Цели и методы интенсификации продуктивности скважин

     Принципиальная  возможность применения микробиологического воздействия с целью увеличения нефтеотдачи и интенсификации добычи нефти отмечена многими зарубежными исследователями и подтверждена успешными промысловыми экспериментами. В настоящее время в области микробиологических ММУН по мимо России исследования ведутся в Австралии, Великобритании, Индии, Канаде, Китае, Румынии, США, ФРГ и других странах. Среди современных исследователей осуществивших промысловые эксперименты, следует отметить как показывает анализ, широко использовались в промысловой практике различных стран метода первой группы, основанные на различных схемах и способах введения питательного вещества (мелассы) и микроорганизмов.

     В настоящее время, благодаря лабораторным и промысловым испытаниям процесс микробиологического воздействия с применением малассы осуществляется в двух вариантах. Первый вариант заключается в циклической закачке микроорганизмов и питания. По этому варианту предусматривается повторное обработке вводом питания (возможно и дополнительно микроорганизмов) и последующего заводнения. Инокулят может быть введен однократно, и размножившееся в пласте бактерии будут продвигаться в след за питательной средой, введенной при последующих циклах. Второй вариант мелассного заводнения осуществляется путем однократного введения значительного количества питательного раствора и микроорганизмов. Образующиеся метаболиты увеличивают подвижность нефти способствуют формированию вытесняющего нефтяного вала, перемещаемого закачиваемой водой.

     В ряде технологий  микробиологические процессы на  основе естественной пластовой микрофлоры активируются в ходе достаточно длительной закачке в пласт растворов через нагнетательные скважины, что является одним из самых дешевых экологически чистых микробиологических МУН, так как не требует дополнительного ввода микроорганизмов с поверхности, а только подача питательного раствора, при этом достается достигать тех же технологических эффектов, что и в методах с вводом бактерий с поверхностей. Особенностью применения микробиологических МУН на поздней стадии разработки является высокая степень выработанности коллекторов, особенно в призабойной зоне, а так же развитость гидродинамических, методов воздействия. Эти факторы в значительной степени затрудняют реализация ММУН, так как существующие технологии активации пластовой микрофлоры ориентированы в большей мере на средние значения нефтенасыщенности и режим непрерывного нагнетания воды.

     В многочисленных лабораторных экспериментах было показано, что увеличение нефтеотдачи в пласте в ходе активизации микробиологических процессов можно обьяснить комплексным воздействием таких продуктов метаболизма, как био ПАВ, кислоты органические растворители (спирты кетоны) и газы (СО2, СН4, N2) кроме того, микробная биомасса и синтезируемые микроорганизмами полесахариды могут существенным образом локально изменять фильтрацонное сопративление в зонах микробиологического воздействия, что увеличивает эффективность вытяснения нефти водой в ходе ее последующей закачке.

     Лабораторные исследования  показали, что продукты микробного метаболизма изменяют химические и физические свойства нефти. В результате возможно увеличение вытесняющих свойств нагнетаемых флоидов (воды), а так же очистка с помощью микроорганизмов призабойных зон добывающих скважин отложений парафинов, смол и асфальтенов. В таблице ахарактеризованы некоторые из микроорганизмов, использованных в микробиологических технологиях увеличения нефтеотдачи, а так же продукты их метаболизма.

     Широко используется  в промышленных микробиологических технологиях увеличения нефтеотдачи микроорганизма Clostridium и Bacillus. Представители этих родов обладают значительным потенциалом для использования в процессах воздействия на нефтяные пласты в следствии способности к спорообразованию. Споры обладают меньшими размерами по сравнению с вегетативными формами микроорганизмов, что способствует более эффективной (глубокой) микробиологической обработке призабойной зоны скважины. Они более устойчивы к стрессовым изменениям внешних условий, которые неизбежны при закачке микроорганизмов с поверхности в нефтеносный пласт. Представители Clostridium продуцируют ПАВ, газы, спирты, кислоты, а  Bacillus – ПАВ, кислоты. Некоторые виды  Bacillus синтезируют биополимеры.

     ПАВ, синтезируемые  микроорганизмами, способствуют снижению  межфазного натяжения между водой  и нефтью, а так же эмульгированию  нефти к микробным метаболитам,  обладающим такими свойствами, относятся  длинноцепочечные жирные кислоты и отдельные виды липидов.

     Низкомолекулярные спирты  и кетоны, продуцируемые микроорганизмами  являются типичными СО – ПАВ  при определенных условиях они могут снижать межфазное натяжение, способствовать эмульгированию и повышать устойчивость водонефтяных эмульсий.

     Газы, вырабатываемые  микроорганизмами, такие как СО2, Н2, N2 и СН4 могут улучшать нефтеотдачу путем локальног увеличения платового давления и снижения вязкости нефти. В лабораторных экспериментах показано увеличение давления в ходе развития микробиологических процессов до 414 к Па.

 

Вид микроорганизма	Отношение к кислороду	Продукты метаболизма
Clostridium SP Bacillus SP Pseuclomonas SP Xantomonas SP Leuconostoc SP Desulfovidrio SP Artnrobacter SP Coryntbacterium SP Enterobacter SP	Аноэробы Факультативные аноэробы Аэробы Аэробы Факультативные аноэробы Аноэробы Факультативные аноэробы Аэробы Факультативные аноэробы	Газы, кислоты, спирты, ПАВ Кислоты, ПАВ, полимеры ПАВ, полимеры, кислоты Полимеры Кислоты, газы ПАВ, спирты ПАВ Газы, кислоты Газы, кислоты

                       

    

 

 

 

 

 

 

     В карбонатных коллекторах,  а также в песчанках, сцементированных карбонатами, кислотообразующие микроорганизмы улучшают нефтеотдачу в следствии растворения карбонатов. Не смотря на то, что органические кислоты, продуцируемые бактериями, слабее чем минеральные, РН среды при культивировании микроорганизмов может достигать 2-3 единиц, хотя чаще не снижается ниже 4.

     В случае быстрого  получения результата и незначительных затрат, широкое практическое применение получили технологии, основой которых является циклическая обработка с применением микробиологического воздействия в призабойной зоне добывающей скважины. Увеличение продуктивности скважины после такой обработки связывается с проявлением следующих эффектов:

     увеличение фазовой  проницаемости по нефти за  счет микробиологической трансформации отложений парафина и асфальтенов, а также разрушение водонефтяных эмульсий и моющего действия био ПАВ ;

     блокирование или  увеличение фильтрационного сопротивление в высокопроницаемых, выработанных (промытых) интервалах призабойной зоны скважины.

     Недостатком разработанных  методов микробиологического воздействия на призабойную зону пласта добывающих скважин и очистки скважинного оборудования от отложений смол и парафинов является использование анаэробной микрофлоры, что значительно удлиняет сроки воздействия, а также может привести к неконтролируемому распространению анаэробных микроорганизмов в системе сбора и хранения нефти.

     Прогнозирование технологических показателей разработки с применением микробиологических МУН, а так же управление реализации этих методов требуют разработки математических моделей, адекватно отражающих особенности процесса. Математическое моделирование микробиологических МУН в последние годы, с набором большого объема экспериментальных результатов, получили существенный импульс к развитию. Основой большей части моделей является различные уравнения развития микроорганизмов или, что практически тоже самое генерации метаболитов. Другие элементы моделей определяют параметры процессов вытеснения нефти определяемые динамикой наработки матоболитов (активной примеси) и гидродинамическими параметрами фильтрации.        

Существенной трудностью при реализации разработанных моделей является необходимость использования большого массива экспериментальных данных, которые  должны быть получены в условиях, близких к пластовым. Указанный подход осложняется в еще  большей степени для расчетов микробиологических МУН в условиях трещино-парового коллектора.

 

 

            3. Комплексное воздействие на пласт.

 

     Одно из прогрессивных направлений совершенствования технологий воздействие на призабойную зону пласта комплексное их сочетание по механизму действия в одном технологическом приеме, к ним относятся термокислотные обработки, термогазо- химическое воздействие.

     Для скважин, в  призабойной зоне пласта которых  имеются отложения слои, парафинов  и асфальтенов, ухудшающих контакт  кислоты с поверхностью паровых  каналов, применяются термокислотные или термохимические обработки. Термокислотная обработка – это воздействие не призабойную зону пласта горячей кислотой, нагретой за счет теплового эффекта экзотермической реакции металлического магния с солено- кислотным раствором

        Mg + 2HCI + H2O = MgCI2 + H2O + H2 + 470 КДЖ

     При растворении 1 кг магния в саленной кислоте  выделяется 18,9 М Дж тепла. Для растворения 1 кг магния необходимо 18,6 л соленой кислоты  15%-ой концентрации. Но при этом вся кислота превращается в нейтральный раствор хлористого магния с температурой более 300 градусов Цельсия. По этому необходимо, что бы магний растворялся значительно большем объеме кислоты и на его растворение была бы израсходована только часть активной кислоты оптимальным соотношением является 70-100 литров соленой кислоты 15%-ой концентрации. Для растворения 1 кг магния при расчетной температуре на выходе из наконечника (трубы для зарядки магнием) от 75 до 80 градусов Цельсия и остаточной концентрации кислоты 11-12 %.

     Для термокислотной  обработки применяют специальные реакционные наконечники (термореакторы), представляющие собой перфорированную трубу, в которую загружают магний в виде стружек или стержней и брусков.

     В зависимости от  диаметра и длинны термореактора,  в него загружают 40-100 кг магния, спускают предварительную промытую скважину, устанавливают против обрабатываемого интервала пласта и прокачивают через него расчетный, объемно-соленокислотного раствора. При реакции кислотного раствора с магнием выделяется большое количество тепла до расчетной температуре прогревается призабойная зона пласта и повышается эффективность кислотного воздействия на породы, освобожденные от парафиновых и асфальто смолистых веществ.

     Проведение термокислотной  обработки с использованием термореактора  сопровождается значительными теплопотерями на прогрев реактора, насоснокомпрессорных труб, ствола скважины, высокой коррозийной активностью горячего раствора соленой кислоты.

     Внутрипластовая термохимическая  обработка комплексно сочетает  в себе элементы гидравлического пласта, соленой кислотой и тепловой обработок. Сущность обработки состоит в том, что по технологии гидравлического разрыва в пласте создаются трещины, которые заполняются гранулами магния или их смесью с песком и последующем растворением магния солено кислотным раствором. Гранулированный магний применяется при внутрипластовой термохимической обработке, выпускается металлургической промышленностью с диаметром гранул 0,5-1,6 мм. Технология внутрипластовой химической обработке включает следующие операции: промывку скважины, спуск и установку пакера с якорем и хвостовиком (возможность проведения обработке без пакера определяется состоянием эксплуатационной колонны), обвязку устье скважины по схеме ГРП с подключением кислотного агрегата и аппрессовку нагнетательных линий; закачку жидкости разрыва и осуществление разрыва пласта (раскрытие трещин), закачку смеси песка и гранулированного магния и их продавку в трещины пласта; закачку расчетного объема соленокислотного раствора, продавку соленокислотного раствора в пласт; демонтаж наземного оборудования и освоение скважины известными методами сразу после обработки. Требования к рабочим жидкостям предъявляются те же, что и при гидравлическом разрыве пласта, но жидкость-носитель должна быть химически нейтральной по отношению к гранулам магния. При массовом соотношении магния и песка смеси, равном  1 15 проницаемость песчаного скелета после растворения гранул магния кислотой увеличивается в 3, 4 раза количество 15% раствора соленой кислоты, потребная для полного растворения магния при остаточной концентрации соленокислотного раствора 10% определяется по эмпирической зависимости

               V=Gm (48+1,6p3),

где Gm – масса гранулированного магния, T, p3 – забойное давление в процессе закачки соленокислотного раствора.

     При проведении внутрипластовой  термохимической обработки применяют такие же оборудования и технику что и при гидравлическом разрыве пласта. Эффективность в обработке достигается комплексным (механическим, тепловым и химическим) воздействием на продуктивные породы.

     Гидравлический разрыв  пласта и увеличения проницаемости трещин за счет удаления растворяемой добавки (гранул магния) из закрепляющего трещину материала.

     Тепловая обработка  по средствам экзотермического  растворения магния, расплавления и удаления агрегатных структур, образованных асфальтосмолистыми и парафиновыми отложениями.

     Активное воздействие  соленокислотного раствора, нагретого в нутрии пласта, на породы, освобожденные от парафиновых обложений.

     Кроме того, при растворении магния соленокислотным раствором выделяется большое количество водорода, способствующего улучшению процессов освоения скважины и очистки призабойной зоны пласта от продуктов реакции.

     Термохимическое воздействие  на призабойную зону пласта заключается в сжигании на забоя скважин порохового заряда, спускаемого на электрокабеле. Время сгорания регулируется и может длится от нескольких минут до долей секунды. Интенсивность процесса изменяется так же в зависимости от массы сжигаемого заряда (от 20 до 500 кг).

     При быстром сгорании  порохового заряда (0,01 – 1с) на  локальном участке в приствольной  зоне пласта создается высокое давление (100-250 МПа). При этом в породе возникает аномальные повреждения, приводящие к необработанным деформациям и осуществляется механическое воздействие на пласт приводящие к образованию в нем новых трещин и расширению существующих под давлением пороховых газов. Обработки проводятся обычно без пакера.

     При увеличении времени  сгорания (медленном горении) создаваемое давление уменьшается, но увеличивается время воздействия на призабойную зону пласта высокой температуры (до 350 градусов Цельсия) и продуктов горения, в которых содержится азот, оксид азота, углекислый газ, хлор, хлористый водород, вода. Нагретые пороховые газы проникают по порам и трещинам в глубь пласта, расплавляют смолы, парафины и асфальтены, осуществляя тепловую обработку. Углекислый газ, растворяясь в нефти уменьшает и вязкость и поверхностное натяжение на границе с водой и породой. Проникая в поры и трещины пласта, хлористый водород, соединяясь с пластовой водой образует раствор соленой кислоты (до 5% концентрации), которая взаимодействует с карбонатными породами, увеличивает пористость, расширяет трещины. Таким образом, при термогазохимическом воздействии призабойная зона пласта подвергается комплексной, механической, тепловой и химической обработке с растворителем.