При бурении скважин на различных месторождениях нефти и газа используют буровые растворы на полимерной основе. В качестве добавок в промывочные жидкости вводят полимерные реагенты (полиакриламид, гидрализованный полиакрилнитрил в виде гипана различной модификации, сополимеры метакриловой кислоты и др. так называемые анионактивные полиэлектролиты). Это позволяет увеличить механическую скорость
и проходку на долото, снизить разупрочнение стенок скважин и улучшить очистку забоя.

Вместе с тем использование полимеров с длинными цепями сопровождается и отрицательным воздействием на проницаемость призабойной зоны продуктивного пласта. Такая диссоциация в цепи полимеров обуславливает появление участков с отрицательными зарядами, что способствует адсорбции их на положительно заряженных участках ребер глинистых частиц, входящих как в состав промывочных жидкостей, так и в
образующих цемент песчаников. В результате этого процесса в призабойной зоне продуктивного пласта формируется органо-минералогический комплекс кольматирующих соединений, снижающий проницаемость продуктивного пласта.

Актуальность разработки новых реагентов

Лабораторными исследованиями по растворению искусственно приготовленных образцов органо-минералогических соединений соляно-кислотными, глинокислотными и щелочными растворами установлено, что используемые растворы не растворяют подобного рода кольматирующих соединений и даже не оказывают какоголибо разрушающего воздействия на их структуру. Это предопределило поиск принципиально новых реагентов для воздействия на рассматриваемые полимерглинистые кольматирующие образования.

Лабораторные исследования

Фильтрационные исследования взаимодействия кислородсодержащих кислот фосфора и их солей с полимерами акрилового ряда проводились на водо- и нефтенасыщенных образцах горных пород продуктивного пласта, отобранных из различных скважин Ямбургского месторождения. В качестве полимера, образующего кольматирующие полимерглинистые образования, использовали гидрализованный полиакрилнитрил «ГИПАН‑1» (ТУ 6–01–166–89).

Водонасыщенная среда

При изучении способности фосфорсодержащих веществ восстанавливать проницаемость водонасыщенных пород, адсорбировавших на своей поверхности полимер, лабораторные опыты проводились в следующей последовательности. Вначале определяли проницаемость модели по воздуху (К1), затем по раствору хлористого калия 2%-ной концентрации (К₂). Далее, в противоположном направлении при постоянном давлении нагнетался раствор гипана 1%-ной концентрации в объеме, равном двум поровым объемам модели. После этого через образец продавливают раствором хлористого калия 2%-ной концентрации, и при стабилизации расхода фильтрации определяют проницаемость закольматированного образца (К3). Затем в модель в прямом направлении нагнетают раствор фосфорсодержащего вещества (4 поровых объема образца). Образец промывают раствором хлористого калия 2%-ной концентрации. После прокачки трех поровых объемов промывачной жидкости определяют проницаемость образца (К4), и при стабилизации расхода фильтрации вновь определяют проницаемость образца (К₅). Стабилизация расхода промывки образцов происходила при прокачке через образец 15–20 объемов порового пространства образца при некотором снижении коэффициента проницаемости по сравнению со значениями, зафиксированными в начале промывки. Эффективность обработок образцов пород оценивали по соотношению К₅/К₂.

Результаты фильтрационных опытов представлены в таблице 1.

Таблица 1: Эффективность удаления полимерных кольматирующих образований в водонасыщенной среде из кернов песчаников растворами кислородсодержащих кислот фосфора и их солей

Полученные экспериментальные данные показывают, что восстановление проницаемости образцов до 44–91% от первоначальных значений обеспечивается при использовании следующих шести реагентов: H₃PO₄, 5%, Na₂HPO₄, 5%, NaH₃P₂O₇, 5%, Na₂H₂P₂O₇, 5%, Na₃HP₂O₇, 5% и N ((CH₂PO₃)Н₂)₃ , 5%.

Нефтенасыщенная среда

Во второй серии фильтрационных опытов моделировали нефтенасыщенную породу, и проводили опыты в такой последовательности.

В начале определяли проницаемость образца по воздуху (К₁) и по раствору хлористого калия 2%-ной концентрации (К₂). Для создания остаточной водонасыщенности последовательно в модель среды закачивали масло и керосин и определяли проницаемость по керосину (К₃).

В противоположном направлении нагнетался раствор гипана 1%-ной концентрации в объеме, равном двум поровым объемам. Модель промывали керосином и определяли проницаемость закольматированного образца (К₄). Далее в образец закачивали раствор с фосфорсодержащим веществом в объеме, равном 4–5 поровым объемам. Затем образец промывали керосином и определяли проницаемость образца в начале промывки (К₅) и при стабилизации расхода фильтрации (К₆).

Отмечено, что при увеличении объемов промывки свыше десяти объемов пор образца проницаемость увеличивается. Эффективность обработок образцов пород оценивали по соотношению К₆/К₃.

Результаты фильтрационных опытов представлены в таблице 2. Как видно из результатов фильтрационных исследований, рассматриваемые кислородсодержащие кислоты фосфора и их соли в различной степени эффективны для удаления полимерных образований из гранулярного коллектора, и они могут быть рекомендованы как основа для составления технологического раствора.

Таблица 2: Эффективность удаления полимерных кольматирующих образований в нефтенасыщенной среде из кернов песчаников растворами кислородсодержащих кислот фосфора и их солей

Изменение структуры порового пространства

Методом ртутной порометрии произведена оценка изменений структуры порового пространства при кольматации керна песчаника раствором гипана 1%-ной концентрации с последующей обработкой образца раствором NaH₃P₂O₇ 5%-ной концентрации. Результаты лабораторных исследований представлены в таблице 3.

Таблица 3: Изменения в распределении размеров пор в образце песчаника после кольматации полимерным раствором и обработки раствором NaH₃P₂O₇ 5%-ной концентрации

Как видно из представленных данных, изменения размеров закольматированных порпосле обработки свидетельствуют об эффективности применения раствора на основе фосфорсодержащего вещества для удаления
полимерглинистых образований.

Промышленные испытания

На Ямбургском ГКМ была произведена реагентная обработка по удалению полимерглинистых кольматирующих образований на 54 скважинах. Успешность таких операций составила 89%. В результате обработок 48 скважин суммарный дебит газа был увеличен с 16 920 до 24 064,2 тыс. м³/сут., т. е. в 1,4 раза. Средняя дополнительная добыча газа за счет реагентной обработки по скважине составила 148,8 тыс. м³/сут.

Выводы

Результаты лабораторных исследований и промысловых испытаний свидетельствуют, что применение предлагаемых растворов на основе кислородсодержащих кислот фосфора и их солей позволяет эффективно растворить полимерглинистые образования в призабойной зоне пласта, существенно восстановить проницаемость коллектора и тем самым увеличить производительность скважин.