Многоцветные флуоресцентные трассеры для исследования

МНОГОЦВЕТНЫЕ ФЛУОРЕСЦЕНТНЫЕ ТРАССЕРЫ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ
ГИДРОДИНАМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В НЕФТЯНЫХ ПЛАСТАХ
Н.М. Трунов, А.М. Никаноров, М.Г. Тарасов
Гидрохимический институт, НПП «Сирена-2»
E-mail: ntrunov@mail.ru
New multicolour fluorescent tracer are containd in the paper. The applying of a new method of
testing has allowed to reveal influencing injection wells on the output wells.
Трассерные (индикаторные) методы исследования нефтяных пластов является наиболее доступными прямыми методами получения достоверной информации о фильтрационных свойствах межскважинного пространства. Применение этих методов дает возможность определить истинную скорость и направление движения пластовых жидкостей и нагнетаемой в залежи воды, распределение потоков по пластам, между отдельными скважинами и источниками их обводнения, исследовать анизотропию коллекторов и т.д. [1,2].
Особенно важное значение приобретают эти методы в современных условиях, когда
в нефтяной промышленности широко используются новые эффективные технологии нефтедобычи. Одна из таких технологий - заводнение нефтяных пластов стало самым распространенным способом разработки нефтяных месторождений. Более 70% всей добываемой
нефти в мире получают с применением искусственного заводнения. Главным достоинствами этого метода являются высокие темпы разработки месторождений и хорошие показатели нефтеотдачи. Однако, по мере разработки месторождения таким способом, происходят неизбежные увеличения флюидопроводимостей пласта по некоторым наиболее легко
промываемым направлениям. Это, в конечном итоге, приводит к преждевременному прорыву воды к добывающим скважинам. Следствием этого является низкий охват пласта заводнением, непродуктивная перекачка огромных объемов воды, которая, двигаясь по уже
промытым зонам, не совершает полезной работы по продвижению нефти к забоям добывающих скважин все больше обводняя их в то время как еще значительная часть продуктивного горизонта остается невыработанной. Единственный способ избежать подобного
развития событий заключается в выравнивании фронта нагнетания воды по мощности пласта (профилю приемистости) путем регулирования процесса заводнения.
Подобные задачи возникают и при использовании других гидродинамических методов, таких как физико-химические воздействия на пласт, гидроразрыв пласта и т.п.
Во всех случаях управление процессами заводнения можно осуществить лишь на
основе достоверной исходной информации о гидродинамических процессах в разрабатываемом пласте. В настоящее время получить такую информацию, в условиях действующего нефтедобывающего предприятия, можно только с помощью трассерных исследований.
Причем используемые ранее известные трассеры, в основе которых используется растворенная форма индикаторного вещества, мало пригодны для таких исследований, прежде
всего, из-за низкой чувствительности методов их обнаружения. Такие трассеры можно использовать для определения осредненных значений фильтрационных параметров пластов в
модельных экспериментах или при небольших расстояниях между нагнетательными и добывающими скважинами в натурном эксперименте. Для использования этих трассеров в
условий реальных нефтяных месторождений необходимо закачивать в пласт огромные количества индикаторного вещества.
В качестве альтернативы нами предлагаются разработанные НПП «Сирена-2» и
Гидрохимическим институтом новые многоцветные флуоресцентные трассеры на диспер-
сионной основе. Для этих трассеров разработаны высокочувстительные люминесцентномикроскопические методы их количественного определения в любых средах, включая пластовые воды. Чувствительность метода определения новых трассеров не хуже чем у метода радиоизотопов. Новые трассеры надежно определяются в любых жидких средах в
большом диапазоне разбавлений начальной (стартовой) концентрации (до 1014 раз). В одном эксперименте можно использовать несколько (3-5) различающихся по цвету флуоресценции трассеров, что значительно упрощает, удешевляет проведение эксперимента.
Вследствие высокой чувствительности метода определения трассеров, расходы трассирующих веществ в обычных экспериментах чрезвычайно малы. Обычно при проведении
экспериментов по исследованию взаимосвязи нагнетательных и нефтедобывающих скважин используется ≈ 1 килограмм сухого препарата трассера. Столь малые расходы индикатора в сочетании с их многоцветностью, экологической и санитарно-гигиенической
безопасностью (трассеры аттестованы Харьковским научно-исследовательским институтом гигиены труда и профзаболеваний Академии медицинских наук Украины как безопасные для человека) дают возможность использования их и для решения таких задач как определение направлений и скоростей движения фронтов закачиваемой для поддержания
пластового давления воды от каждой из нагнетательной скважин, исследование гидродинамической связи между различными скважинами, пластами и т.п.
Достигаются эти качества трассеров за счет того, что индикаторное вещество используется не в молекулярной форме, а в виде квазиколлоидов - микроскопических дисперсионных полимерных частиц сферической формы с диаметром меньше одного микрона. Ограничения применимости таких индикаторов в нефтегазопромысловых гидрогеологических исследованиях за счет конечности размеров индикаторных частиц несущественны. Достаточно вспомнить тот факт, что основная масса нефтесодержащих пород сложена зернистыми и коллоидно-дисперсными минералами с диаметром частиц зернистых
фракций от 1мм до 0,01 мм. А средняя раскрытость трещин для карбонатных коллекторов составляет величины ≥ 17 мкм.
Полимерные материалы, из которых приготавливаются дисперсионные индикаторы, обладают устойчивостью к действию нефтепродуктов в термобарических условиях
пласта, их плотность подбирается близкой к плотности визуализируемой среды.
Если по условиям эксперимента необходимо иметь представление о минимальных
размерах флюидопроводящих каналов используются полидисперсные (по размерам частиц) суспензии. В этом случае максимальный диаметр обнаруженных в пробе частиц соответствует минимальным поперечным размерам каналов повышенной проводимости.
Простота количественного обнаружения новых индикаторов-трассеров обеспечивается яркой флуоресценцией полимерных материалов (флуоресцентных пигментов), из которых приготавливаются индикаторные суспензии. Цвет флуоресцентного свечения пигментов задается в процессе их приготовления выбором соответствующих флуорохромов,
входящих в состав флуоресцентных пигментов.
Готовые к употреблению индикаторы представляют собой высококонцентрированные пастообразные суспензии или порошки, которые непосредственно перед инжекцией
индикаторов в пласт разбавляют до стартовых концентраций той средой, которую предстоит визуализировать. Это необходимо для выравнивания осредненной плотности «стартового раствора» и визуализируемой среды (в нашем случае - закачиваемой в пласт воды).
Совершенно очевидно, что для решения других задач в качестве визуализируемой среды
может использоваться нефть или нефтепрдукты. В этом случае исходные высококонцен-
трированные суспензии флуоресцентных частиц приготавливаются на основе нефтепродуктов (керосин, соляр).
Важно отметить следующее свойство дисперсионных трассеров. Введенный в многофазную систему пласта через одну из фаз (нефть или воду) этот индикатор за счет прочной межфазовой пленки поверхностного натяжения, как правило, остается в своей фазе. То
есть введенные в воду частицы, несмотря на многократные процессы эмульгированиядеэмульгирования, остаются в значительной части в воде. И лишь отдельные частицы,
введенные в воду, при многократном разрушении межфазных пленок, теоретически могут оказаться в нефти либо на обрывках пленки, либо изолированными формами, обязательно заключенными в водную оболочку, имеющую достаточно высокую прочность и
обладающую свойствами упругой мембраны. Несмотря на то, что перешедшая из воды в
нефть микроскопическая частица, окруженная межфазной пленкой будет иметь плотность
несколько большую чем плотность нефти, она будет наряду с другими частицами попутной воды участвовать в общем движении нефти и воды.
Справедлива и аналогичная схема рассуждений для частиц, введенных в нефть.
Причем и в этом случае потерь частиц при межфазном переходе нет, так как преодолевшие
межфазный барьер частицы, окруженные нефтяной оболочкой, несмотря на свое изолированное состояние, будут вести себя как частицы нефти. Естественно эти частицы будут
участвовать в общем движении нефти и воды в пласте. В отобранной пробе, благодаря
меньшему значению осредненной плотности, эти частицы будут тяготеть к поверхности
раздела фаз (вода-нефть).
Индикаторные эксперименты с использованием новых трассеров не вносят сколь
угодно значимых помех в производственный процесс нефтедобывающего предприятия, в
связи с чем исследования проводят на скважинах, работающих в обычном режиме. Стартовые концентрации трассеров готовятся за несколько часов (5-7) до инжекции трассеров в
исследуемые пласты, из концентрированных суспензий путем разбавления водой, используемой для поддержания пластового давления. Приготовление стартовых суспензий производится, как правило, прямо в емкостях автомобильных цистерн, которые используются
и для доставки стартовых растворов на место проведения экспериментов. Инжекция определенного объема трассера пласт производится с помощью цементировочного агрегата
типа ЦА-320 на базе шасси автомобиля КрАЗ-65101 (или агрегата для кислотной обработки скважин). Непосредственно перед началом инжекции и в её конце отбираются пробы
стартовых суспензии для определения начальной счетной концентраций трассеров. Сразу
после инжекции трассера в пласт во всех исследуемых добывающих скважинах производится отбор проб. Отбор проб водонефтяной смеси из добывающих скважин осуществлялся в специальные герметически закрываемые бутыли через контрольные краны на скважинах. Пробы после отбора не фиксируются, а доставляются в полевую лабораторию, развернутую в приспособленном помещении на территории промысла. Здесь они обрабатываются по специальной методике реагентного отстаивания с целью отделения нефти от
попутной воды. Отделенная в пробах нефть собиралась в общую канистру и при последующем отборе проб сливается в штатный нефтесборник на кусте скважин. Попутная вода, полученная в результате расслоения пробы, после замера общего объема сливается в
чистые пронумерованные литровые бутылки для последующего транспортирования в стационарную лабораторию. При этом бутылка наполняется таким образом, чтобы граница
раздела фаз (нефти и воды) попала в бутылку вместе с водой. По результатам определения
объема вод, полученного из известного объема пробы, оценивается процент обводнения
продукции скважин.
Оставшийся после приготовления к отправке пробы в стационарную лабораторию
объем воды фильтруется здесь же в полевой лаборатории через мембранный фильтр с
размерами пор, меньшими чем диаметр частиц трассера, после чего фильтр просчитывается по упрощенной методике на полевом флуоресцентном микроскопе для получения оперативной полуколичественной информации о содержании трассера в отобранных пробах.
Эта информация очень важна для оптимизации условий эксперимента в ходе выполнения
работ. В качестве итоговых полученные значения концентраций трассера практически не
используются, так как для этих целей предусмотрен специальный этап работ - количественное определение счетных концентраций трассеров в стационарных условиях.
На заключительном этапе анализируется не только попутная вода, но и зона водонефтяного контакта, где, как показано выше могут концентрироваться отдельные частицы,
совершившие в результате многократных процессов эмульгирования - деэмульгирования
межфазные переходы.
Многочисленные трассерные эксперименты, проведенные разными авторами
(включая также и наши собственные) с различными коллекторами свидетельствуют о том,
что движение переднего фронта концентрационной волны индикатора имеет, как правило,
сложный характер. Чаще всего, наблюдается очень быстрое появление первых порций
трассера, опережающих основную волну в десятки раз. Впервые наблюдавшие это явление
Алексеев Ф.А., Васильева Н.А., Соколовский Э.В. объясняли это явление тем, что индикаторная жидкость не продвигается единым сплошным фронтом. Часть её быстро заполняет
высокопроницаемые зоны и прорывается к эксплуатационным скважинам, где регистрируется в виде достаточно продолжительных импульсов концентрации. Основная же масса
индикатора двигается по относительно однородной среде в соответствие с законами
фильтрации жидкости в однородном пласте. Последующие индикаторные исследования
движения жидкости в разрабатываемых нефтяных пластах подтвердили правоту этой точки зрения.
Как правило, каждому отдельному импульсу концентрации трассера на выходе добывающей скважины соответствует одна высокопроницаемая зона (один канал). Свидетельством этого является форма и длительность регистрируемых импульсов концентрации
трассера. Количество зарегистрированных импульсов концентрации, их амплитуды и длительности, время прихода в добывающую скважину, а также цвет трассера, несущий информацию о том, из какой нагнетающей скважины пришел трассер составляют основу получаемой исходной информации.
Таким образом в одном трассерном эксперименте с использованием многоцветных
флуоресцентных трассеров на дисперсной основе можно установить наличие (или отсутствие) гидравлической связи между скважинами, определить поперечные размеры каналов
повышенной проводимости, определить скорость движения воды и рассчитать дебит жидкости, протекающей по данному каналу.
Литература:
1.
2.
3.
Никаноров А.М. Методы нефтегазопромысловых гидрогеологических исследований.- М.: Недра, 1977.
- 255 с.
Соколовский Э.В., Соловьев Г.Б., Тренчиков Ю.И. Индикаторные методы изучения нефтегазоносных
пластов.- М.: Недра, 1986.-157 с.
Трунов Н.М. Патент 1310419 СССР, SU 1310419 А1 4 C 09 К 11/06. Способ исследования динамических процессов в жидкой среде / СССР N3768940 23-26; Заявл. 18.07.84; опубл. 15.05.87. Бюлл.N18. 5c.