yamal-Nenetsk Branch, tel. (912)073-53-29, e-mail: permvi@yandex.ru

Andrey N. Haritonov

Engineering-technical center Gazprom dobicha Nadym, LLC, 629730, Russia, Yamalo-Nenets Autonomous Okrug, Nadym, Zvereva Str. 1/1, PhD, deputy director for monitoring of field development, tel. (3499)56-80-13, e-mail: A.haritonov@nadym-dobycha.gazprom.ru

Dmitriy V. Manzyrev

Trofimuk Institute of Petroleum Geology and Geophysics SB RAS, 630090, Russia, Novosibirsk, 3 Koptyug Prospect, Ph. D., Head of the Laboratory of Hydrochemistry in Yamal-Nenetsk Branch, tel. (913)713-10-76, e-mail: ManzyrevDV@ipgg.sbras.ru

Aleksey V. Edelev

Trofimuk Institute of Petroleum Geology and Geophysics SB RAS, 630090, Russia, Novosibirsk, 3 Koptyug Prospect, Ph. D., Head of the Laboratory of Analytical chemistry of industrial processes in Yamal-Nenetsk Branch, tel. (923)243-19-24, e-mail: EdelevAV@ipgg.sbras.ru

Igor' N. El'tsov

Trofimuk Institute of Petroleum Geology and Geophysics SB RAS, 630090, Russia, Novosibirsk, 3 Koptyug Prospect, D. Sc., Full Professor, Deputy Director for Science, tel. (383)330-75-55, e-mail: YeltsovIN@ipgg.sbras.ru

It is analyzed the complex of methods of gas-hydrodynamic studies of wells, from the standpoint of increasing the efficiency and reliability of diagnostic results genesis associated water gas-condensate wells. It is recommend the use of specific electrochemical methods of analysis to assess the concentration of the main correlative elements and fluid conductivity in situ sampling during the gas-hydrodynamic studies of wells.

Key words: gas-hydrodynamic researches of wells, hydrochemical monitoring, chemical analysis, electrochemical methods of analysis, diagnostics of Genesis of the borehole fluid.

В настоящее время основным методом мониторинга за обводнением эксплуатационных газовых и газоконденсатных скважин является гидрохимический контроль. Широкое развитие данного метода обусловлено своеобразием химических составов различных типов попутных вод: пластовых, конденсационных и техногенных. В качестве основных индикаторных элементов выступают преобладающие макрокомпоненты химического состава вод и ряд микрокомпонентов. Содержание элементов устанавливается химическими анализом.

Стандартный перечень компонентов, подлежащих определению при выполнении анализа химического состава попутных вод, включает следующие макрокомпоненты: Cl-, SO42-, HCO3-, CO32-, Ca2+, Mg2+, Na+, K+. При этом, как правило, Na+ и K+ определяются по разности r(Cl-+SO42-)-r(Ca2++Mg2+), а минерализация рассчитывается как сумма анионов и катионов. Кроме того, определяются относительная плотность воды, величина pH и микрокомпоненты I-, Br-.

Дальнейшее совершенствование метода гидрохимического контроля обводнения связано с модернизацией приборной базы аналитических лабораторий, актуализацией и расширением перечня коррелятивных компонентов состава и критериев диагностики выносимых газом вод [1, 2]. Данная тенденция не способствует сокращению сроков и объемов соответствующих работ, поэтому

необходимо разрабатывать новые подходы к проведению оперативного анализа и диагностики пластовых и техногенных вод.

В таком контексте перспективным направлением является включение в комплекс газогидродинамических исследований (ГДИ) электрохимических методов анализа попутных вод. Существующий комплекс методов ГДИ позволяет в первую очередь определять продуктивные характеристики скважин. Кроме того, возможно определение коллекторских и фильтрационных свойств пласта, их изменение по площади и разрезу пласта; гидродинамические и термодинамические условия в стволе скважины в процессе эксплуатации; условия скопления и выноса жидкости и твердых примесей с забоя скважины, эффективность их удаления [3]. При этом важно не только знать условия для выноса воды, но и причины появления воды в скважине, так как это существенно повлияет на способ эксплуатации скважин и выбор конкретных геолого-технических мероприятий.

При ГДИ скважин определяют количество воды, выносимой из скважины на каждом режиме, на основании измерения расхода воды на устье скважины. Методов для установления источника поступающей на забой скважины воды, которая может быть представлена пластовой, техногенной или конденсационной водой, а также их смесью, при газогидродинамических исследованиях не предусмотрено. Поэтому на каждом режиме исследований отбираются пробы воды и направляются в аналитическую лабораторию для проведения анализа химического состава жидкости и последующей диагностики ее происхождения гидрохимическим методом. Естественно, что транспортировка и хранение проб негативно отражаются на оперативности и достоверности результатов диагностики попутных вод. Поэтому выполнение данной операции при проведении газогидродинамических исследований скважины представляется целесообразным, так как может существенно повысить качество контроля за разработкой залежи при незначительных производственных издержках.

Диагностика происхождения попутных вод при проведении газогидродинамических исследований скважин подразумевает, что содержание пластовых, конденсационных и техногенных вод в пробе можно будет определить непосредственно на месте ее отбора, по результатам инструментальных измерений определенного ряда характеристик и компонентов состава выносимой жидкости. При этом очевидно, что данный набор компонентов состава имеет ограничения по количеству, а входящие в него компоненты должны быть широко представлены и иметь содержания, достаточные для выполнения инструментальных измерений их значений.

Для сеноман-апт-альбских залежей нефтегазоконденсатных месторождений Надым-Пур-Тазовского региона хлориды и натрий являются коррелятивными элементами состава пластовых вод, а хлориды и кальций - техногенных вод. При этом они являются и основными макрокомпонентами состава рассматриваемых вод. То есть хлориды, натрий и кальций удовлетворяют требованиям в отношении информативности и универсальности для целей диагностики попутных вод. Определять концентрации указанных элементов целесообразно

с помощью иономера и соответствующих ионоселективных электродов. Однако практическое использование хлоридного ионоселективного электрода показало его ненадежность для анализа попутных вод в связи с высоким содержанием в них жидких углеводородов (апт-альбские залежи), что приводит к загрязнению электрода с кристаллической мембраной и искажению результатов измерений. Указанная особенность хлоридных ионоселективных электродов не позволяет их использовать и для гидрогеохимического каротажа при исследованиях нефтяных скважин [4].

Поэтому для диагностики происхождения попутных вод следует использовать метод прямой потенциометрии для определения концентраций ионов натрия (Na+) и кальция (Ca2+) и кондуктометрический метод для измерения удельной электрической проводимости (УЭП). Тесная корреляционная связь между УЭП и концентрациями ионов натрия в пластовых и кальция в техногенных водах в совокупности с наличием серийно выпускаемого, практичного и надежного стеклянного натрий-селективного электрода, а также серийно выпускаемого кальций-селективного электрода с ПВХ-мембраной способствуют внедрению указанных методов электрохимического анализа в практику для диагностики генезиса попутных вод при проведении газогидродинамических исследований.

Апробация методики диагностики происхождения попутных вод, по результатам их анализа электрохимическими методами непосредственно на месте отбора проб, проведена на Ныдинском участке Медвежьего НГКМ при проведении газогидродинамических исследований скважин. Анализ экспериментального материала показал, что концентрации ионов натрия и кальция, полученные по результатам химического анализа и посредством иономера и ионоселектив-ных электродов, отличаются по абсолютным значениям, но имеют между собой тесные корреляционные связи. Данное обстоятельство позволило установить поправочные коэффициенты для концентраций коррелятивных элементов, определенных электрохимическими методами анализа. Сравнение концентраций элементов, полученных разными методами, при использовании установленных поправочных коэффициентов показывает их хорошее согласование.

Результаты определения генетического профиля попутных вод с помощью разработанной математической модели, по данным полевого инструментального анализа о величине удельной электропроводности и концентрации натрия и кальция, согласуются с результатами их диагностики по данным лабораторного химического анализа.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Абукова Л.А., Абрамова О.П., Варягова Е.П. Гидрогеохимический мониторинг разработки месторождений углеводородов // Георесурсы, геоэнергетика, геополитика: электр. журнал. - 2015. - № 2. - URL: http://oilgasjournal.center.ru/archive/issue/details/0/3240

2. Кошелев А.В., Ли Г.С., Катаева М.А. Оперативный гидрохимический контроль за обводнением пластовыми водами объектов разработки Уренгойского нефтегазоконденсатно-го месторождения // Научно-технический сборник «Вести газовой науки». - Москва: Газпром ВНИИГАЗ, 2014. - №3 (19). - С. 106-115.

3. Р Газпром 086-2010. Инструкция по комплексным исследованиям газовых и газоко-нденсатных скважин. Часть I. - Москва, 2011. - 235 с.

4. Рубцов М.Г., Купер В.Я. Применение гидрогеохимического каротажа при исследованиях нефтяных скважин // Известия Самарского научного центра РАН. - 2009. - Т. 11, № 5(2). - С. 332-336.