УДК 622.276.6
Возможность применения природных руд для предотвращения набухания глин
Д.Ю. Крянев, Р.Ю. Жуков, Е.М. Дзюбенко, Ю.Э. Ивина (ОАО «ВНИИнефть»)
Natural ores applicability for clay swelling prevention
Значительная доля запасов нефти России связана с полимикто-выми коллекторами, отличающимися повышенным содержанием глинистого материала в виде цемента. Их фильтрацион-но-емкостные свойства (ФЕС) могут изменяться вследствие набухания глинистой составляющей при закачке в пласт воды другого химического состава, чем пластовая. Изменение ФЕС коллектора, безусловно, влияет на процесс разработки залежи и конечную нефтеотдачу, но в настоящее время в недостаточной мере учитывается при проектировании разработки месторождения.
Основными проблемами разработки терригенных низкопроницаемых заглинизированных коллекторов являются:
- набухание глинистых минералов при закачке воды, отличающейся минерализацией от пластовой, особенно при закачке пресной воды;
- образование в призабойной зоне добывающих скважин асфаль-тосмолопарафиновых отложений (АСПО) при изменении термодинамических параметров пласта (снижение температуры и пластового давления).
Самым распространенным способом предотвращения набухания глинистых составляющих пласта является закачка водных растворов солей, чаще хлористого калия, различной концентрации. Эта технология предназначена для стабилизации и увеличения проницаемости призабойных зон нагнетательных и добывающих скважин в низкопроницаемых коллекторах. В нагнетательных скважинах цель достигается благодаря повышению фазовой проницаемости для воды и снижению набухаемости глин при переводе скважин под нагнетание пресной воды. В добывающих скважинах закачка растворов KCl позволяет стабилизировать дебиты нефти скважин за счет усадки глинистых минералов, снижения водонасыщенности призабойной зоны пласта и, следовательно, увеличения проницаемости для нефти глиносодержащих коллекторов [1].
Однако традиционные методы предотвращения набухания глины в низкопроницаемых пластах с использованием растворов KCl
Таблица 1
D.Yu. Kryanev, R.Yu. Zhukov, E.M. Dzyubenko, Yu.E. Ivina
(VNIIneft OAO)
Laboratory researches on studying a degree of clay swelling in solutions of salts of various concentration are carried out. Reference measurement of clay swelling in distilled water is executed. Strong dependence of car-nallite ore dissolution speed from temperature is established.
не всегда экономически целесообразны из-за их высокой стоимости. В связи с этим возникает необходимость подбора растворов солей, не уступающих по эффективности растворам хлористого калия, но применение которых экономически более выгодно.
Для проведения исследований использовали водные растворы KCl и природных руд (сильвинитовой и карналлитовой), содержание KCl в которых составляет 24-33 %. Краткая характеристика образцов солей представлена в табл. 1. Образец соли хлористого натрия применяли в дальнейших опытах по фильтрации водных растворов солей через образцы керна горных пород.
Авторами проведены лабораторные исследования степени набухания глин в растворах солей различных концентраций. Опыты выполняли на приборе Жигача - Ярова, принцип работы которого основан на измерении высоты набухающего образца глины с помощью индикатора часового типа с точностью 0,005 мм. В качестве образца глинистого цемента был взят тонкодисперсный порошок монтмориллонитовой глины фракцией менее 0,005 мм, обладающий наибольшей набухаемостью в водных растворах. Навески сухой глины по 2 г помещали в химический стакан и добавляли 400 мл водного раствора соли. Высота навески утрамбованного порошка глины в стакане составляла 0,3 см, площадь контакта с раствором соли - 5,7 см2.
В ходе эксперимента измеряли увеличение объема образца глины (набухание) в водных растворах солей различной концентрации как разницу между первоначальной и текущей (на момент из-
Химически чистый NaCI (ГОСТ 4233-77)
Параметр Химически чистый Сильвинит Карналлит
KCl (ГОСТ 4234-77) (ТУ 2111 -004-05778557-2000) (ТУ 1714-069-05778557-93)
Внешний вид Мелкокристаллический порошок Дробленая сыпучая масса Кристаллический продукт Мелкокристаллический порошок
Цвет Белый Белый с розовым или сероватым оттенком Красный или красно-бурый с сероватым опенком Белый
Массовая доля, %: KCl >99,5 32,8±0,5 24±0,5 <0,10
MgCI2 <0,08 0,2±0,5 31 ±0,5 <0,05
NaCI <0,25 63±0,5 42±0,5 >99,8
механических примесей Нет 4±0,5 3±0,5 Нет
Разработка и эксплуатация нефтяных месторождений
мерения) высотой образца глины. На основе этих данных определяли степень набухаемости х как изменение объема образца глины от времени t при насыщении растворами солей различной концентрации
х=^текАпих
где 7тек, Vmax - объем образца порошка глины соответственно набухшего и при достижении равновесия в системе глинопорошок -жидкость (максимальное набухание), см3.
В процессе исследования определяли период набухания т, т.е. время от контакта глинопорошка с солевым раствором до равновесного состояния в системе глинопорошок - жидкость (время максимального набухания образца глины). Важным параметром набухания глин является показатель набухания К2, характеризующий количество жидкости, связываемой 1 г глинистого минерала или породы. Показатель юср=К2/т, см3/(г-ч) определяет среднюю скорость набухания глинопорошка при достижении максимального набухания.
Для изучения зависимости параметров набухания глин от ионного состава водных растворов солей было проведено эталонное измерение набухания глины в дистиллированной воде. Результаты экспериментов представлены в табл. 2 и на рисунке. Из них видно, что показатель набухания К2 и период набухания глинопорошка т закономерно снижаются с увеличением концентрации солевых растворов. Вместе с тем скорость набухания образца глины юф при насыщении солевыми растворами увеличивается в 2,1-3,44 раза по сравнению со скоростью набухания в дистиллированной воде. В солевом растворе концентрацией 15 % скорость набухания юср глинопорошка выше в 1,75-2,2 раза по сравнению с 1%-ным раствором той же соли. В табл. 3 приведены экспериментальные данные по исследованию параметров набухаемости образца природного монтмориллонита при насыщении его растворами хлористого натрия различной концентрации [2]. Из нее следует, что зависимость набухания глинопорошка в солевых растворах примерно одинаковая при концентрации 0-3 %. Наилучшими параметрами набухания характеризуется образец порошка глины в солевых растворах KCl концентрацией 5-15 %.
Для более детального изучения влияния параметров набухаемо-сти глин на коллекторские свойства пород были проведены исследования кернового материала заглинизированных юрских коллекторов Лас-Еганского и Мало-Балыкского месторождений на установке, моделирующей пластовые температуры и давления. Породы представлены серыми полимиктовыми песчаниками, мелкозернистыми, неясно слоистыми. Обломочные зерна довольно плотно со-
Таблица3
Таблица 2
Вещество X, Ч Кг, СМ3/г Юср-10"3, см3/г-ч
Дистиллированная вода 740 0,957 1,29
Раствор карналлита
концентрацией, %: 1 440 0,681 1,55
3 370 0,602 1,63
5 320 0,560 1,75
10 240 0,480 2,00
15 148 0,400 2,70
Раствор сильвинита
концентрацией, %: 1 384 0,634 1,65
3 312 0,580 1,86
5 240 0,520 2,17
10 192 0,440 2,29
15 120 0,380 3,17
Раствор KCl
концентрацией, %: 1 305 0,612 2,01
3 240 0,510 2,13
5 192 0,460 2,40
10 120 0,390 3,25
15 72 0,320 4,44
Раствор NaCI*
концентрацией, %: 1 720 1,21 1,68
3 480 1,12 2,33
5 400 1,00 2,50
10 360 0,76 2,11
15 300 0,74 2,47
' По данным работы [2].
прикасаются между собой и частично связаны перетертым материалом породы. Порода на 87-90 % состоит из обломочного материала и на 13-10 % - из глинистого цемента. Обломочные зерна в основном довольно плотно соприкасаются между собой, иногда как бы сдвинуты и вдавлены друг в друга. В местах соприкосновения отмечается буроватая связующая масса тонкоперетертых и разложившихся обломков пород, зерен полевого шпата и глинистых продуктов их разложения. Присутствуют редкие пустоты. Пористость пород т в среднем составляет 0,121-0,149, проницаемость для газа к = 0,012-0,038 мкм2, массовая глинистость С = 4,6-8 %.
Вещество Степень на Зухаемости за время, мин
ш 1 2 3 4 5 10 Mil—КНДШМ! ЕЕДИМИ 7200
Дистиллированная вода 0,220 0,248 0,280 0,301 0,315 0,323 0,384 0,451 0,582 0,600 0,620 0,659 0,802 0,873
Раствор карналлита концентрацией,%: 1 0,292 0,416 0,529 0,605 0,641 0,648 0,681 0,708 0,750 0,765 0,781 0,801 0,879 0,918
3 0,304 0,432 0,553 0,621 0,671 0,706 0,735 0,794 0,822 0,851 0,870 0,896 0,951 0,979
5 0,376 0,463 0,571 0,655 0,698 0,750 0,800 0,845 0,892 0,908 0,924 0,938 0,978 0,991
10 0,401 0,524 0,633 0,703 0,742 0,768 0,813 0,861 0,928 0,945 0,955 0,977 0,994 0,999
15 0,507 0,591 0,661 0,713 0,757 0,788 0,815 0,869 0,936 0,960 0,975 0,991 0,993 0,996
Раствор сильвинита концентрацией,%: 1 0,282 0,294 0,350 0,384 0,418 0,437 0,649 0,728 0,744 0,761 0,787 0,819 0,896 0,949
3 0,302 0,414 0,502 0,545 0,581 0,592 0,681 0,765 0,853 0,862 0,877 0,899 0,948 0,973
5 0,389 0,442 0,569 0,604 0,625 0,635 0,701 0,792 0,872 0,893 0,907 0,925 0,967 0,981
10 0,516 0,658 0,709 0,728 0,736 0,747 0,759 0,858 0,900 0,929 0,953 0,967 0,980 0,989
15 0,565 0,631 0,724 0,747 0,761 0,774 0,782 0,835 0,908 0,951 0,969 0,981 0,991 1,00
Раствор КС1 концентрацией,%: 1 0,346 0,374 0,393 0,430 0,449 0,533 0,626 0,692 0,738 0,764 0,787 0,813 0,890 0,932
3 0,385 0,429 0,527 0,549 0,599 0,626 0,681 0,730 0,824 0,862 0,889 0,920 0,967 0,990
5 0,494 0,507 0,560 0,608 0,663 0,711 0,783 0,843 0,904 0,924 0,950 0,968 0,980 0,993
10 0,667 0,693 0,701 0,736 0,792 0,835 0,875 0,903 0,944 0,960 0,972 0,989 0,999 1,00
15 0,694 0,742 0,790 0,827 0,845 0,868 0,903 0,924 0,937 0,970 0,989 0,996 1,00 -
182 9/2005
Разработка и эксплуатация нефтяных месторождений
молекулярные углеводороды. Температура сушки для глинистых пород не превышала 80 °С.
Влияние закачиваемой воды на фильтрационные свойства продуктивного пласта исследовали на лабораторной установке фирмы Core L
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.