Исследование и разработка комплекса технологий изоляции водопритоков при строительстве и эксплуатации скважин

Актуальность проблемы. В последнее время доля крупных месторожде-* ний, вовлекаемых в разработку и эксплуатацию, снизилась с 15 до 10%, 70−80% всего фонда добывающих скважин приходится на старые месторождения.

По данным геологических отчетов и результатам промыслово-геофизических исследований более половины скважин Западно-Сибирской нефтегазовой провинции дают обводнённую продукцию. Годовой прирост обводнённости нередко превышает 5%, а на отдельных месторождениях доходит до 12% и более. Прорыв воды в скважины и их полное обводнение во многих случаях происходит задолго до достижения потенциально возможного отбора нефти из скважины. Нефтеотдача многих месторождений не превышает 30−40%.

Продукция скважин на сложнопостроенных залежах, как правило, содержит воду уже на начальном этапе эксплуатации, а на месторождениях поздней стадии разработки обводненность скважин достигает 90% и более. При увеличении объёмов ремонтно-изоляционных работ на 40% ежегодно число обвод-щ нённых скважин по Западной Сибири растет в 1,5−2 раза быстрее.

Поэтому в настоящее время проблема повышения эффективности и качества водоизоляционных работ при строительстве и эксплуатации скважин является важной народнохозяйственной задачей, от решения которой в значительной степени зависит повышение нефтеотдачи пластов.

Многообразие геолого-технических условий разрабатываемых месторождений способствовало созданию большого количества материалов и тампонаж-ных систем, что существенно расширило номенклатуру технологий, применяемых при изоляционных работах. Однако успешность этих работ не превышает 40−60% в эксплуатационных и разведочных скважинах, что, видимо, явилось следствием недостаточного научного обоснования при массовом внедрении в промысловую практику.

В этой связи проблема создания наукоемких и высокоэффективных техно-fr логий ограничения водопритоков к скважинам весьма актуальна и от её решения во многом зависят текущие и конечные технико-экономические показатели разработки месторождений." •.

Цель работы. Повышение эффективности водоизоляционных работ при строительстве и эксплуатации скважин на основе обобщения, исследования, разработки и внедрения научно обоснованных технологий, способствующих увеличению нефтеотдачи пластов с обширными водонефтяными зонами.

Основные задачи.

1. Выбор и обоснование методов сравнительной оценки эффективности тампонажных систем и технологий ограничения водопритоков, обобщение и анализ эффективности их применения.

2. Разработка методических основ расчета экономической целесообразности и оптимального времени проведения изоляционных работ по скважине и месторождению в целом.

3. Анализ влияния комплекса геолого-технических факторов на эффектив ность работ по ограничению водопритоков к скважинам.

4. Разработка требований к тампонажным материалам и технологии их применения при водоизоляционных работах.

5. Обоснование технико-экономической целесообразности использования гелеобразующих составов (ГОС) при ограничении водопритоков, исследование их физико-механических свойств и разработка технологичных рецептур для ремонтно-изоляционных работ (РИР).

6. Разработка технологии РИР с использованием ГОС, опытно-промышленное внедрение результатов исследований и оценка их технико-экономической эффективности.

Научная новизна.

1. Обосновано применение критерия вероятности Фишера и критерия Пирсона для сравнительной оценки эффективности тампонажных составов и технологий РИР.

Ij 2. На основе статистических и детерминированных методов оценки суммарных фактических (не прогнозных) объемов добычи предложен и обоснован критерий выбора оптимального времени проведения изоляционных работ на добывающих скважинах.

3. Установлено, что применяемые в настоящее время тампонирующие системы и технологии изоляции водопритоков с вероятностью 0,95 не различимы по уровню (%) успешности, а основой их выбора должны быть технологичность и стоимость.

4. 'Статистическими методами установлено, что в сложившейся практике РИР отсутствует корреляционная связь между учитываемыми геолого-техническими факторами, применяемыми водоизолирующими системами (технологиями) и величиной эффекта (дополнительная добыча нефти, длительность эффекта).

Р 5. Научно обоснованы и разработаны рецептуры ГОС, адатапционно изменяющаяся технология их применения при РИР, установке потокоотклоняющих экранов (патейт РФ № 2 131 022 от 13.01.98).

Практическая ценность и реализация результатов исследований.

На основании обобщения результатов теоретических, экспериментальных и промысловых исследований разработаны:

— научно-методические принципы сравнительной оценки эффективности применяемых и конкурирующих изоляционных систем и технологий;

— методы расчета оптимального времени проведения изоляционных работ на скважинах и эффективности технических мероприятий по месторождению в.

I целом;

— новая рецептура тампонажной системы на основе ГОС для селективной изоляции водопроявляющих зон при строительстве и эксплуатации скважин;

— адаптационно изменяющаяся технология применения тампонажной системы на основе ГОС, позволяющая снизить затраты материалов, времени и фи зического труда;

— технологические регламенты и рекомендации по повышению эффективности работ по выравниванию профиля приемистости (ВПП) нагнетательных скважин и РИР по ограничению водопритоков в добывающих скважинах.

Основные положения диссертационной работы использовались при составлении:

СТП 39−003−98. «Технология изоляции водоносных горизонтов при строительстве скважин» /Антониади Д.Г., Гилаев Г. Г., Кошелев А. Т., Лядов Б. С. и др.//Краснодар, ОАО НПО «Роснефть-Термнефть», 1998 г.-12с.

СТП 39−004−98. «Методические указания по оценке сравнительной эффективности тампонажных систем, новой техники и технологии» /Антониади Д.Г., Гилаев Г. Г., Кошелев А. Т., Лядов Б. С. и др.//Краснодар, ОАО НПО «Роснефть-Термнефть», 1998 г.-10с.

Методические указания к лабораторным работам по оценке закупори-вающей способности тампонажных систем" для студентов 3, 4 курса специальностей 90 600, 90 800 факультета нефти, газа и энергетики /Вартумян Г. Т., Гилаев Г. Г., Рыбалкин Г. В.// Краснодар, КубГТУ, 1998 т.-1с.

СТП 39−009−99. «Методика изоляционных работ по регулированию водопритоков при заканчивании и эксплуатации скважин» /Антониади Д.Г., Гилаев Г. Г., Кошелев А. Т., Лядов Б. С. и др.//Краснодар, ОАО НПО «Роснефть-Термнефть», 1998 г.-18с.

Основные результаты реализованы на производстве путём:

— использования при подготовке технико-экономического обоснования и разработке технологии изоляции водоносных горизонтов на Тепловском, Кудринском и Ефремовском месторождениях;

— использования при разработке технологии водоизоляционных работ в добывающих скважинах Петелинского месторождения, месторождения Зыбза.

Щ Глубокий Яр;

— разработки и внедрения технологии ВПП на нагнетательных скважинах Лянторского и ХараМпурского месторождений.

Объем внедрения разработок по ОАО НПО «Роснефть-Термнефть», ОАО «Юганскнефтегаз», ОАО «Сургутнефтегаз», ОАО «Роснефть-Пурнефтегаз» в настоящее время составляет 26 скважин.

Экономический эффект от разработки к 1999 году составил более 9-ти млн. рублей.

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались:

— на Первой и Второй международных конференциях «Освоение место рождений трудноизвлекаемых и высоковязких нефтей» (Шепси, июнь 1997 г.,.

Анапа, октябрь 1999 г.). на координационных совещаниях НК «Роснефть» (1997;1999гг.) — на научно-технических советах ОАО «Сургутнефтегаз» (1996, 1997,1998 гг.) — на научно-техническом совете ОАО «Юганскнефтегаз» (1997 г.) — на Ученых советах ОАО «РосНИПИтермнефть» (1997, 1998 гг.) — на технических советах НГДУ «Черноморнефть» (1997; 1999 гг.) — на научно-технических советах ОАО НПО «Роснефть-Термнефть» (1996;1999гг.) — на совместном заседании кафедр «Гидравлика» и «Нефтегазового промысла» КубГТУ (1999г.).

1. СОСТОЯНИЕ ТЕОРИИ И ПРАКТИКИ ВОДОИЗОЛЯЦИОННЫХ РАБОТ ПРИ СТРОИТЕЛЬСТВЕ И ЭКСПЛУАТАЦИИ СКВАЖИН.

Эффективность разработки нефтяных и газовых месторождений во многом зависит от степени соответствия (адекватности) геолого-гидродинамической модели залежи реально существующим объектам. Чем ближе модель к действительному объекту, тем более обоснованы применяемые решения по управлению разработкой месторождения. Эти модели строятся на основе анализа геолого-промысловых материалов разведочного и эксплуатационного бурения, опытнопромышленной эксплуатации, гидродинамических исследований и т. д.

Однако построение гидродинамических моделей залежей наталкивается на непреодолимые трудности, обусловленные объективными и субъективными факторами.

Объективные факторы связаны с всегда ограниченным объёмом геолого-физической информации о свойствах коллекторов и со случайной структурой геолого-физических полей осадочных пород.

Такие свойства пород, как пористость, проницаемость, нефтеводогазона-сыщенность, прочность и др. носят случайный характер по глубине скважины (пласта) и по простиранию (площади) /1,2,3/. Особенно ярко они проявляются на месторождениях Западной Сибири, где корреляция свойств пород, глубина и конфигурация их распространения весьма неожиданна и разнообразна /4,5,6/. Такие системы называют «плохо организованными» системами 111 и их моделирование на базе классических методов гидрогазодинамики практически не возможно.

Случайный характер геолого-физических полей, ограниченность объёма информации и неоднозначность её интерпретации приводят к тому, что построение моделей таких «плохо организованных» систем будет зависеть от научной школы, уровня подготовки технологов, их интуиции и опыта, т. е. субъективных факторов.

Примеры моделирования при проектировании разработки залежи нефти Салымского месторождения приведены в работе /4/. Ошибки, допускаемые при аналитическом описании карты изобар и определении гидропроводности и пье-зопроводности пласта по кривым восстановления давления (КВД), описаны в работе /8/.

В данном разделе даётся анализ состояния теоретических, экспериментальных и опытно-промышленных исследований по проблемам ограничения водопритоков при строительстве и эксплуатации скважин и обоснование веро-ятностно-статистического подхода к этим проблемам.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ.

1. В результате проведённых аналитических и промысловых исследований, анализа промысловой информации, а также научного обобщения результатов теоретических и опытно-промышленных работ разработаны:

— научно-методический подход к обоснованию требуемого уровня качества тампонажных систем, применяемых при ремонтно-изоляционных работах в скважинах, обеспечивающих повышение нефтеотдачи пластов;

— комплекс технологий ограничения водопритоков при строительстве и эксплуатации скважин, обеспечивающих успешную эксплуатацию залежей с обширными водонефтяными зонами.

2. Предложена методика оценки сравнительной эффективности различных тампонажных систем (технологий) и на основе её установлено:

— применяемые в основных добывающих регионах отрасли системы АКОР, ГОС, КОС, Ремонт-1, ВУС, ВУС+цемент, ЭТС+ГКЖ и другие селективные водоизолирующие системы по уровню успешности с вероятностью 0,95 статистически не различимы;

— селективные водоизолирующие системы более эффективны с высокой степенью вероятности 0,99 при проведении работ по выравниванию профиля приемистости (ВПП) в нагнетательных скважинах, чем в изоляционных работах по добывающим скважинам.

3. Разработаны и опробованы методики оценки эффективности по критерию Фишера новых тампонажных систем и технологий РИР при малом объеме испытаний (N < 15);

4. Разработаны критерии экономической оценки целесообразности проведения изоляционных работа выбора оптимального срока проведения операций по отдельным скважинам и месторождению в целом.

5. Проведённый статистический анализ зависимости эффективности изоляционных работ от геолого-физических факторов по 92 добывающим и 148 нагнетательным скважинам показал:

— ни один из традиционно контролируемых геолого-технических и технологических факторов не оказывают существенного влияния на объём дополнительно добытой нефти и длительность эффекта;

— ни одна из применяемых водоизоляционных систем (технологий) не имеет предпочтения перед другими по уровню эффективности, а средние значения факторов в приведенных группах с уровнем вероятности 0,95 не различимы между собой;

— применяемые в настоящее время технологии водоизоляционных работ не учитывают динамического характера изменения геолого-физических факторов, что обусловило необходимость разработки адаптационно — обучающихся технологий «гибкого реагирования» к конкретным условиям скважины.

6. Сформулированы следующие основные требования к технологии «гибкого реагирования»: низкая стоимость и технологичностьвысокая степень механизации технологических процессов транспортировки, хранения, погрузки-разгрузки при проведении операцийвозможность управления дозировкой вводимых реагентов в тампонажную систему и оперативного регулирования реологических характеристик системы, времени начала гелеобразованиявозможность формирования в пласте как неподвижных изоляционных экранов, так и подвижных оторочеквозможность обратимого воздействия на пласт.

7. Проведённые аналитические, экспериментальные и опытно-промышленные исследования позволили разработать технологию «гибкого реагирования» с применением порошкообразных гелеобразующих составов на основе полиакриламида (ПАА) и гелеобразующего состава на основе водных растворов силикатов щелочных металлов («жидкое стекло»).

8. Разработаны технология, технологические схемы приготовления и закачки предлагаемых ГОС, базовые рецептуры и стратегия управления составом и реологическими свойствами при реализации технологии «гибкого реагирования».

9. Результаты исследований вошли в методические указания по оценке сравнительной эффективности применения водоизолирующих систем, по оценке экономической целесообразности проведения ремонтно-изоляционных работ и выбора оптимального момента их проведения, технологические регламенты РИР, а также использованы при разработке методических указаний к лабораторным работам по исследованию закупоривающей способности тампонажных систем для студентов нефтегазовой специальности КубГТУ.

10. Разработки диссертационной работы по технологии «гибкого реагирования» реализованы на 26 добывающих и нагнетательных скважинах на месторождениях ОАО «Сургутнефтегаз», ОАО «Пурнефтегаз» и НГДУ «Черномор-нефть» Краснодарского края.

Экономический эффект от внедрения разработок составил к 1999 году более 9-ти млн. рублей.