Главная страница / Нефть и Капитал №05/2016 / Технопарк


Комплексное воздействие на пласт — основа перспективных технологий нефтегазодобычи

Кравченко О. В., Велигоцкий Д. А., Хабибуллин Р. А., ООО «Индустриальные технологии»


В настоящей работе представлен перспективный метод увеличения продуктивности скважин и повышения эффективности разработки месторождений с традиционными и трудноизвлекаемыми запасами, основанный на многостадийном термогазохимическом процессе, в ходе которого в призабойной зоне скважины генерируются газы (в первую очередь водород) и горячие кислоты. Выделяющийся водород улучшает проницаемость коллектора и способствует фильтрации химически активных компонентов в пласт, где происходят их вторичные реакции с его минеральной частью и кольматантами. На высокотемпературной стадии процесса (250–350°С) в условиях высоких давлений в присутствии атомарного и молекулярного водорода и катализаторов реализуется процесс гидрокрекинга АСПО с образованием газовых и дистиллятных фракций.

Россия, по различным оценкам, занимает первое место в мире по разведанным запасам трудноизвлекаемых углеводородов. Стратегическое значение имеют отложения баженовской свиты, потенциальные запасы которой оцениваются в 22 млрд тонн. В этой связи особый интерес представляет технологии для разработки месторождений с трудноизвлекаемыми запасами (ТриЗ) нефти и газа из низкопроницаемых коллекторов, технологии добычи высоковязких и высокообводненных залежей нефти и нефтяных оторочек. Примером успешного применения таких технологий в последнее время стала промышленная добыча газа из сланцев и плотных песчаников, превратившая США из страны-импортера в поставщика голубого топлива.

Анализ практики применения современных технологий повышения нефтегазоотдачи показывает, что традиционно используемые методы — тепловые, кислотные, щелочные обработки призабойной зоны пласта или их комбинации — при разработке месторождений с ТриЗ практически не дают результата. Дело в том, что эффективность обработок плотных пород-коллекторов существенным образом зависит от проницаемости их призабойных зон, поскольку активные химические компоненты рабочих составов должны диффундировать в поровое пространство, контактировать и реагировать с кольматантами непосредственно в продуктивном пласте. Низкая проницаемость ПЗП не позволяет этим растворам фильтроваться в поровое пространство, что и делает обработку неэффективной.

Тепловое воздействие на ПЗП незначительно улучшает ситуацию, так как с ростом температуры химическая активность кислот и щелочей увеличивается, а вязкость тяжелых углеводородов или АСПО снижается. Но и в этом случае в малопроницаемом коллекторе ожидаемые химические процессы могут не начаться.

Наиболее широкое применение для разработки ТриЗ на сегодня получил метод многостадийного гидродинамического разрыва пласта (ГРП), хотя и у него имеются свои ограничения в применении, особенно на нефтяных месторождениях с высоким содержанием парафинов и высокой угрозой последующего увеличения обводненности пласта.

Решение задачи увеличения добычи и роста коэффициента извлечения углеводородов видится в создании и внедрении технологий, в ходе реализации которых осуществляется интегрированное многофакторное физико-химическое воздействие на ПЗП, направленное на устранение в течение одной обработки всех основных причин кольматации, а также улучшения фильтрационной способности коллектора. Этим требованиям на сегодняшний день отвечает технология комплексного водородного и термобарохимического воздействия (КВТБХВ).

НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИИ КВТБХВ

В основу технологии комплексного водородного и термобарохимического воздействия на продуктивный горизонт положено интегрированное использование аномальных свойств водорода в условиях многостадийного термогазохимического процесса, управляемого на каждой стадии. В ходе этого процесса повышается температура, выделяются различные активные газы, в том числе водород, образуются горячие кислоты — азотная и соляная (в отдельных случаях плавиковая) и производится обработка поверхностно-активными веществами.

Реализация технологии не требует специального оборудования, кроме того, которое используется бригадами капитального ремонта скважин. Производится раздельно-последовательное закачивание технологических растворов в призабойную зону скважины, где за счет разницы плотностей происходит их смешивание. Реакции отдельных компонентов этих растворов инициируют протекание во всем объеме многостадийного термогазохимического процесса.

Каждая последовательная стадия процесса характеризуется своим составом химически активных компонентов (газы, кислоты, ПАВы и пр.), воздействующих на пласт и флюид, а продолжительность стадий и их температурные режимы управляются наличием в растворах вещест активаторов и ингибиторов.

Используются высокоэнергетические горюче-окислительные смеси, тепловой эффект реакции которых достигает 14–20 МДж/кг, и гидрореагирующие вещества (ГРВ) на основе натрия, алюминия, лития и бора.

В основе технологии КВТБХВ лежит тот факт, что водород, особенно атомарный, является активатором процесса диффузии и повышает газопроницаемость коллекторов продуктивных пластов в 2–4,5 раза. Это доказано экспериментально. Не менее важными являются результаты, которые доказали, что газопроницаемость плотных пород коллекторов после проведения водородной активации диффузии сохраняется на высоком уровне. Также доказано, что обработка водородом, особенно полученным в ходе реакции гидролиза гидрореагирующих веществ, существенно увеличивает фильтрационную способность по сравнению с обработкой другими газами (монооксидом и диоксидом азота и углеродом) и их смесями.

Данные исследования проводились на цилиндрических кернах уплотненных карбонатных и терригенных пород, извлеченных из нефтяных, газовых и газоконденсатных скважин. Особенно эффективной водородная активация диффузии оказалась при воздействии на керны с минимальной газовой проницаемостью по воздуху — 0,02–0,03 мкм2.

Остаточная проницаемость таких кернов, обработанных атомарным водородом, увеличилась в 3,5–4,5 раза. Продувка кернов водородом осуществлялась в условиях пластовых температур (60–100°С); моделировалась депрессия от 0,5 до 2,0 МПа.

Учитывая тот факт, что водород первым фильтруется в пласт, увеличивает его проницаемость, а при содержании более 4–6 массовых процентов стимулирует фильтрацию в поровое пространство других химически активных газов и жидкостей, в данной технологии водород в качестве активатора процесса диффузии применяется уже на начальной низкотемпературной стадии термохимического процесса.

Другой особенностью данной технологии является организация процесса гидрокрекинга парафинов и АСПО непосредственно в продуктивном пласте за счет генерирования атомарного и молекуляного водорода в интервале температур 250–350°С (при давлении 5 МПа и выше). Аналогичный процесс широко применяется в нефтеперерабатывающей промышленности для увеличения глубины переработки.

В связи с малой плотностью и взрывоопасностью газообразного водорода в технологии КВТБХВ применяются специальные методы доставки ГРВ с устья на забой скважины, где и происходит их реакция с водой. В этом случае кроме экзотермического процесса генерирования водорода решается еще одна важная задача — снижение обводненности продуктивного пласта в призабойной зоне (вода является источником водорода).

Управляемый процесс генерирования водорода на различных стадиях термохимической обработки осуществляется за счет новых методов пассивации поверхностей гидрореагирующих веществ, в том числе на основе алюминия. Особый практический интерес представляют соединения на основе алюминия — алюмогидрид натрия (NaAlH4) и композит АГНК-50, состоящий из 50% алюминия и 50% гидрида натрия (NaH). Эти ГРВ обладают высокой скоростью генерирования водорода. Ранее применение данных ГРВ было невозможно вследствие их высокой гигроскопичности и реакционной активности с водой. Но эта проблема решена посредством разработки новых приемов доставки ГРВ в зону протекания термохимического процесса. Это доставка ГРВ в химически стойких, но разрушающихся под воздействием температуры (от 80 до 300°С) пассивирующих оболочках, а также в составе ультрадисперсных суспензий.

ОСОБЕННОСТИ РЕАЛИЗАЦИИ

Несмотря на относительную простоту реализации технологии КВТБХВ на промысле, процесс ее адаптации к конкретному объекту достаточно сложный и наукоемкий.

Одним из этапов подготовки к внедрению технологии является компьютерное 3D-моделирование воздействия на ПЗС. При моделировании учитываются конструктивные особенности обрабатываемой скважины, в том числе количество, диаметр и длина перфорационных отверстий, эксплуатационные характеристики скважины, петрографические и теплофизические параметры породы пласта, состав и теплофизические характеристики пластового флюида и кольматантов. Параметры водородного, химического и термобарического воздействий на ПЗП задаются.

Следует отметить, что эффект водородной активации диффузии в нефтегазоносных пластах еще недостаточно изучен, поэтому современные математические модели его не учитывают. Авторами впервые реализован алгоритм уточнения компьютерной модели с учетом данного эффекта. При этом в компьютерную модель вместо константы проницаемости обрабатываемого пласта закладываются регрессионные уравнения, описывающие зависимости проницаемости горной породы от эффективности водородной обработки, которые в каждом конкретном случае определяются экспериментально.

На рисунке 1 представлен результат моделирования водородного воздействия на призабойную зону с известными свойствами горной породы (пористость, проницаемость, химический и гранулометрический составы) и флюида. Показано распределение объемной доли водорода в ПЗП (реальный размер выделенного фрагмента 3000x3000x500 мм) в течение одинакового времени обработки с учетом и без учета эффекта водородной активации диффузии. Хорошо видно, что обработка пласта с учетом водородной активации диффузии проходит более интенсивно и охватывает больший радиус призабойной зоны.

Компьютерное моделирование всех стадий термохимической обработки ПЗП проходит с учетом водородной активации диффузии.

На основе результатов компьютерного моделирования осуществляется выбор типов и концентраций горюче-окислительных составов и ГРВ, активаторов и ингибиторов термохимических процессов, обеспечивающих управляемость комплексного водородного и термобарического воздействия на ПЗП с учетом индивидуальных особенностей каждой скважины.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Водородное и термобарохимическое воздействие представляет собой комплексное и многофакторное воздействие на ПЗП и насыщающий ее флюид, является управляемым и протекает по заранее заданному алгоритму, который, в свою очередь, вырабатывается с учетом геолого-физических свойств коллектора и причин его кольматации. В ходе геофизических исследований, проведенных на нескольких скважинах после проведения технологии КВТБХВ, зафиксировано увеличение проницаемости коллектора в радиусе 25–30 м и снижение скин-фактора с 6 до –1.

На сегодняшний день при помощи данной технологии обработано более 70 скважин в России, Украине, Грузии, Туркмении и Китае, в которых запасы углеводородов по различным причинам (обводненность пласта, высокое содержание АСПО, низкая проницаемость и др.) относятся к категории трудноизвлекаемых. Полученные результаты в виде увеличения дебитов углеводородов подтвердили высокую эффективность технологии КВТБХВ.

В 2014 году технология впервые и успешно реализована на скважинах с горизонтальными окончаниями, что позволяет сделать вывод о возможности ее широкого применения, в том числе и на месторождениях с нетрадиционными и трудноизвлекаемыми запасами.


81.jpg

82.jpg



83.jpg


Нефть и Капитал №05/2016

Х Закрыть

Выберите год и месяц

Х Закрыть

Выберите год и месяц

Нефть и Капитал


События

20.03. Роснедра выставили на торги 2 участка угля в Кузбассе

20.03. РЖД прогнозируют рост погрузки по итогам 2017 года на 0,6%

20.03. Доля нераспределенного фонда недр с запасами нефти в России составляет 6%