Введение
Кислотная обработка матрицы часто используется для стимуляции карбонатных коллекторов на шельфе Бразилии. При таких обработках необходима соответствующая технология перенаправления жидкости для направления ее в зоны с более низкой проницаемостью или более поврежденные зоны и обеспечения обработки всего производственного интервала. В качестве перенаправляющих агентов используются такие химические вещества, как полимерные гели, пены, маслорастворимые смолы и каменная соль. На шельфе Бразилии успешно применяются системы на основе полимеров. Такие системы проще в обращении, чем системы на основе твердых частиц, а перенаправление достигается за счет создания естественного сопротивления вязкому потоку. Как правило, обработка делится на три фазы: сначала закачивается обычная 15%-ная соляная кислота (HCl), затем гелеобразная 15%-ная HCl, и, наконец, таблетка сшитой на месте гелеобразной 3%-ной HCl. В большинстве случаев закачивается несколько этапов, повторяя три фазы, чтобы охватить весь интервал.
Несмотря на успех, достигнутый с помощью полимерных систем, опасения по поводу потенциального повреждения пласта послужили толчком к успешному внедрению вязкоупруго-кислотной системы на шельфе Бразилии.
VES Отвлекающий агент
Кислоты на основе поверхностно-активных веществ образуют системы, называемые вязкоупругими системами. Эти системы широко изучались и применялись в течение последнего десятилетия для преодоления потенциальных недостатков систем на основе полимеров, сшитых in situ. В отличие от обычных сшитых кислот, жидкости VES не требуют металлического сшивающего агента и успешно применялись как при матричной стимуляции, так и при кислотном гидроразрыве пласта.
Система SD-VES, внедренная в Бразилии в 2009 году, характеризуется использованием одной жидкости для стимуляции и отвода. (Подробное описание механизма отвода см. в полной версии статьи.) В большинстве случаев в качестве основной кислотной жидкости используется «бычья голова», и никакие другие жидкости в систему не вводятся. Такой подход был применен в нескольких скважинах с очень хорошими результатами.
Характеристики SD-VES. Реологические свойства SD-VES при использовании карбоната кальция (CaCO₃ ) указывают на незначительное влияние начальной концентрации кислоты. Лабораторные исследования показали, что более высокая начальная концентрация HCl (равная или превышающая 20 мас.% HCl) приводит к резкому увеличению вязкости при использовании 10-15 мас.% HCl, тогда как более низкая начальная концентрация HCl приводит к резкому увеличению вязкости при использовании более низких концентраций. SD-VES, используемый на шельфе Бразилии, обычно работает с кислотными концентрациями от 15 до 17 мас.% HCl; лабораторные исследования показывают, что резкое увеличение вязкости происходит при концентрации 5-10 мас.% HCl. Температура играет важную роль в кислотной вязкости и напрямую зависит от pH.
Что касается влияния скорости сдвига на кажущуюся вязкость, наблюдалась степенная зависимость, при которой вязкость уменьшается с увеличением скорости сдвига. Такое поведение важно для минимизации потерь на трение во время укладки, когда жидкость подвергается более высокой скорости сдвига, что приводит к снижению вязкости. Скорость сдвига значительно снижается по мере проникновения кислоты в пласт. Вязкость закачиваемой кислоты будет продолжать расти по мере ее расхода, достигая максимального значения, когда естественное сопротивление пласта заставляет жидкость приближаться к статическому состоянию.
Результаты экспериментов по закачке жидкости в керны подробно обсуждаются в полном тексте статьи.
Внесение кислотных растворов и завершение бурения скважин.
Для закачки кислоты применялись различные методы в зависимости от целей бурения скважины. Основные методы закачки, применяемые на шельфе Бразилии, можно суммировать следующим образом:
1. Для обработки зон, не изолированных пакером, использовались два подхода:
а. С помощью гибких трубок в нижнюю часть перфораций вводят небольшой объем кислоты, создавая зону преимущественного впрыскивания. Основной обработкой является метод «бычьего хвоста», обычно с использованием SD-VES. Главная цель этой процедуры — заставить кислоту пройти через всю перфорированную зону (рис. 1).
b. Проложить отводные промывочные трубы для перфорации интервала и ввести небольшой объем кислоты для создания начальной закачиваемости. После этого установка SD-VES с буровым наконечником доставляется к пласту и представляет собой основной этап обработки (рис. 1, случай b).
2. Для обработки зон, изолированных пакером, в предлагаемом методе заканчивания скважина оборудуется скользящей муфтой в нижней части перфораций и еще одной в верхней части интервала. Обработка выполняется с использованием следующих подходов:
а. Используется та же методика, что описана в пункте 1а.
b. Для скважины, пробуренной в двух зонах, обработку можно также проводить методом «бычьего хвоста» без использования гибких труб, оставляя обе скользящие муфты открытыми. В этом случае нижняя зона под пакерами уже обработана и используется в качестве зоны преимущественной инъекции для направления предварительной промывки кислоты к дну уплотненного интервала. Когда основная кислота достигает верхнего интервала, нижняя зона механически изолируется. Как правило, в качестве основной кислоты используется SD-VES ( рис. 2, случай b).
3. Для горизонтальных скважин использовались два подхода:
а. Комбинация отводящей облицовки и создания зоны преимущественного впрыска, как в пункте 1а. После прокачки небольшого объема кислоты через гибкую трубу проводится основная обработка, как правило, с использованием системы SD-VES (рис. 3).
б. Используется комбинация обычной перфорированной облицовки и отводных промывочных труб, расположенных перед обрабатываемой зоной. Основная обработка обычно проводится методом «бычьего хвоста» с использованием установки SD-VES (рис. 4).
Истории болезни
Здесь подробно описаны два из трех клинических случаев, представленных в полной версии статьи, хотя во всех трех случаях были достигнуты положительные результаты при использовании SD-VES.
Скважина B. Методика обработки скважины B аналогична описанной в разделе 1a в предыдущем разделе. Скважина представляла собой вертикальную нефтедобывающую скважину, оборудованную 7-дюймовой перфорированной обсадной трубой. Пласт представлял собой карбонатную породу, расположенную в предсолевом пласте, с проницаемостью от 1 до 20 мд и пористостью 14%. Температура в скважине составляла 144°F.
Стратегия обработки. Для обработки заключительного участка перфорированного интервала (от 16 272 до 16 354 футов) использовалась гибкая труба. Главной целью этой первой обработки было создание зоны преимущественной закачки, обеспечивающей проникновение кислоты в нижние перфорации. Гибкая труба была оснащена специальным вращающимся инструментом для более эффективного продавливания перфораций. В пласт было закачано и заведено в общей сложности 140 баррелей обычной 15%-ной соляной кислоты.
После обработки в гибких трубах было закачано в общей сложности 2000 баррелей SD-VES (15%-ная HCl с 6%-ной объемной долей вязкоупругого поверхностно-активного вещества) для обработки всего перфорированного интервала. Во время работы буровой установки скорость закачки постепенно увеличивалась до 15 баррелей/мин. После закачки 200 баррелей SD-VES оперативный персонал начал запускать водорастворимые перфорационные шариковые герметики. Эти органические шарики медленно растворяются в любой водной жидкости. В ходе обработки было распределено в общей сложности 1800 шариковых герметиков.
Результаты после лечения. После лечения наблюдалось значительное уменьшение объема кожи, показатель стал отрицательным (что свидетельствует о хорошей стимуляции). Проницаемость и, следовательно, проводимость также значительно улучшились. Индекс продуктивности увеличился почти в десять раз, а степень повреждения снизилась до значения меньше единицы.
На графике температурного каротажа отмечено снижение в верхней зоне, что указывает на добычу флюида. Кривая дебита нефти подтверждает основной вклад в добычу из верхней зоны с более высокой проницаемостью (от 16 072 до 16 232 футов). Добыча из нижней зоны (от 16 232 до 16 367 футов) была практически незначительной. Высокий контраст проницаемости между зонами, вероятно, стал причиной низкой реакции нижней зоны на обработку. Для скважины B метод размещения, представленный в разделе 1b «Размещение кислоты и заканчивание скважины», может представлять собой более эффективный подход для направления кислоты в нижнюю зону.
В целом, кислотная обработка прошла успешно, что подтверждается 6-месячными производственными испытаниями, показавшими добычу в объеме 12 578 баррелей в сутки (2000 м³ / сутки) при газонефтяном соотношении приблизительно 250. В ходе испытаний не наблюдалось образования воды (содержание воды менее 0,1%).
Скважина C. Метод обработки скважины C аналогичен описанному в разделе 1a «Закачка кислоты и заканчивание скважины». Скважина C представляла собой вертикальную нефтедобывающую скважину, заканчивавшуюся 7-дюймовой перфорированной обсадной трубой. Пласт представлял собой досолевой карбонат с высокой степенью неоднородности, содержащий минералы в виде кальцита (преобладающий), доломита (20-30%) и некоторых силикатов. Распределение проницаемости также неоднородно, при этом в нижней зоне значения выше. Температура в скважине составляла 255°F, поэтому концентрация ингибитора коррозии в SD-VES была увеличена с 1 до 2 об.%.
Стратегия обработки. Для обработки заключительного участка перфорированного интервала (от 14 694 до 14 924 футов) использовалась гибкая труба. Главная цель этой первой обработки заключалась в создании зоны преимущественной закачки, что позволило бы последующей кислоте, подаваемой методом «бульбоухед», проникнуть в нижние перфорации. Гибкая труба была оснащена специальным вращающимся инструментом для более эффективного струйного воздействия на перфорации. В пласт закачивался и вводился общий объем 90 баррелей обычной 15%-ной соляной кислоты и 100 баррелей специальной гелеобразной кислоты (17%-ная соляная кислота с 2%-ным объемным содержанием гелеобразующего агента), в то время как гибкая труба перемещалась вверх и вниз перед обрабатываемым интервалом. Во время обработки методом «бульбоухед» для обработки всего перфорированного интервала было закачано в общей сложности 2450 баррелей SD-VES (15%-ная соляная кислота с 6%-ным объемным содержанием VES). В процессе перекачки скорость откачки постепенно увеличивалась до 20 баррелей в минуту. После откачки 490 баррелей SD-VES оперативный персонал приступил к запуску перфорационных шаровых герметиков. Всего за время обработки было распределено 1400 шаровых герметиков.
Результаты после обработки. Значение скин-эффекта для скважины C, полученное в ходе эксплуатационных испытаний, составило -3,4. Каротаж удельного сопротивления, выполненный после кислотной обработки, показал наличие воды ниже 14 914 футов. Была определена обводненность в 1%, а по данным оптического каротажа присутствие газа не обнаружено. Каротаж температуры показывает вклад в добычу со всего перфорированного интервала.
Результаты анализа продуктивности, полученные после обработки кислотой, показывают наличие добычи в нижних 508 футах перфорации, что соответствует 77,5% перфорированного интервала. Это впечатляющий результат, учитывая высокий контраст проницаемости в перфорированном интервале.
Учитывая длину перфорации и высокую неоднородность проницаемости пласта, оператор оценил обработку как успешную. В качестве стратегии для будущих обработок в аналогичных условиях (скважины, где нижние зоны имеют гораздо более высокую проницаемость, чем верхние) можно было бы улучшить распределение обрабатываемой жидкости, увеличив время контакта кислоты с верхней зоной, закачивая начальные объемы кислоты с меньшей скоростью.
Данная статья, написанная редактором JPT по технологиям Крисом Карпентером, содержит основные моменты доклада SPE 165089 «Самоотводящаяся кислота для эффективной стимуляции карбонатных пластов на шельфе Бразилии: история успеха», авторами которого являются А.Т. Жардим Нето, К.М. Сильва, Р.С. Торрес, Р.Л. Фариас, Ф.Г.М. Прата и Л.АМ Соуза (Baker Hughes), а также А.З. Перейра, А. Кальдерон и Э.Ф. Сандес ( Petrobras), подготовленного для Европейской конференции и выставки SPE по повреждению пластов 2013 года, Нордвейк, Нидерланды, 5–7 июня. Доклад не проходил рецензирование.