Способ изоляции водоносных пластов

 

Изобретение относится к бурению скважин и добычу нефти, а именно к способу изоляции каналов водоносных пластов, в частности с минерализованными пластовыми водами. Задача изобретения - повышение эффективности изоляционных работ в скважинах с минерализованными водоносными пластами путем применения рабочего раствора, образующего непроницаемый экран за счет его химической реакции с присутствующими ионами различных химических элементов в пластовой воде. Поставленная задача решается следующим образом: в скважину с минерализованными водоносными пластами закачивают продукт взаимодействия фосфорной кислоты с карбамидом плотностью 1,285 - 1,325 г/см³. 1 з.п.ф-лы, 2 табл.

Изобретение относится к бурению скважин и добычи нефти, а именно к способу изоляции каналов водоносных пластов, в частности с минерализованными пластовыми водами.

Известен способ изоляции пласта закачкой товарного водорастворимого силиката 3 - 50%-ной концентрации [1].

Известен способ изоляции пласта [2] закачкой в проницаемый пласт хлорного железа или хлорного кальция, а затем изолирующего вещества - гипана. При этих способах непроницаемый экран приствольной части ствола скважины образуется по всей толщине нефтяного пласта, т.е. теряется возможность селективной изоляции только водоносной части нефтяного пласта.

Известна закачка в пласт растворов, содержащих твердые фазы [3]. Однако из-за несоответствия размеров каналов водоносных пластов и частиц твердой фазы растворов применение их малоэффективно.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является двухреагентный способ - закачка хлористого кальция и сульфата алюминия [4]. Применение этого способа недостаточно эффективно, в основном, из-за малой величины структурной прочности образовавшегося осадка, т.е. статического напряжения сдвига во времени.

Целью изобретения является повышение эффективности изоляционных работ в скважинах с минерализованными водоносными пластами путем применения рабочего раствора, образующего непроницаемый экран за счет его химической реакции с присутствующими ионами различных химических элементов в пластовой воде.

Поставленная цель достигается тем, что в скважину с минерализованными водоносными пластами закачивают продукт взаимодействия фосфорной кислоты с карбамидом плотностью 1,285 - 1,325 г/см³, имеющий следующую формулу: Кроме того, в скважину с неминерализованными водоносными пластами предварительно закачивают водный раствор солей поливалентных металлов с концентрацией полного насыщения и буферную жидкость.

Сопоставительный анализ предлагаемого изобретения с прототипом показывает, что заявляемый способ отличается от известного тем, что при изоляции минерализованных водоносных пластов в качестве рабочего раствора используют продукт взаимодействия фосфорной кислоты с карбамидом, а при отсутствии минерализации или маломинерализованных вод предварительно закачивают водные растворы солей поливалентных металлов с концентрацией полного насыщения, разделенные буферной жидкостью. Таким образом, заявляемый способ соответствует критерию "новизна".

Известен продукт взаимодействия фосфорной кислоты с карбамидом, выпускаемый Башкортостане, Мелеузовским химкомбинатом по ТУ 38402 123-91 под товарным названием "Азери" и используемый в качестве ингибитора коррозии и солеотложения. В заявляемом техническом решении предлагается его использовать по новому назначению для изоляции минерализованных водоносных пластов.

В пластовых водах присутствуют ионы Na', K', Ca⁴, Mg⁴, Cl', HCO₃, CO₃ и другие элементы. Содержание различных химических элементов в минерализованных пластовых водах колеблется в различных количествах и приводится в табл. 1 [5].

При смешивании рабочего раствора с пластовой водой в соотношении 1 : (0,5 - 1,2) образуется плотный осадок в объеме 100% от объема смешиваемых растворов. При отсутствии достаточного количества минеральных солей в пластовой воде в каналах водоносного пласта перед закачкой рабочего раствора, разделенной буферной жидкостью, закачивается водный раствор солей поливалентных металлов (CaCl, MgCl, ZnCl, CuSO₄) с концентрацией полного насыщения.

Именно при заявляемом способе изоляции минерализованных водоносных пластов достигается наиболее прочная коагуляционная структура, создающая водонепроницаемый экран, путем заполнения поровых каналов пласта водонерастворимым осадком. Следовательно, можно сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения критерию "изобретательский уровень".

Способ реализуется следующим образом.

После частичного или полного вскрытия водоносного пласта в скважину спускают гидромеханический пакер и устанавливают над кровлей водоносного пласта. Требуемую глубину проникновения рабочего раствора определяют по формуле: , где ϕ = 2 - 4 - коэффициент, учитывающий цикличность и продолжительность воздействия дифференциального давления P_пл. - P_заб.; α = 0,2 - 0,5 - коэффициент, учитывающий форму водонерастворимого осадка и структуру порового канала; σ - статическое (предельное) напряжение сдвига; K - проницаемость водоносного пласта; P_з - забойное давление в интервале водоносного пласта;
P_пл. - пластовое давление;
r_п - глубина проникновения рабочего раствора;
r_с - радиус скважины;
m - пористость водоносного пласта.

Объем водонерастворимого осадка для заполнения пор каналов водоносного пласта определяют по формуле:
V_осад.= π(r²_п-r²_c)·h·m (2), ,
где
V_осад. - объем водонерастворимого осадка в пластовой воде;
h - толщина водоносного пласта;
Объем рабочего раствора определяется по формуле:
V_p.p.= V_осад.·Ψ (3), ,
где
Ψ - коэффициент, учитывающий долю участия рабочего раствора для образования требуемого осадка в каналах водогазопроявляющего пласта.

В полость бурильных труб сначала закачивают буферную жидкость в объеме 0,5 м³ вязкой нефти. Затем закачивают рабочий раствор расчетного объема, определенного по формуле /3/, и закачивают продавочную жидкость из расчета вытеснения рабочего раствора до кровли водоносного пласта.

По мере проникновения рабочего раствора в каналы водоносного пласта давление на устье постепенно повышается и к концу продавки рабочего раствора в пласт должно составить не менее требуемого значения, которое возникает в процессе проводки скважины или добычи нефти.

После окончания продавки скважина под давлением продавки оставляется в покое для укрепления прочности коагуляционных структур и вновь образованных водонерастворимых осадков.

Результаты лабораторных исследований приведены в табл. 2. Как видно из приведенных данных, наиболее эффективным для кольматации каналов водоносных пластов является рабочий раствор, представляющий собой продукт взаимодействия фосфорной кислоты с карбамидом. При его применении прочностные характеристики увеличились в 100 раз.

Пример. В скважине в интервале 1500 - 1520 м залегает водоносный пласт с параметрами: m = 0,2; K = 1 дарси; h = 20 м; r_с = 0,108 м; P_пл. - P_заб. = 120 кгс/см².

Требуемая глубина проникновения рабочего раствора определяется по формуле /1/:

Объем водонерастворимого осадка для заполнения поровых каналов водоносного пласта определяем по формуле /2/:
V_осадка= π·0,2·(0,650²-0,108²)·20 = 5,16 м³
Объем рабочего раствора:
V_р.р = 5,16·0,5 = 2,6 м³
Этот объем рабочего раствора закачивают и продавливают в водоносный пласт, и скважину оставляют под давлением в покое на 16 ч для формирования коагуляционной структуры и набора большего значения статического напряжения сдвига.

Способ изоляции водоносных пластов позволит более эффективно и на продолжительное время изолировать каналы водоносного пласта, создав водонепроницаемый экран за счет заполнения поровых каналов пласта водонерастворимым осадком.

Образующийся осадок обладает более высокими прочностными характеристиками по сравнению с известными, что позволит удерживать перепад давления на водоносный пласт в процессе строительства скважины или добычи нефти.

Источники информации
1. Городнов В. Д. Физико-химические методы предупреждения осложнений в бурении. М.: Недра. 1977, с. 253.

2. Авторское свидетельство N 1006720, кл. E 21 B 33/138, 1983.

3. Авторское свидетельство N 1797644, кл. E 21 B 33/138, 1993.

4. А.с. N 1838584, кл. E 21 B 33/138, 1993 (прототип).

5. Сухарев Г.М. Гидрогеология и воды нефтяных и газовых месторождений. Л., 1959, с. 132, 184.

Формула изобретения

1. Способ изоляции водоносных пластов, включающий закачку и продавку в скважину буферной жидкости и рабочего раствора, отличающийся тем, что в скважине с минерализованными водоносными пластами в качестве рабочего раствора применяют продукт взаимодействия фосфорной кислоты с карбамидом, имеющий формулу

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в скважину с неминерализованными водоносными пластами предварительно закачивают водный раствор солей поливалентных металлов с концентрацией полного насыщения.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2