Особенности ремонта скважин по отведению водопритоков

     Содержание 

     

1. Причины обводнения нефтяных скважин
1. Обводнение нефтяных скважин, вскрывших однородный пласт с подошвенной водой
2. Опережающее продвижение воды по пропласткам с высокой проницаемостью
3. Возникновение заколонных перетоков
4. Нарушение герметичности обсадной колонны
2. Краткий обзор и анализ методов ограничения водопритоков
1. Методы изоляции и ограничения водопритоков с применением органических полимерных материалов
2. Методы ограничения водопритоков с применением неорганических водоизолирующих материалов
3. Методы изоляции водопритоков с применением кремнийорганических соединений

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1. Причины обводнения нефтяных скважин

 

     В процессе разработки месторождений  проблема ограничения водопритоков в добывающие скважины становится все  более актуальной. Резко возрос объем  скважин, вышедших из бурения и требующих  ремонта по причинам прорыва подошвенных вод, поступления воды из близко расположенных к продуктивной зоне воды насыщенных пластов, заколонной циркуляции. Фонд скважин, дающих обводненную продукцию сразу же после освоения, составляет более 15-20 %. Поэтому в среднем почти в 2 раза увеличивается темп обводнения разрабатываемых месторождений, резко сокращаются сроки их безводной эксплуатации.

     Работа  большого числа скважин из-за высокой обводненности нерентабельна. Такие скважины активно пополняют бездействующий фонд, который в настоящее время насчитывает более 30 тыс. скважин. По отдельным месторождениям Западной Сибири фонд бездействующих скважин составляет 40-50 % эксплуатационного.

     Коротко рассмотрим каждую из перечисленных  форм обводнения нефтяных скважин. 

1. Обводнение  нефтяных скважин, вскрывших  однородный пласт  с подошвенной водой

     В нефтяных залежах, подстилаемых подошвенной  водой, поверхность раздела нефть — вода при отсутствии отбора жидкости из пласта остается неподвижной и практически близка к горизонтальной (рис. 1). С началом отбора нефти подстилающая вода начинает замещать ее место. Поверхность водонефтяного контакта (ВНК) изменяется, принимая форму конуса, вершина которого стремится к забою скважины.

     

     Скорость  образования водяного конуса и время  прорыва подошвенной воды в нефтяную скважину определяется рядом факторов, среди которых основное значение принадлежит степени анизотропности пласта и темпу отбора жидкости из скважины.

     Точное  решение задачи образования конуса обводнения в нефтяных скважинах сопряжено с большими математическими трудностями. Работы М. Маскета, М. Д. Миллионщикова, П. Я. Полубариновой-Кочиной, И. А. Чарного , Д. А. Эфроса и других исследователей посвящаются решению частных случаев этой сложной задачи. Большинство выполненных исследований ставило своей целью определение величин критического понижения давления на забое несовершенной скважины и ее дебита, при которых конус достигнет забоя скважины, а также ряда других показателей.

     Этими исследованиями установлено, что предельный безводный дебит скважины, эксплуатирующей  однородный изотропный пласт с подошвенной водой, очень мал (дебит скважины, при котором подошвенная вода не проникает в скважину).

     Он  увеличивается с уменьшением проницаемости в вертикальном направлении по сравнению с проницаемостью пород пласта в горизонтальном направлении. Уменьшение глубины вскрытия пласта на величину предельного безводного дебита скважины влияет сравнительно мало. 

2. Опережающее продвижение воды по пропласткам с высокой проницаемостью

     Наличие высокопроницаемых пропластков может дать возможность для преждевременного прорыва в скважину закачиваемой системой поддержания пластового давления воды (или контурных вод), оставляя зоны продуктивного пласта с более низкой проницаемости неохваченными заводнением. Поскольку закачиваемая вода охватывает интервалы самой высокой проницаемости, проницаемость для последующего потока становится даже выше, приводя к увеличению водонефтяного фактора. Имеющиеся данные из описания коллектора дают возможность определять проницаемые для воды пласты, что позволяет моделировать движение жидкости. Аналогично продвижению вод по высокопроницаемым пропласткам, обводнение может происходить при наличии между добывающей и нагнетательной скважиной системы природных трещин. Даже если трещины пересекающие две скважины не соединяются, то вода может главным образом течь через одну трещину вблизи другой трещины или ствола, охватывая лишь небольшую часть продуктивного коллектора. Неверно направленные гидроразрывы могут также создать трещины, которые дают возможность нагнетаемой воде обходить большую часть углеводородов.  

3. Возникновение заколонных перетоков

     Возникновение гидравлической связи (канала) между  водоносными горизонтами и скважиной  является причиной заколонных перетоков. Эта проблема может встречаться в любое время эксплуатации скважины, но более заметна после первоначального заканчивания или стимуляции скважины. Поступление непредвиденой воды в это время является хорошим показателем того, что канал существует. Каналы в кольцевом пространстве обсадная колона - пласт могут быть результатом плохой связи на границе контакта цемента – обсадная колонна или цемента-пласт. Возникновение заколонных перетоков может быть вызвано некачественным цементированием при строительстве, отслоением цемента от обсадной колонны и пород из-за плохой адгезии, разрушением цемента. Разрушение цемента может произойти под воздействием коррозионно активных флюидов, при камулятивной перфорации, при ударах инструмента об обсадную колонну при спуско-подъемных операциях в скважине.  

4. Нарушение герметичности обсадной колонны

     Нарушение герметичности обсадной колонны  обычно обнаруживается при не предполагаемом увеличении добычи воды. Потеря герметичности  обсадной колонны может быть вызвана  коррозионным разрушением, негерметичностью резьбовых соединений, ошибочной перфорацией, образованием трещин в теле труб при превышении допустимого давления истиранием обсадной колонны при работе в ней бурильным инструментом. Наиболее сложным случаем является наличие нарушений герметичности эксплуатационной колонны с низкой приемистостью, определяющихся падением давления при опрессовке. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

2. Краткий обзор и анализ методов ограничения  водопритоков

 

     Для предупреждения и ликвидации обводнения скважин применяют различные  способы. Классификация способов предупреждения и ликвидации обводнения скважин  приведена на рис. 2.

     Существующие способы предупреждения и ликвидации обводнения скважин можно разделить на три группы: технологические, механические и физико-химические (изоляция водопритоков).

     Технологические способы предупреждения обводнения скважин:

• качественное и надежное разобщение продуктивных пластов в процессе строительства скважины;
• выбор оптимальной депрессии на пласт при освоении и эксплуатации скважин;
• выбор оптимальной скорости продвижения фронта вытеснения нефти водой, которая должна соответствовать скорости капиллярной пропитки водой пород коллектора;
• подбор режима работы скважины (отбора жидкости) с учетом достижения малой подвижности поверхности водонефтяного контакта в радиусе глубокой депрессионной воронки;
• выравнивание профиля приемистости нагнетательных скважин путем применения тонкодисперсных наполнителей и полимерных составов;
• изменение реологических свойств закачиваемой воды путем применения полимерного заводнения. При этом повышается коэффициент нефтеотдачи за счет предотвращения преждевременного прорыва нагнетаемой воды по отдельным высокопроницаемым пластам;
• форсированный отбор жидкости из пласта. При этом наблюдается снижение соотношения добываемой нефти и воды.

     

     Механические  способы ликвидации водопритоков из отдельных обводненных пластов или пропластков (отключение «средних» и «верхних» пластов) осуществляют путем установки перекрывающих устройств — специальных пакеров, летучек или стальных гофрированных пластырей. Такие операции выполняют с предварительным цементированием изолируемого интервала цементным раствором с добавлением модифицирующих реагентов или с использованием составов на основе синтетических смол (ТСД-9, ТС-10, фенолоформальдегидных, мочевиноформальдегидных, состав «Ремонт» и др.).

     Физико-химические способы изоляции водопритоков основаны на применении специальных реагентов и составов, которые закупоривают пути притока воды к скважине при сохранении проницаемости нефтенасыщенной части пласта. В зависимости от механизма и особенностей образования закупоривающего вещества способы изоляции разделяют на селективные и неселективные (неселективные и селективные материалы).

     Неселективные материалы практически в одинаковой степени закупоривают (изолируют) как  водонасыщенные, так и нефтенасыщенные пласты. Эффект изоляции водопритоков незначителен, возможно снижение добычи нефти. Используют неселективные материалы на основе неорганических и органических соединений.

     Составы на основе неорганических соединений: на основе цемента и других минеральных  вяжущих; пеноцементы; дисперсии неорганических веществ (глина, мел, сера и др.); на основе силикатов, включающие гелеобразователь и другие добавки.

     Составы на основе органических соединений: на основе синтетических смол (полимеров); на основе кремнийорганических соединений, включающие воду и другие гелеобразователи.

     Наиболее  часто применяют материалы селективного действия.

     К селективным относятся методы, которые основаны на применении реагентов и составов, обеспечивающих избирательное снижение проницаемости только водонасыщенной части пласта.

     Как правило, любой материал не может  обладать абсолютной селективностью (избирательностью). Селективный материал снижает проницаемость обводненных пластов в большей степени, чем нефтенасыщенных. Между селективными и неселективными материалами нет резкой границы. Неселективные материалы при определенных условиях или технологических приемах обеспечивают некоторую селективность.

     Селективность (реагента, состава, метода) проявляется  в зависимости от свойств реагента, состава пород и геологического строения пластов (число и мощность пропластков, неоднородность их по проницаемости, проницаемость продуктивного пласта).

     Селективность материала (реагента, состава) зависит  от следующих факторов:

• способность вступать в реакцию с водой с образованием закупоривающего вещества (осадок, гель, твердое вещество);
• способность вступать в реакцию с солями, содержащимися в воде, с образованием закупоривающего вещества (осадок, гель, твердое вещество);
• неспособность реагента к взаимодействию с нефтью с образованием закупоривающего вещества или стойкой водонефтяной эмульсии;
• способность к адсорбции на поверхности водонасыщенных пород, в том числе гидрофобизация порового пространства;
• способность к образованию эмульсий и пен, неустойчивых в углеводородах;
• гидрофильность состава, которая способствует преимущественной фильтрации в водонасыщенные, более проницаемые интервалы пласта;
• отсутствие адгезии закупоривающего вещества с нефтенасыщенными породами пласта;
• способность дисперсных материалов к набуханию (увеличению объема) в воде и уменьшению объема или растворению в нефти.

     Для изоляции водопритоков применяют следующие  селективные материалы: составы на основе неорганических соединений; составы на основе органических соединений; эмульсионные растворы и пены; гидрофобизирующие составы и реагенты; сульфатвостанавливающие бактерии.

     К составам на неорганической основе относят: цементные растворы на углеродной основе; составы на основе силикатов; составы на основе гидрогелей металлов.

     К составам на органической основе относят: составы на основе кремнийорганических  соединений; растворы полимеров и полимерные составы; дисперсии водонабухающих полимеров и других веществ; составы на основе нефти и нефтепродуктов; составы на основе карбоновых кислот, ароматических углеводородов и их соединений.

     Эмульсионные  растворы и пены: гидрофобные эмульсии II рода; гидрофильные эмульсии I рода; пены на основе ПАВ и аэрированные растворы.

     Гидрофобизирующие составы: растворы катионных ПАВ и ПАВ других классов; нефтепродукты и другие вещества (смолы, парафин, асфальтены).