технология изоляции водопритоков с применением водонабухающего полимера для месторождений западной сибири
И. ГАЛИМОВ, Н. ЧЕРЕПАНОВА, ООО "КогалымНИПИнефть", Б. КУРОЧКИН, ОАО НПО "Буровая техника", О. ЗАЛЕВСКИЙ, ООО "ЛУКОЙЛ-Западная Сибирь"
В настоящее время одной из серьезных проблем нефтедобычи на месторождениях Западной Сибири является ограничение попутно добываемой воды. Ряд месторождений характеризуются высокой зональной и послойной неоднородностью пластов, в которых первоочередной выработке и обводнению подвергаются наиболее проницаемые интервалы, характеризующиеся меньшим начальным градиентом давления при движении жидкости. Эти же интервалы чаще всего являются путями полного обводнения скважин, когда менее проницаемые прослои остаются невыработанными, а на участке еще сосредоточены значительные извлекаемые запасы нефти. На этом фоне становится актуальной проблема создания эффективной технологии селективной изоляции высокопроницаемых водопромытых интервалов в пластах, характеризующихся высокой температурой, расчлененностью и неоднородностью. В описанных условиях наиболее надежным и эффективным способом является применение полимерных составов различной природы.
Для эффективной изоляции водопромытых высокопроницаемых каналов и трещин техногенной природы в нагнетательных и добывающих скважинах перспективно использование сшитого внутримолекулярными связями полиакриламида - водонабухающего полимера (ВНП), который при попадании в воду поглощает ее и, разбухая, увеличивается в объеме в сотни раз. Композиции на основе ВНП имеют ряд преимуществ по сравнению с распространенными полимерными составами: использование однокомпонентного сухого состава, упрощение технологии закачки (не требуется затворения раствора), отсутствие ограничений по времени гелеобразования, расширение температурного диапазона до 85-90о С, а также применение реагента отечественного производства.
Водонабухающий полимер выпускается в двух формах: гелеобразном виде и гранулированном различной дисперсности. ВНП представляет собой сшитый по осо-
450
400
"ti 350
о 300
И
J В 250
о
Е 200
с
= о 150
ч
о X 100
50
0
0 5 10 15 20 25 30
Суммарная минерализация воды, г/л
Рис. 1. Зависимость водопоглощения от минерализации воды
бой технологии внутримолекулярными связями полиак-риламид. Существует несколько видов ВНП. Они отличаются размером частиц и водонабухающей способностью. Для изоляции водопромытых зон наибольший интерес представляют порошкообразные ВНП с максимальным водопоглощением - это марки полимера АК 639 ВНП-415 и ВНП-615.
В воде такие полимеры расширяются во времени, приобретая при этом упругие свойства. Период интенсивного набухания ВНП составляет 1 ч, а максимальное набухание происходит в течение 2-2,5 ч. После поглощения воды каждая частица ВНП остается в гелеобразном состоянии. Набухаемость или количество поглощенной воды ВНП зависит от марки полимера и особенно от минерализации воды. Зависимость водопоглощения от минерализации (рис. 1) имеет изгиб в диапазоне 4-7 г/л, т. е. до минерализации 4 г/л набухание происходит в большом объеме (более 150%); после 7 г/л - набухание наименьшее и составляет 40%. Максимальное водопо-глощение наблюдается в отсутствие солей в дистиллированной воде. В пресной воде (водопроводная и речная) водопоглощение составляет 160 г/г. В закачиваемой воде Тевлинско-Русскинского месторождения оно минимальное и равно 40 г/г.
Основным технологическим параметром при применении технологии является концентрация реагента и его прочность. Согласно лабораторным исследованиям 100%-е набухание в пресной воде происходит при концентрации ВНП 0,6-0,7%, в закачиваемой воде - при концентрации 2-2,5%.
Прочностные свойства ВНП изучены по реологическим кривым и фильтрационным испытаниям реагента. Реологические кривые снимали на реовискозиметре Roto Visko 1 в диапазоне скоростей сдвига 0,1-500 с-1 в различных условиях приготовления композиции. Реологические кривые водонабухающих полимеров в пресной воде приведены на рис. 2 и 3.
Как видно из реологических кривых, ВНП по консистенции относится к разным типам. ВНП-615 - жидкий раствор с псевдопластическим характером течения. В области низких деформаций он характеризуется вязкостью порядка 600 сПз, в области высоких деформаций -170 сПз. По реологическим характеристикам ВНП-615 является аналогом высококонцентрированных полимерных композиций. В отличие от ВНП-615 ВНП-415 образует массу отдельных желеобразных частиц, которые в привычном понимании не текут, а больше похожи на твердые вещества. Поэтому реологические кривые ВНП-415 не подчиняются известным реологическим моделям, описывающим течение жидкости (Оствальда-Рейнера, Бига-ма, Гершеля, Кэссона), в которых зависимость напряже-
Рис. 2. Реологическая кривая ВНП-615
ния сдвига от скорости сдвига характеризуется степенным законом или уравнением прямой.
Реологические кривые сшитых систем ВНП-415 имеют экстремальный характер, что характеризует их деформационные и прочностные свойства. На начальном участке кривой до точки перегиба наблюдается линейная зависимость в соответствии с законом Гука. Напряжение в точке перегиба представляет собой предел упругости, а соответствующая деформация - упругую деформацию. При дальнейшем увеличении нагрузки, кроме упругой составляющей, появляется вязкотекучая и высокоэластичная.
Согласно этому система ВНП-415 имеет надмолекулярную структуру и обладает деформационными и прочностными свойствами, которые характеризуют способность полимерных материалов деформироваться под действием механических напряжений и сопротивляться разрушению. Кроме того, гелевая система ВНП-415 имеет высокую вязкость: при низких деформациях 47 Паке, при высоких - 1,2 Паке, что на два порядка больше, чем ВНП-615 и на порядок - по сравнению е известной технологией сшитых полиакриламидных составов ионами хрома.
Таким образом, для изоляции водопромытых каналов техногенной трещиноватоети наиболее предпочтительным является использование водонабухающего полимера марки 415 как более прочного тампонирующего материала.
Рис. 4. Влияние типа воды на реологические свойства ВНП-415:
Красная линия - напряжение сдвига ВНП в закачиваемой воде; Синяя линия - вязкость ВНП в закачиваемой воде; Зеленая линия - напряжение сдвига ВНП в пресной воде; Коричневая линия - вязкость ВНП в пресной воде
Рис. 3. Реологическая кривая ВНП-415
Как было показано, свойства ВНП зависят от типа воды. Наибольший объем ВНП занимает в слабоминерализованной пресной воде. Однако в промысловых условиях использование пресной воды может привести к ограничениям в применении технологии (особенно в зимний период). Поэтому было исследовано влияние закачиваемой воды на реологические параметры. Результаты приведены на рис. 4.
Несмотря на то, что набухание в закачиваемой воде ниже, чем в пресной, реологические параметры при деформациях выше 100 е-1 практически не зависят от типа воды и набухания, а в области низких деформаций у гелей в закачиваемой воде вязкость и предел упругости выше в 1,5 раза.
Гидрогелевые системы подвержены ряду деструктивных факторов - высокой температуре, механическому разрушению и т. д. Влияние термической и механической деструкции на ВНП показано на рис. 5.
Реологическая кривая частично механически деетрук-тированного (зеленая кривая) образца ВНП-415 показывает незначительное отличие от первоначального образца, что свидетельствует о высокой механической прочности полимерных гидрогелевых частиц. Кроме того, при механическом диспергировании происходит дробление крупных конгломератов ВНП в более мелкие без еинере-зиеа (отделения воды), что также говорит о низкой механической деструкции.
0 60 100 150
Скорость сдвига, I с
Рис. 5. Зависимость динамической вязкости от скорости сдвига 1%-го раствора ВНП-415:
свежеприготовленного - красная кривая; после механической деструкции - зеленая кривая; после 15 суток термоетатирования при температуре 80о С -синяя кривая
Термодеструкция ВНП-415 изучалась при выдержке системы ВНП-415 при 800 С в течение 15 суток. Затем снималась реологическая кривая (синий цвет). Согласно исследованиям термодеструкция образца не приводит к снижению упругих свойств; вязкостные свойства, особенно в области высоких деформаций, практически не изменяются. Наблюдается снижение вязкости при низких деформациях. Необходимо отметить, что поглощенная ВНП вода при термостатировании не отделяется.
На основании проведенных исследований можно сделать вывод о предпочтительном использовании в условиях Западной Сибири водонабухающего полимера АК 639 марки ВНП-415 в концентрации 0,7-1% при затворении его на пресной воде. Также возможно применение ВНП-415 на подтоварной воде при концентрации ВНП-415 1-2%. Лабораторные исследования показали высокие прочностные свойства, а также устойчивость ВНП к термоокислительной и механической деструкции, что выгодно отличает его от аналогичных полимерных составов на основе сшитого полиакриламида.
В заключении были проведены фильтрационные испытания водоизолирующих составов на кернах Тевлин-ско-Русскинского месторождения, выбуренных параллельно напластования, при термобарических условиях: температура - 80° С, внутрипоровое давление - 4 МПа. В экспериментах использовали изовискозную модель нефти Тевлинско-Русскинского месторождения с плотностью в пластовых условиях 0,800 г/см3 и вязкостью 1,435 мПакс; пластовую воду с общей минерализацией 20 г/л и вязкостью в пластовых условиях 0,406 мПакс.
Методика проведения экспериментов заключалась в ведении в подготовленный керн с соответствующей во-до- либо нефтенасыщенностью тампонирующей композиции в режиме "скважина-пласт", выдержки модели на структурирование в течение суток в пластовых условиях. После чего модель подключалась под фильтрацию вытесняющего агента в режиме "пласт-скважина" и определялись давление начала фильтрации, фазовая проницаемость и сопротивление, создаваемое композицией.
Фильтрационные эксперименты проводили на линейных керновых моделях как водонасыщенных, так и неф-тенасыщенных с
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.