Освіта гідратів при моделюванні умов витіснення нафти з Осинського горизонту Талаканське родовища послідовними оторочкою води і газу

Д.А. Абрамов, А.С. Абрамов, А.Г. Малишев

Розробка Осиновський горизонту Талаканське родовища не виключає можливості витіснення нафти прісними водами, а також застосування водогазового впливу. Проведення цих заходів в умовах родовищ Республіки Саха (Якутія) може ускладнюватися утворенням гідратів в поровое просторі, стовбурах нагнітальних і видобувних свердловин.

Гідрат утворюються переважно на межі розділу газ - вода, отже, при витіснення нафти освіта гідратів можливо через прорив води в привибійну зону пласта (ПЗП) видобувних свердловин з тиском нижче тиску насичення і при надходження води в газову шапку.

При зміст гідратів в поровое просторі пласта понад 30% обсягу істотно змінюються його фільтраційно-ємнісні властивості (ФЕС). При витіснення води газом у поровое просторі накопичуються гідрати, утворені як на кордоні розділу газ - вода при просуванні фронту зміни фаз (динамічні), так і з залишкової води (статичні). Кількість динамічних гідратів визначається швидкістю просування кордону витіснення, характерним розміром порового простору і швидкістю їх утворення. Остання на кордоні газ - вода визначається ступенем переохолодження системи (різницею рівноважної температури гідратоутворення і температури шару), швидкістю руху фронту розділу газ -вода, мінералізацією води, впливом (активністю поверхневих сил) скелета породи та ін Обсяг статичних гідратів висить від залишкової водонасиченому колектора після (ходіння фронту витіснення води газом і мінералізації залишкової води. Прісна залишкова вода переходить у гідрат повністю, при цьому обсяг гідрату на 10% перевищує обсяг залишкової води.

Температура освіти гідратів з газу Осиновський горизонту і розчинів NaCl визначається за формулою де р -- тиск, МПа; С - масова концентрація солі,%.

Експериментальне дослідження впливу процесів утворення гідратів на фільтрацію води та газу через зразки керна проводилося при термобаричних умовах пласта на експериментальної установки з вивчення процесів багатофазної фільтрації. Установка складалася з кернодержателя високого тиску, який міститься у термостат. Газ і вода подавалися системою пресів, що забезпечують прокачування заданих обсягів фільтрівний рідини і газу при контрольованому перепаді порові тисків, вимірюваних манометрами на вході і виході з кернодержателя. Методика досліджень полягала у контролі зміни проникності зразка керна (проникність для газу дорівнює 0,15 мкм2, пористість - 15%, водоутримуюча здатність - 21%) при безгідратних і гідратоопасних режимах послідовної подачі води і стисненого газу.

На етапі 1 визначалася проникність керна для води; на етапі 2 високомінералізована вода заміщалася прісної при постійному перепаді тиску в кернодержателе (рис. 1); на етапі 3 вода витіснялася газом високого тиску при зменшенні температури з 20 до пластової 12 ° С. Встановлено, що при постійному витраті газу перепад тиску збільшувався трохи і в подальшому практично не змінювався. Отже, утворення гідратів на фронті витіснення трохи змінило проникність колектора, тобто швидкість освіти гідратів на фронті витіснення газ - вода істотно менше швидкості просування фронту. Тому кількість утворюється гідрату незначно впливає на фільтрацію. У подальшому відзначаються зниження проникності на 5% і її стабілізація. Це обумовлено тим, що при утворенні гідрату обсяг водної фази зростає на 7%, тобто перехід залишкової води в гідрат зменшує вільну пористість на 2,3% і призводить до певного зростання перепаду тиску. Необхідно особливо відзначити, що при дослідженні лінійна швидкість руху флюїда склала 1,5 см/хв, або 21 м на добу, це характерно для призабійної зони нагнітальному свердловини. Можливо, що на більш віддалених ділянках (більше 20 м), де лінійна швидкість значно менше, освіта гідратів здатне надавати більш сильний опір фільтрації або блокувати її повністю.

Освічені в порах гідрати в подальшому не розкладаються, і повтор циклів нагнітання порцій води та газу тільки збільшить шар гідрату в поровое просторі. У результаті з часом відбуваються накопичення гідрату, блокування їм вільного обсягу керна і різке зниження проникності. Накопичення гідратів і зниження проникності колектора відзначаються за всім обсягом промитої зони, тому в процесі реалізації водогазового впливу при виявленні тенденції зниження прийомистості нагнітальних свердловин по воді і газу необхідно активно проводити заходи щодо профілактики гідратоутворення.

Результати експериментів довели, що утворення гідратів з залишкової води або газу при встановлених в ході експерименту швидкостях фільтрації неістотно змінило фільтраційні опору. Це обумовлено тим, що навіть при перехід всієї залишкової води в гідрат газонасиченості зменшується на 5%, що не робить помітного впливу на проникність. При характерних для віддалених від ПЗП нагнітальних свердловин швидкостях руху межі фаз газ - вода можливо значний вплив освіти гідратів на проникність колектора, що має бути встановлено при спеціальних експериментальних дослідженнях.

Варіантом водогазового впливу є закачування водо-газових сумішей в пласт. Для оцінки ступеня впливу освіти гідратів на двофазну фільтрацію (етап 4) у керн закачували спільно газ і вода, що призвело до швидкого (за 33 хв) збільшення перепаду тиску і повного припинення фільтрації через утворення гідратів в пористому середовищі. При нагріванні кернодержателя (етап 5) до температури в термостаті 20 ° С (температура в кернодержателе не вимірюється) проникність різко збільшилася до початкової. Це показує, що освіта і подальше розкладання гідратів практично не змінили структуру порового простору. Отже, умови Талаканське родовища застосування водогазового впливу реально тільки при використанні методів, що виключають можливість утворення гідратів. Для відпрацювання технології попередження ускладнень при водогазовом впливі був проведений повторний цикл досліджень на модернізованої установки, що забезпечує можливість контролю температури усередині кернодержателя, підігріву підвідних трубок, зміни режиму подачі з прісної води на сольовий розчин. Параметри експерименту та режими його проведення представлені на рис.2. На початковому етапі керн заповнювався водою мінералізацією 150 г/л і визначалася проникність для води (температура f = 18 ° C, р = 8,8 МПа). Зростання проникності в часі зумовлений стабілізацією сольового складу при промивці зразка. Кінцева проникність для води дорівнює 0,029 мкм2, що становить 60% абсолютною.

Мінералізація пластових вод Талаканське родовища складає 340 г/л. При завантаженні прісної води концентрація солі на фронті витіснення визначається механізмом взаємодії залишкової і нагнітається вод: при дифузійному взаємодії нерухомої залишковою та рухомий нагнітається вод концентрація солі на фронті поступово знижується з максимальною до нуля. При заміщенні залишкової води нагнітається зміна концентрації повинно бути різким, причому на фронті витіснення повинна формуватися оторочкою висококонцентрованого розсолу.

Для оцінки ступеня зміни концентрації солі в керна при витіснення мінералізованою води прісної визначено зміна перепаду тиску Ар від обсягу закачаної в керн прісної води. Зміна проникності в міру просування фронту витіснення добре описується моделлю поршневого витіснення мінералізованою прісної води

Отже, механізм взаємодії нагнітається і залишковою вод можна представити як процес заміщення.

При освіту гідратів в вміщеному в замкнутий обсяг керна відбуваються поглинання великої кількості газу та зниження тиску, що дозволяє уточнити умови освіти гідратів з мінералізованою води та встановити обсяг гідратної фази. З цією метою в кернодержателе без фільтрації температура знижувалася до 7 ° С і тиск підвищився до 10 МПа. Потім для встановлення можливості освіти гідратів в керн подавався газ, вихід перекривався і підтримувалося тиск, що дорівнює 10,5 МПа. Однак оцінки виконати не вдалося через велику співвідношення обсягу вільного газу (більше 10 л) і незначного обсягу газу, який могла поглинути залишкова вода при утворенні гідратів (обсяг води не більше 1 мл, обсяг поглиненого газу не більше 100 мл).

При двофазної фільтрації газу і розсолу за умов утворення гідратів НЕ забезпечувався режим стабільної фільтрації газу і води через керн. Передавленія з часом змінювався на протилежний знак періодично відзначався зворотний приплив газу в кернодер-жатель з сепаратора з неконтрольованим освітою гідратів в керна. При фільтрації в безгідратном режимі (зниження тиску) різко збільшувалася рухливість флюїда, при подальшому підвищенні тиску і перехід в гідратної режим рухливість знову знижувалася. Спостерігається зниження рухливості флюїда у зразку керна зумовлено утворенням гідратів: швидкість зростання кількості гідратів підвищується зі збільшенням витрат флюїдів (рідини і газу) і ступеня переохолодження системи щодо температури освіти гідратів.

Збільшення температури в кернодержателе та перекладів умов фільтрації в безгідратний режим призвели до початкової нетривалої стабілізації проникності (0,003 мкм2) і її росту до 0,038 мкм2. Це обумовлено виділенням газу при розкладанні гідрату і зменшенням фазової проникності для води. Після розкладання всього гідрату, витіснення і розчинення залишкового газу рухливість флюїда різко зросла до первинних (до досвіду) значень.

Результати досліджень показують, що в поровое просторі при прямому контакті газу і води в пластових умовах Талаканське родовища відбувається утворення гідратів, здатний блокувати фільтрацію. При високих швидкостях фільтрації, які спостерігаються в ПЗП нагнітальних свердловин, в початковий період освіта гідратів на фронті витіснення води газом незначно впливає на проникність колектора, проте при малих швидкостях переміщення фронту, характерних для віддалених від нагнітальному свердловини областей, цей вплив може бути істотним. Освіта гідратів на фронті витіснення газу водою може бути корисним для блокування надходження води в газову частину пласта.

Висновки

1. При фільтрації водогазовой суміші через насичений мінералізованою водою керн за умов утворення гідратів відбуваються розбавлення мінералізованою води прісної, формування і накопичення в керна гідратів, швидке зростання перепаду тиску, зниження проникності і повне блокування фільтрації. Попередження освіти гідратів досягається застосуванням інгібіторів-електролітів.

2. Процес розведення мінералізованою прісної води характеризується різким збільшенням концентрації солі і може розглядатися як заміщення. У зв'язку з цим при розробці поклади заводненню ступінь небезпеки утворення гідратів в ПЗП видобувних свердловин значно знижується, так як на забій у першу чергу надходить оторочкою води високої мінералізації, що є інгібітором освіти гідратів.

3. Освіта та розкладання гідрату в керна практично не змінило проникність зразка, тобто не призвело до деструктивних перетворень колектора. Отже, застосування методу зниження забійного тиску в ПЗП видобувних свердловин для ліквідації гідратної відкладень в цих зонах не призведе до обвалення стінок свердловин.

4. Гарантованим засобом профілактики утворення гідратів з газу і води при водогазовом дії при розробці Талаканське родовища є використання в якості витісняючої агента розсолів концентрацією не менше 130 г/л.

Список літератури

Журнал «Нафтова господарство» № 5, 2006