Нигматуллин Тимур Эдуардович Начальник отдела технологий текущего и капитального ремонта скважин ООО «РН-БашНИПИнефть»

Мукминов Ринат Рифхатович Ведущий специалист отдела технологий текущего и капитального ремонта скважин ООО «РН-БашНИПИнефть» к.х.н.

Ремонтно-изоляционные работы (РИР) остаются одним из основных видов капитального ремонта скважин. Главная цель проведения РИР заключается в обеспечении оптимальных условий выработки продуктивного пласта, снижении обводненности продукции и поддержании работоспособности скважин [1]. Далее мы рассмотрим опыт выполнения РИР по ограничению водопритока по пласту – отключению обводненных интервалов пласта.

Как известно, успешность РИР во многом зависит от правильного выбора тампонажного состава (ТС). Выбор ТС и обоснование его оптимальной рецептуры для условий конкретного объекта изоляции осуществляются на базе лабораторных экспериментов [2]. Проведение комплекса физико-химических, в том числе реологических исследований позволяет определить общие условия применимости ТС, однако оценить эффективность изоляции в лабораторных условиях можно только по результатам фильтрационных исследований на моделях пласта, вернее, на моделях его призабойной зоны (ПЗП).

На рынке представлен широкий ассортимент ТС для ограничения водопритока по пласту, однако основная их часть может быть отнесена к одному из следующих типов: гелеобразующие составы, вязкоупругие составы, эмульсии. Традиционное физико-химическое тестирование, которое в обязательном порядке проводится перед РИР, как правило, включает в себя определение эффективной вязкости раствора и геля (эмульсии). Также определяется время образования геля (структурирования эмульсии) и свойства формирующейся изолирующей массы, включая, прежде всего, предельное напряжение сдвига.

Фильтрационные исследования проводятся на специальных установках, состоящих из кернодержателя, оснащенного системой поддержания температуры и давления, контейнеров для хранения ТС и других технологических жидкостей и насоса высокого давления. При лабораторном моделировании процессов, происходящих в ПЗП до и после проведения РИР, необходимо максимально воспроизводить геологофизические условия изолируемого объекта. Безусловно, остаются справедливыми все стандартные подходы к организации любых фильтрационных экспериментов, включая использование в качестве модели пласта образцов изучаемого объекта разработки (кернов); создание в образцах, слагающих модель пласта, остаточной водо- или нефтенасыщенности, величина которых соответствует натурным значениям; использование проб нефти, отобранной из системы подготовки нефти конкретного месторождения, и попутно добываемой воды (допустимо использование рекомбинированных проб воды); соблюдение термобарических условий объекта изоляции.

В зависимости от состава и типа применяемого оборудования возможно проведение экспериментов как при постоянном перепаде давления на модели пласта, так и при постоянном расходе фильтруемых жидкостей.

В общем виде последовательность операций может быть следующей: сначала выполняется фильтрация через модель пласта воды (нефти) с постоянным расходом (перепадом давления) до стабилизации перепада давления (расхода). Затем – фильтрация через модель пласта ТС в обратном направлении в объеме, равном или превышающем объем пустотного пространства модели, и выдержка в статических условиях в течение времени, необходимого для образования изолирующей массы.

На третьем этапе возобновляется фильтрация через модель пласта в первоначальном направлении воды (нефти) с постоянным расходом (перепадом давления) до стабилизации перепада давления (расхода). За один из основных параметров, определяющих эффективность изоляции ТС, принимается критический градиент давления, который выдерживает ТС без выноса из модели пласта. В водонасыщенных интервалах этот градиент должен быть максимальным, то есть ТС не должен выноситься из водонасыщенных интервалов при создаваемой в процессе эксплуатации и освоения скважины депрессии. В нефтенасыщенных интервалах данная величина, наоборот, должна быть минимальной, или же критический градиент давления должен отсутствовать вовсе, чтобы ТС при попадании в нефтенасыщенные интервалы не приводил к существенному снижению дебита нефти после РИР.

После превышения критического градиента давления начинается фильтрация жидкости через тампонированную модель пласта. При этом ТС, как правило, не выносится полностью, а создает гидродинамическое сопротивление фильтрующейся жидкости, которое проявляется в снижении проницаемости модели пласта. Кратность такого снижения относительно первоначальной (до тампонирования) проницаемости модели пласта характеризуется фактором остаточного сопротивления, который рассчитывается по формуле:

R = k/k¹,

где k и k’ – проницаемость по воде или нефти соответственно до и после закачки ТС. Чем больше фактор сопротивления, тем в большей степени снижается проницаемость водонасыщенных (положительное явление) или нефтенасыщенных (негативное явление) зон после РИР.

Данные параметры влияют на устойчивость ТС в пласте, на радиус изоляционного экрана и, соответственно, на объем ТС, необходимый для проведения качественной изоляции. От этого зависит эффективность ТС и дебит пластовых флюидов после РИР. Данные параметры могут быть заложены в различные математические модели и использованы в специальных программных продуктах (например, «РН-КИН» [3]) для проектирования дизайна РИР и прогнозирования их эффективности.

Значительную часть ТС для ограничения водопритока по пласту составляют вязкоупругие составы на основе полиакриламида и его производных. При фильтрационном тестировании представителей данного класса ТС авторами получены результаты, представленные на рис. 1. Более подробно с результатами данных исследований можно ознакомиться в работах [4, 5]: и в пористой среде, и в трещине ограничение водопритока такими ТС гораздо более эффективно, чем ограничение нефтепритока. Это явление называется «неравномерное снижение проницаемости» и довольно хорошо описано в литературе (например, в работах [6-8]) и характерно именно для полимерных гелей.

Можно закачивать ТС общим фильтром, при этом есть основания полагать, что ограничение водопритока будет более эффективным, чем неизбежное в какой-то степени ограничение нефтепритока. Однако следует учитывать, что в низкопроницаемых пористых коллекторах (рис. 1в) критический градиент давления выноса из нефтенасыщенных интервалов у полимерных гелей может быть достаточно высок. Если закачать ТС общим фильтром, то можно значительно снизить дебит нефти. Это также необходимо учитывать при разработке дизайна РИР.

Проведение фильтрационного тестирования ТС в сочетании с выполнением стандартных лабораторных тестов позволяет более обоснованно подходить к выбору технологически эффективного ТС и может в значительной степени повысить успешность промысловых работ. Подтвердим это на следующем примере.

ПРАКТИЧЕСКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ОВП

В двух нефтедобывающих компаниях одновременно проводились работы по ограничению водопритока с использованием вязкоупругого состава VEC-2. В обеих компаниях работы выполнялись в терригенных расчлененных пластах с использованием схожей рецептуры ТС. ТС был выбран на основе физико-химического тестирования, результаты которого подтвердили принципиальную возможность применения данного ТС в условиях месторождений компаний, без проведения уточняющих фильтрационных тестов по определению критического градиента давления и фактора остаточного сопротивления.

В Компании 1 были обработаны две скважины. В связи со значительным ограничением дебита нефти после проведения РИР проект был остановлен как нерентабельный. Между тем, тот же ТС показал высокую эффективность на фонде Компании 2 (рис. 2).

Ввиду отсутствия положительного результата в Компании 1 была поставлена задача подобрать эффективный ТС для данных условий. Были проведены фильтрационные исследования ряда полимерных ТС на керновом материале. Для состава VEC-2 установлено, что требуются значительные перепады давления для начала выноса его как из водонасыщенных, так и из нефтенасыщенных интервалов пласта. Было сделано предположение, что по этой причине при освоении и эксплуатации скважины не происходила очистка нефтенасыщенных интервалов от ТС, что могло оказаться одной из причин низкой успешности РИР, проведенных в Компании 1.

В результате проведенных экспериментов для последующих опытно-промысловых работ на скважинах Компании 1 был рекомендован вязкоупругий состав Marcit. Это также состав на основе полиакриламида, но благодаря другим значениям молекулярной массы и степени гидролиза он формирует гель  с принципиально иными свойствами, который выносится при более низких перепадах давления из нефтенасыщенных зон и при этом позволяет создавать устойчивые экраны в водонасыщенных интервалах пласта (рис. 3). Таким образом, обеспечивается селективность воздействия ТС на прослои разной насыщенности.

В рамках проекта ОПИ состава Marcit были обработаны четыре скважины: средний прирост дебита нефти на одну скважину составил 1,4 т/сут, сокращение дебита жидкости – 164 м³/сут. Проект признан успешным.

ВЫВОДЫ ПО ИТОГАМ ИССЛЕДОВАНИЙ

На основании проведенных исследований и полученного практического опыта удалось сделать следующие выводы.

Во-первых, оценить эффективность тампонажного состава на основе только физико-химического тестирования невозможно. Один из способов более обоснованного выбора технологически эффективного состава состоит в комбинировании физико-химических и фильтрационных исследований. Такой подход позволяет в значительной степени повысить успешность промысловых работ.

Во-вторых, к основным параметрам, необходимым для проектирования дизайна РИР и определяемым в ходе фильтрационного исследования, относятся критический градиент давления, при котором происходит прорыв воды и нефти через тампонированную модель ПЗП, и фактор остаточного сопротивления по воде и нефти.

В-третьих, при выборе тампонажного состава для ограничения водопритока преимущество следует отдавать составу, обладающему высокими критическим градиентом давления и остаточным фактором сопротивления по воде и низкими значениями данных параметров по нефти.

И, наконец, неравномерное снижение проницаемости пористой среды и трещин в результате применения полимерных гелей может рассматриваться в качестве положительного фактора при проведении РИР по селективной изоляции водопритока.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Стрижнев К.В. Классификация тампонажных материалов для ремонтно-изоляционных работ в скважинах // Нефтяное хозяйство. – 2010. – № 12. – C. 63-65.
2. Обобщение опыта проведения ремонтно-изоляционных работ на отдельных крупных месторождениях Западной Сибири / В.А. Стрижнев, О.А. Тяпов, В.Г. Уметбаев. – Уфа: изд-во «Скиф», 2013. – 272 с.
3. Ильясов А.М., Ломакина И.Ю., Стрижнев В.А. Подбор дизайна ремонтно-изоляционных работ в программном комплексе «РН-КИН» // Нефтяное хозяйство. – 2013. – № 7. – C. 114-117.
4. Нигматуллин Т.Э., Борисов И.М., Корнилов А.В., Политов М.Е., Телин А.Г. Лабораторное тестирование материалов для ремонтно-изоляционных работ в горизонтальных скважинах // Научно-технический вестник ОАО «НК «Роснефть». – 2012. – №2. – С. 12-15.
5. Пресняков А.Ю., Ломакина И.Ю., Нигматуллин Т.Э., Разяпов Р.К., Сорокин А.С. Комплексный подход к выбору технологии ограничения водои газопритока в условиях Юрубчено-Тохомского месторождения // Нефтяное хозяйство. – 2014. №6. С. 94-98.
6. Liang J., Sun H., and Seright R.S.: ”Why Do Gels Reduce Water Permeability More Than Oil Permeability?” paper SPE 27829 presented at the 1994 SPE/DOE Symposium on Improved Oil Recovery, 17-20 April 1994, Tulsa, Oklahoma, USA.
7. Seright R.S.: “Optimizing Disproportionate Permeability Reduction” paper SPE 99443 presented at the 2006 SPE/DOE Symposium on Improved Oil Recovery, 22-26 April 2006, Tulsa, Oklahoma, USA.
8. Sydansk R.D., Xiong Y., Al-Dhafeeri A.M., Schrader R.J., Seright R.S.: “Characterization of Partially Formed Polymer Gels for Application to Fractured Production Wells for Water-Shutoff Purposes” paper SPE 89401 presented at the 2004 SPE/DOE Fourteenth Symposium on Improved Oil Recovery, 17-21 April 2004, Tulsa, Oklahoma, USA.