Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Казанский национальный исследовательский технологический университет»
ГОРЮЧЕ-ОКИСЛИТЕЛЬНЫЕ СОСТАВЫ ДЛЯ ОБРАБОТКИ НЕФТЯНЫХ СКВАЖИН
Методические указания
Казань Издательство КНИТУ
2018
1
УДК 622.276.3(07)
ББК 33.131я7 Г71
Печатаются по решению методической комиссии инженерного химико-технологического института
Рецензенты:
д-р хим. наук, проф. Р. З. Гильманов канд. техн. наук, доц. С. В. Михайлов
Составители:
ассист. Л. Х. Бадретдинова, доц. А. А. Мокеев, доц. А. А. Марсов
Горюче-окислительные составы для обработки нефтяных скважин : Г71 методические указания / сост. : Л. Х. Бадретдинова, А. А. Мокеев, А. А. Марсов; Минобрнауки России, Казан. нац. исслед. технол. ун-т. –
Казань : Изд-во КНИТУ, 2018. – 28 с.
Представлены характеристики горюче-окислительных составов, преимущества технологии обработки нефтяного пласта с использованием горюче-окислительных составов. Рассмотрены механизмы воздействия устройств на основе энергонасыщенных материалов на призабойную зону пласта.
Предназначены для студентов очной формы обучения, изучающих дисциплину «Технологии интенсификации добычи нефти и повышение нефтеотдачи пластов», «Прострелочно-взрывные работы в скважинах», а также для студентов, обучающихся по профилю «Материаловедение и технологии материалов в технической химии».
Подготовлены на кафедре технологии твердых химических веществ.
УДК 622.276.3(07) ББК 33.131я7
2
Введение
Для повышения производительности нефтяных и газовых, а также приемистости нагнетательных скважин в мировой практике применяют разнообразные технологические приемы и технические средства. К числу наиболее распространенных эффективных технологий следует отнести гидравлический и газодинамический разрыв пласта, обработку продуктивных коллекторов кислотами, поверхностно-активными веществами, гидроакустическими, импульсными и виброколебаниями, устройствами теплового и газодинамического воздействия на пласт на основе энергонасыщенных материалов (ЭНМ). Наиболее часто в качестве ЭНМ используется пороха, твердые топлива и пиротехнические составы. В начале 70-х годов было предложено для целей высокоэнергетического воздействия на пласт применять жидкие По своим характеристикам ГОСы мало уступают пороху и твердым топливам, используемым для снаряжения пороховых генераторов и аккумуляторов давления, и имеют возможность заполнять все сечение ствола скважин и, обеспечить таким образом более высокую плотность выделяемой энергии в расчете на единицу объема скважины. Другим преимуществом ГОС является непосредственный контакт высоконагретых продуктов горения с породой продуктивного пласта, что снижает потери энергии на вытеснение скважинной жидкости из зоны обработки и ее нагрев. Также следует отметить, что для изготовления ГОС применяются недефицитные и относительно недорогие материалы.
1. Механизмы воздействия устройств на основе ЭНМ на призабойную зону пласта
Наиболее развиты технологии интенсификации нефтедобычи с применением ЭНМ в США и России. Добывающие и сервисные компании США отдают предпочтение генераторам и аккумуляторам давления на основе твердотопливных и пороховых зарядов с помощью которых выполняют технологию газодинамического разрыва пласта (ГДРП). [1-6]
Горение порохового заряда в скважине, заполненной жидкостью, сопровождается резким повышением давления и температуры. Под воздействием давления пороховых газов жидкость смещается по стволу скважины. Остальная часть газов
3
вместе со скважинной жидкостью под действием давления, равного пластовому или превышающего его, с высокой скоростью задавливается через перфорационные каналы или естественные трещины в пласт, выполняя роль клина, раздвигающего горную породу. После окончания горения порохового заряда происходит дальнейшее движение жидкости по скважине под действием сил инерции. К моменту окончания подъема жидкости давление в газовом пузыре будет меньше, чем давление столба жидкости, и он начнет движение вниз. Давление в газовом пузыре за счет сжатия газа будет увеличиваться и к моменту полного израсходования энергии столба жидкости превысит гидростатическое. Происходит пульсация газового пузыря с затухающей амплитудой колебаний. За счет пульсации пороховые газы при движении из пласта очищают трещины от асфальтносмолистых и парафиновых отложений (АСПО) и песчано-глинистых частиц. [7]
Вариантом развития метода ГДРП в СССР стал метод термогазохимического воздействия на пласта (ТГХВ). Метод ТГХВ основан на многофакторном - механическом, тепловом и физикохимическом воздействии на коллектор. Основным фактором является механический, приводящий к образованию в около скважинном пространстве системы трещин, не требующих
закрепления. |
Необратимые деформации горных пород происходят |
в процессе |
их знакопеременного нагружения. Это воздействие |
зависит от величины создаваемого в скважине давления, темпа его
роста и времени |
действия избыточного давления. [8] |
|
|
|
Тепловое |
воздействие метода ТГХВ заключается в |
прогреве |
||
пор, естественных микро- и макротрещин пласта |
в призабойной |
|||
зоне пласта (ПЗП) и |
расплавлении парафиновых |
и |
асфальто- |
|
смолистых отложений |
горячими пороховыми газами, |
движущимися |
||
с высокой скоростью по перфорационным каналам и трещинам. Образующиеся газы (СО, СО2, N2, Cl2) снижают вязкость и
поверхностное натяжение нефти на контактах |
с горной породой |
|
за счет растворения в ней СО, СО2, N2. |
|
|
Химическое воздействие проявляется |
в |
частичном |
растворении карбонатных пород, цемента и окислов железа
образующейся соляной кислотой. |
|
Наиболее благоприятными объектами |
для технологий ГДРП |
и ТГХВ, являются скважины, находящиеся |
в начальной стадии |
4
эксплуатации, характеризующиеся высокими пластовыми давлениями и низкой продуктивностью, а наилучшие результаты получаются при разрыве неоднородных пластов, когда:
- поверхность |
фильтрации и |
прискважинная зона |
засорены |
в процессе бурения, освоения и эксплуатации скважин; |
|
||
- скважина низкодебитная, а |
расположена вблизи |
объектов |
|
с высокой продуктивностью. |
|
|
|
Большинство |
месторождений |
характеризуются |
сложными |
горно-геологическими условиями: относительно маломощными продуктивными пластами, залегающими на разной глубине, наличием границ раздела флюидов (вода-нефть, вода-газ и др.), резкими отличиями физико-механических свойств пород одного или нескольких смежных пластов. Поэтому традиционные высокоэнергетические физические методы интенсификации добычи нефти (ГДРП и ТГХВ) не всегда эффективны (до 60% отрицательных результатов). При пороховом и газодинамическом разрыве пласта наблюдается неконтролируемое разрушение призабойной зоны, распространение трещин по границам пластов и их выход в близлежащие непродуктивные водоносные или газоносные горизонты, разрушение и отслоение затрубного цементного кольца с образованием перетоков флюидов между пластами.
Описанные методы ГДРП и ТГХВ создают в скважинах высокие темпы роста давления. В качестве альтернативы этим методам в начале 90-х годов на нефтяных месторождениях был предложан чередовании импульсов сжатия и разряжения в скважинной жидкости. В рамках данного метода используются герметичные сосуды, изготовленные из специального стекла и выдерживающие внешнее сжимающее давление до 60 МПа, которые вследствие взрыва удлиненного заряда разрушаются в зоне перфорации. Вся сборка, состоящая из заряда, гирлянды сосудов и взрывного патрона, спускалась на каротажном кабеле в зону перфорации и подрывалась. Нестационарные процессы, протекающие в области расположения устройства (ударная волна; волна разряжения, появляющаяся при коллапсе газовой полости; гидроудар, вызванный соударением столбов жидкости), способствуют очистке стенок скважины и перфорационных отверстий от отложений и расширению микро- и макротрещин. Однако, как показала практика применения метода, увеличение
5