RU2034135C1

RU2034135C1 - Method for treatment of bottom-hole oil formation zone with clay-containing reservoir

Info

Publication number: RU2034135C1
Authority: RU
Inventors: З.З. Салямов; С.А. Жданов; В.В. Полковников; А.Г. Тарасов; А.А. Боксерман; А.М. Бернштейн; Г.Н. Журавлева
Original assignee: Всероссийский нефтегазовый научно-исследовательский институт
Priority date: 1992-03-31
Filing date: 1992-03-31
Publication date: 1995-04-30

Abstract

FIELD: development of oil fields. SUBSTANCE: bottom-hole oil formation zone with clay-containing reservoir is heated up to temperature ensuring crystal-chemical transformation of clay minerals, and pressure in bottom-hole zone is decreased by withdrawal of formation fluid to value corresponding to appearance of secondary fractures, and nonheated water is injected with injection pressure not exceeding pressure of hydrofracture of formation, and volume of injected water should provide temperature drop to initial temperature of formation. EFFECT: higher oil recovery and increased formation sweep over entire volume of heated bottom-hole zone. 2 cl, 1 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к разработке нефтяных месторождений тепловыми методами с использованием внутрипластовых окислительных процессов и может быть использовано в нефтедобывающей промышленности. The invention relates to the development of oil fields by thermal methods using in situ oxidation processes and can be used in the oil industry.

Известны способы воздействия на призабойную зону с использованием внутрипластового горения, в которых регулированием подачи воздуха достигается неполное сжигание пластовой нефти, т.е. образующимся коксом укрепляется коллектор [1] Данные способы рекомендуются для применения в рыхлых высокопроницаемых коллекторах. Known methods for influencing the bottom-hole zone using in-situ combustion, in which by regulating the air supply incomplete combustion of formation oil is achieved, i.e. the collector strengthens with the resulting coke [1] These methods are recommended for use in loose high-permeability reservoirs.

Известен способ тепловой обработки пласта, заключающийся в нагреве призабойной зоны методом ВГ с последующим нагнетанием ненагретой воды [2] Температура прогрева должна быть выше температуры парообразования в пластовых условиях с целью более глубокого прогрева призабойной зоны паром, образующимся при фильтрации нагретой воды через термообработанную зону скважины, и, как следствие, увеличения нефтеотдачи пласта. Увеличению нефтеотдачи способствует также повышение проницаемости призабойной зоны за счет выгорания тяжелых остатков нефти. A known method of heat treatment of the formation, which consists in heating the bottom-hole zone by the GH method with subsequent injection of unheated water [2], the heating Temperature should be higher than the temperature of vaporization in the reservoir conditions in order to more deeply heat the bottom-hole zone with steam formed during filtration of the heated water through the heat-treated zone of the well, and, as a result, enhanced oil recovery. An increase in oil recovery is also facilitated by an increase in the permeability of the bottom-hole zone due to the burning out of heavy oil residues.

Однако этот способ сориентирован для воздействия на песчаные коллекторы нефти, поскольку при его реализации не учитывается возможность химических превращений материала коллектора при высокотемпературном воздействии. Правильно организованное температурное воздействие на глиносодержащий коллектор с учетом термической стойкости слагающих минералов может значительно усилить эффект от применения способа за счет более существенного увеличения проницаемости призабойной зоны скважины. However, this method is oriented for influencing oil sand collectors, since its implementation does not take into account the possibility of chemical transformations of the collector material during high-temperature exposure. A properly organized temperature effect on the clay-containing reservoir, taking into account the thermal stability of the constituent minerals, can significantly enhance the effect of the application of the method due to a more significant increase in the permeability of the bottomhole zone of the well.

Это обусловлено тем, что глинистые минералы при термическом воздействии претерпевают кристалло-химические преобразования. Они начинаются с температур порядка 100^оС и заканчиваются при 550-600^оС в зависимости от химического и минералогического состава глинистых пород. В результате этих преобразований кристаллическая решетка минералов уплотняется, стабилизируется и глинистая порода приобретает после обжига механические свойства достаточно жесткой структуры. До обжига глинистая порода обладает вязкопластичными свойствами.This is due to the fact that clay minerals undergo thermal-crystal transformations during thermal exposure. They start with a temperature of about 100 ^{° C} and ending at 550-600 ^{° C} depending on the chemical and mineralogical composition of argillaceous rocks. As a result of these transformations, the crystal lattice of minerals is compacted, stabilized, and clay rock acquires the mechanical properties of a fairly rigid structure after firing. The clay rock has viscoplastic properties prior to firing.

Кроме того результатом высокотемпературного воздействия является практическое прекращение или очень сильное замедление реакций ионного обмена между глинистыми минералами и находящимися в воде (нагнетаемой с поверхности) ионами натрия, кальция, калия и др. металлов. Активное протекание этих реакций вызывает увеличение объема глин и снижение проницаемости глинистого коллектора во много раз. In addition, the result of high-temperature exposure is the practical termination or very strong slowdown of the ion exchange reactions between clay minerals and sodium, calcium, potassium and other metals in the water (injected from the surface). The active occurrence of these reactions causes an increase in clay volume and a decrease in the permeability of the clay reservoir by many times.

Целью изобретения является повышение нефтеотдачи и увеличение охвата воздействием за счет образования вторичной трещиноватости по всему объему нагретой призабойной зоны. The aim of the invention is to increase oil recovery and increase coverage by exposure due to the formation of secondary fracturing throughout the volume of the heated bottom-hole zone.

Цель достигается тем, что нагрев призабойной зоны осуществляют до температуры, обеспечивающей кристалло-химическое преобразование минеральных глин, формируют вторичные трещины понижением пластового давления в призабойной зоне за счет отбора пластовых флюидов, нагнетание ненагретой воды производят давлением, не превышающим давление гидроразрыва пласта в объеме, обеспечивающем снижение температуры нагретой призабойной зоны до начальной. The goal is achieved in that the bottom-hole zone is heated to a temperature that ensures the crystal-chemical transformation of mineral clays, secondary cracks are formed by lowering the reservoir pressure in the bottom-hole zone by selecting formation fluids, and unheated water is pumped with a pressure not exceeding the hydraulic fracturing pressure in a volume that ensures lowering the temperature of the heated bottom-hole zone to the initial one.

Температурный режим прогрева призабойной зоны определяется экспериментально на конкретной породе глинистого коллектора. Исследования заключаются в снятии и сопоставлении фильтрационных характеристик образцов до и после термического воздействия с различными температурными режимами. Оптимальным является режим, позволяющий добиться максимального увеличения проницаемости для воды при наименьших энергетических затратах (минимальной температуре). После определения температуры процесса горения выбирается технологический режим его реализации, создающий искомую температуру (сухое горение, влажное горение, горение с закачкой дополнительного топлива). The temperature regime of heating the bottom-hole zone is determined experimentally on a specific rock of the clay reservoir. The research consists in removing and comparing the filtration characteristics of the samples before and after thermal exposure with various temperature conditions. The optimal mode is to maximize the permeability to water at the lowest energy cost (minimum temperature). After determining the temperature of the combustion process, the technological mode of its implementation is selected, which creates the desired temperature (dry combustion, wet combustion, combustion with the injection of additional fuel).

Создание искусственных трещин осуществляется снижением давления на забое скважины, в результате чего возрастают эффективные нагрузки на скелет пласта из-за разницы между горным и пластовым давлением. Обоженные глинистые породы в призабойной зоне проходят стадии упругой и упруго-пластичной деформации. Неупругие деформации сопровождаются микроразрушениями и дроблением пористых блоков трещинами на более мелкие блоки, что приводит к образованию вторичной трещиноватости. В необожженных частях глинистого коллектора вследствие его вязкопластичных свойств вторичная трещиноватость не образуется. Если теперь поднять давление в призабойной зоне до пластового, то ее проницаемость значительно увеличится вследствие раскрытия вторичных трещин и появления новых, так называемых трещин разгрузки. Последующее снижение забойного давления при пуске скважины в эксплуатацию приводит к увеличению нагрузки на породу и уменьшению проницаемости, однако она будет выше, чем при отсутствии вторичной трещиноватости. The creation of artificial fractures is carried out by reducing the pressure at the bottom of the well, as a result of which the effective loads on the skeleton of the formation increase due to the difference between the mountain and reservoir pressure. The calcined clay rocks in the bottomhole zone undergo stages of elastic and elastic-plastic deformation. Inelastic deformations are accompanied by micro-fractures and crushing of porous blocks by cracks into smaller blocks, which leads to the formation of secondary fracture. In the unbaked parts of the clay reservoir, secondary fracturing is not formed due to its viscoplastic properties. If we now raise the pressure in the bottomhole zone to the reservoir, then its permeability will increase significantly due to the opening of secondary cracks and the appearance of new, so-called discharge cracks. The subsequent decrease in bottomhole pressure during commissioning leads to an increase in the load on the rock and a decrease in permeability, however, it will be higher than in the absence of secondary fracturing.

При реализации способа после термообработки осуществляется интенсивный отбор газа при повышенных депрессиях на пласт, равных 0,4-0,6 начального пластового давления. При указанных депрессиях забойное давление уменьшается ниже значения, соответствующего появлению вторичной трещиноватости. Величину снижения забойного давления обосновывают экспериментально на образцах обожженных пород при моделировании пластовых условий. When implementing the method after heat treatment, intensive gas extraction is carried out with increased depressions on the reservoir equal to 0.4-0.6 of the initial reservoir pressure. With these depressions, bottomhole pressure decreases below the value corresponding to the appearance of secondary fracture. The magnitude of the bottomhole pressure decrease is justified experimentally on samples of calcined rocks when modeling reservoir conditions.

Последующее форсированное нагнетание ненагретой воды ставит целью не только подъем пластового давления для раскрытия вторичных трещин, но и образование новых в результате термических напряжений, вызванных внедрением масс ненагретой воды в термообработанную зону. Этим и опpеделяется условие продолжения нагнетания до момента снижения температуры нагретой зоны до начальной пластовой. Форсированный темп нагнетания необходим для создания максимально возможного градиента температур между забоем и призабойной зоной. The subsequent forced injection of unheated water aims not only to increase reservoir pressure to reveal secondary cracks, but also to form new ones as a result of thermal stresses caused by the introduction of masses of unheated water into the heat-treated zone. This determines the condition for continued injection until the temperature of the heated zone decreases to the initial reservoir. A forced injection rate is necessary to create the maximum possible temperature gradient between the face and the bottomhole zone.

Заполнение порового объема нагретой призабойной зоны ненагретой водой или инертным газом перед операцией по образованию вторичной трещиноватости производится только в том случае, когда в результате снижения забойного давления в стволе скважины возможно образование взрывоопасной смеси углеводородного газа, попадающего сюда из других пластов из-за нарушения герметичности обсадной колонны, и кислорода, находящегося в выжженном объеме призабойной зоны. Вытеснение кислорода из выжженного объема в область остаточной нефтенасыщенности и повышенной температуры, где происходит его полная утилизация, делает безопасной разрядку скважины (снижение забойного давления). The pore volume of the heated bottom-hole zone is filled with unheated water or an inert gas before the secondary fracturing operation is performed only when, as a result of lowering the bottomhole pressure in the wellbore, an explosive mixture of hydrocarbon gas entering here from other strata is possible due to a violation of the casing tightness columns, and oxygen located in the scorched volume of the bottomhole zone. The displacement of oxygen from the scorched volume into the region of residual oil saturation and elevated temperature, where it is completely utilized, makes it safe to discharge the well (decrease in bottomhole pressure).

После обработки по заданной схеме призабойной зоны одной скважины или группы скважин воздействуют на другую группу скважин. Это позволяет существенно улучшить коллекторские свойства глиносодержащего коллектора за счет образования дополнительной трещиноватости. After processing according to a given pattern of the bottom-hole zone of one well or group of wells, they act on another group of wells. This allows you to significantly improve the reservoir properties of clay-containing reservoir due to the formation of additional fracturing.

Использование предлагаемого способа разработки призабойной зоны обеспечивает по сравнению с известными способами термической обработки следующие преимущества: ориентация на повышение нефтеотдачи пластов, находящихся в трудных геолого-физических условиях; дополнительное увеличение проницавемости призабойной зоны скважины за счет образования вторичной трещиноватости только с использованием свойств пластовой системы; возможность использования обработанных скважин как добывающих, так и водонагнетательных. Using the proposed method for developing the bottom-hole zone provides the following advantages in comparison with the known methods of heat treatment: focus on increasing oil recovery in formations in difficult geological and physical conditions; an additional increase in the permeability of the bottomhole zone of the well due to the formation of secondary fracture only using the properties of the reservoir system; the possibility of using the treated wells as production and water injection.

Способ смоделирован в лабораторных условиях. В опытах использовался обожженный в муфельной печи при 550^оС в течение 6 ч образец монтмориллонитовых отложений пласта А₁ ¹⁺² нижневартовского свода. Образец устанавливался в кернодержатель с гидрообжимом. Давление гидрообжима 13,0 МПа, начальное внутрипоровое (пластовое) давление 7,0 МПа. В процессе исследований пластовое давление ступенчато снижали до 4,0 МПа, затем повышали до начального пластового и снова снижали до 2,0 МПа. При каждом значении внутрипластового давления определялся параметр, характеризующий проницаемость образца по воде Q/Δ P, где Q расход воды; ΔР перепад давления на концах образца.The method is simulated in laboratory conditions. In experiments used calcined in a muffle furnace at 550 ^{° C} for 6 hours, a sample of montmorillonite Fat reservoir ₁ ^{1 + 2} Nizhnevartovsky arch. The sample was installed in a core holder with hydraulic crimping. Hydraulic crimping pressure 13.0 MPa, the initial pore (reservoir) pressure of 7.0 MPa. During the study, the reservoir pressure was gradually reduced to 4.0 MPa, then increased to the initial reservoir pressure and again reduced to 2.0 MPa. For each value of the in-situ pressure, a parameter was determined that characterizes the water permeability of the sample Q / Δ P, where Q is the water flow rate; ΔР pressure drop at the ends of the sample.

В таблице приведены результаты исследований. Значения давлений даны в порядке изменения в опытах. The table shows the research results. Pressure values are given in the order of change in the experiments.

Как следует из результатов исследований, снижение пластового давления приводит к ухудшению фильтрационных характеристик вследствие уплотнения образца. Однако при снижении давления ниже давления образования вторичной трещиноватости (в данном случае 2,0 МПа) и последующем восстановлении пластового давления наблюдается резкое улучшение фильтрационных характеристик. Так при достижении начального пластового давления в предложенном способе проницаемость возрастает в 7 раз. При повторном снижении давления фильтрационные характеристики ухудшаются, однако преимущества способа сохраняются. As follows from the research results, a decrease in reservoir pressure leads to a deterioration in the filtration characteristics due to compaction of the sample. However, when the pressure decreases below the pressure of the formation of secondary fracture (in this case, 2.0 MPa) and the subsequent restoration of reservoir pressure, a sharp improvement in the filtration characteristics is observed. So when reaching the initial reservoir pressure in the proposed method, the permeability increases by 7 times. With a repeated decrease in pressure, the filtration characteristics deteriorate, however, the advantages of the method are retained.

Claims

1. A METHOD FOR PROCESSING A BOTTOM ZONE OF THE OIL LAYER WITH A CLAY-CONTAINING COLLECTOR, including heating the bottom-hole zone by in-situ combustion and subsequent injection of unheated water, characterized in that the bottom-hole zone is heated to a temperature that provides crystallochemical pressure formation and the formation of a second layer of mineral oil zone through the selection of reservoir fluids, magnetization of unheated water is produced by pressure not exceeding the hydraulic fracture pressure and volume providing reduction bottom zone heated to the starting temperature.

2. The method according to claim 1, characterized in that before the selection of formation fluids, unheated water or inert gas is pumped into the formation in an amount equal to the pore volume of the heated bottom-hole zone.