Directions for Improving the Compositions of Reverse Emulsions for Well Plugging

Viktor N. Glushchenko, Grigoriy P. Khizhnyak

Author details

Viktor N. Glushchenko
Independent author, Belgorod, Russian Federation
Grigoriy P. Khizhnyak
Perm National Research Polytechnic University, Perm, Russian Federation

https://doi.org/10.15593/2712-8008/2023.1.6

Well killing is the most common technological process in oil production. Inverse emulsions are used as an effective fluid in the combined killing method. At present, some potential possibilities of inverse emulsions have not been analyzed both in terms of improving their compositions and technological methods of practical implementation. The paper considers a number of promising research areas for obtaining, improving the compositions of inverted emulsions and the method of their application with injection into the bottomhole formation zone before filling the wellbore with mineralized water. Natural oils of co-emulsifiers – ethoxylated oil-soluble surfactants, and filtration reducers – technical lignosulfonates, starch, latex were proposed as constituent components of hydrocarbon media. Attention was focused on the need for experimental evaluation of the rate of settling of reverse emulsions along the wellbore in formation water and oil, obtaining and studying stable reverse emulsions using high-density salts of CaBr2, ZnBr2, ZnCl2, polyhydric alcohols.

Keywords

well killingreverse emulsionfiltrationclay reservoirsreservoirhydrocarbon mediumwater phasesalt solutionsosmosis.

Направления совершенствования составов обратных эмульсий для глушения скважин

Глушение скважин является наиболее распространенным технологическим процессом в добыче нефти. В качестве эффективной жидкости при комбинированном способе глушения используются обратные эмульсии. В настоящее время не проанализированы некоторые потенциальные возможности обратных эмульсий как в плане совершенствования их составов, так и технологических приемов практической реализации. В работе рассмотрен ряд перспективных научно-исследовательских направлений получения, усовершенствования составов обратных эмульсий и способа их применения с задавкой в призабойную зону пласта перед заполнением ствола скважины минерализованной водой. В качестве составляющих компонентов углеводородных сред предложены природные масла соэмульгаторов – этоксилированные маслорастворимые ПАВ, а понизителей фильтрации – лигносульфонаты технические, крахмал, латекс. Акцентировано внимание на необходимости проведения экспериментальной оценки скорости осаждения обратных эмульсий по стволу скважин в среде пластовых вод и нефти, получения и исследования стабильных обратных эмульсий с использованием высокоплотных солей CaBr2, ZnBr2, ZnCl2, многоатомных спиртов.

Ключевые слова

глушение скважинобратная эмульсияфильтрацияглинистые коллекторыпродуктивный пластуглеводородная средаводная фазарастворы солейосмос.

Bibliography

1.Glushchenko V.N., Orlov G.A., Silin M.A. Tekhnologicheskie protsessy vskrytia plastov i dobychi nefti i spol'zovaniem obratnykh emul'sii [Technological processes of opening reservoirs and oil production using reverse emulsions]. Moscow: Interkontakt Nauka, 2008, 353 p. Scholar
2.Glushchenko V.N. Obratnye emul'sii i suspenzii v neftegazovoi promyshlennosti [Inverse emulsions and suspensions in the oil and gas industry]. Moscow: Moscow: Interkontakt Nauka, 2008, 725 p. Scholar
3.Tokunov V.I., Sashin A.Z. Tekhnologicheskie zhidkosti i sostavy dlia povysheniia produktivnosti neftianykh i gazovykh skvazhin [Technological fluids and compositions for increasing the productivity of oil and gas wells]. Moscow: OOO "Nedra-Biznesstentr", 2004, 711 p. Scholar
4.Riabokon' S.A. Tekhnologicheskie zhidkosti dlia zakachivaniia i remonta skvazhin [Process fluids for well completion and workover]. 2nd ed. Krasnodar, 2009, 337 p. Scholar
5.Nekrasova I.L., Garshina O.V., Khvoshchin P.A. Teoriia i praktika ispol'zovaniia invento-emul'sionnykh rastvorov v protsessakh stroitel'stva skvazhin [Theory and practice of using invert-emulsion solutions in well construction processes]. Perm': Aster, 2016, 148 p. Scholar
6.Petrov N.A., Solov'ev A.Ia., Sultanov V.G. et al. Emul'sionnye rastvory v neftegazovykh protsessakh [Emulsion solutions in oil and gas processes]. Moscow: Khimiia, 2008, 440 p. Scholar
7.Lakatos I., Lakatos-Szabo J., Bodi T., Vago A. New alternatives of water shutoff treatments: Application of water sensitive metastable systems. SPE International Symposium and Exhibition on Formation Damage Control. 2008, February. OnePetro. DOI: 10.2118/112403-MS Scholar
8.Glushchenko V.N., Silin M.A. Neftepromyslovaiia khimiia [Oilfield chemistry]. Moscow: Interkontakt Nauka, 2010, vol. 3. Prizaboniia zona plasta i tekhnogennye faktory ee sostoianiia, 650 p. Scholar
9.Caenn R., Darley H.C.H., Gray G.R. Composition and properties of drilling and completion fluids. Gulf professional publishing, 2011, 696 p. Scholar
10.Magadova L.A., Silin M.A., Glushchenko V.N. Neftepromyslovaiia khimiia. Tekhnologicheskie aspekty i materialy dlia gidrorazryva plasta [Oilfield chemistry. Technological aspects and materials for hydraulic fracturing]. Moscow: Rossiiskii gosudarstvennyi universitet nefti i gaza imeni I.M. Gubkina, 2012, 423 p. Scholar
11.Guan H., Sorbie K.S., Mackay E.J. The Comparison of Non-Aqueous and Aqueous Scale Inhibitor Treatments: Experimental and Modeling Studies. SPE Production & Operations, 2006, no. 21(04), pp. 419-429. DOI: 10.2118/87445-pa Scholar
12.Silin M.A., Eliseev D.Iu., Kulikov A.N. Optimizatsiia primeneniia tekhnologii ogranicheniia vodopritokov i povysheniia neftetodachi plastov na zalezhnakh trudnoizvlekaemykh zapasov nefti Zapadnoi Sibiri [Optimization of the use of technologies for limiting water inflows and increasing oil recovery in deposits of unconventional oil reserves in Western Siberia]. Moscow: Rossiiskii gosudarstvennyi universitet nefti i gaza imeni I.M. Gubkina, 2011, 159 p. Scholar
13.Ibatullin R.R., Ibragimov N.G., Takhautdinov Sh.F., Khisamov R.S. Uvlechenie neftetodachi na pozdnei stadii razrabotki mestorozhdenii. Teoriia. Metody. Praktika [Enhanced oil recovery at a late stage of field development. Theory. Methods. Practice]. Moscow: OOO "Nedra-Biznesstentr", 2004, 292 p. Scholar
14.Sobanova O.B., Fedorova I.P. Tekhnologii primeneniia uglevodorodnykh kompozitsii PAV (reagent СНПХ-9633) dlia obrabotki prizabonoi zony skvazhin i povysheniia neftetodachi plastov. NTZh. Georesursy, 2011, no. 3, pp. 25-27. Scholar
15.Skodvin T. Formation of Gas Hydrates in Stationary and Flowing W/O Emulsions. Encyclopedic Handbook of Emulsion Technology, 2001, pp. 695-705. DOI: 10.1201/9781420029581.ch29 Scholar
16.Dalmazzone C. et al. Optimizing filtrate design to minimize in-situ and wellbore damage to water-wet reservoirs during drill-in. SPE Production & Operations, 2006, vol. 21, no. 01, pp. 66-73. DOI: 10.2118/86498-PA Scholar
17.Mukhametzianov R.N., Khalimov R.E., Kuznetsov V.V., Brodskii A.A. Prichiny rannego obvodneniia neftianykh skvazhin Sutorminskogo mestorozhdeniia [Causes of early flooding of oil wells in the Sutorminskoye field]. Geologija nefti i gaza, 1988, no. 10, pp. 44-47. Scholar
18.Antonova I.N., Butolin O.I., Vladimirov O.I., Pogonishchev V.T. Vliianie neftenashyschennosti i provodimosti kollektorov v vodoneftianykh zonakh Mamontovskogo mestorozhdeniia na velichinu nachal'noi obvodnennosti produktiski skvazhin [Influence of oil saturation and conductivity of reservoirs in the water-oil zones of the Mamontovskoye field on the value of the initial water cut of well production]. Neftepromyslovoe delo, 1998, no. 4-5, pp. 32-37. Scholar
19.Vladimirov I.V., Kazakova T.G., Vafin R.V. et al. O vozmozhnom mekhaniizme obvodneniia dobyvaiushchikh skvazhin, ekspluatiruiushchikh zalezhi viazkoi i vysokoviazkoi nefti [On a possible mechanism for watering production wells that exploit deposits of viscous and high-viscosity oil]. Neftepromyslovoe delo, 2004, no. 6, pp. 73-77. Scholar
20.Fedosov R.I., Koshelev V.N., Tatarinov A.V. Zagushchennoe kastorovoe maslo i emul'sii na ego osnove - novyi vid ekologicheski bezopasnykh burovykh rastvorov dlia morskogo bureniia [Thickened castor oil and emulsions based on it - a new type of environmentally friendly drilling fluids for offshore drilling]. Zakachivanie i remont skvazhin v usloviiakh depressii na produktivnye plasty. Sbornik nauchnykh trudov OAO NPO "Burenie". Krasnodar, 2004, iss. 12, pp. 109-116. Scholar
21.Verderevskii Iu.A., Golovko S.N., Borisova N.Kh. et al. Razrabotka i ispytaniia selektivnogo izoliruiushchego sostava i tekhnologii ego primeneniia [Development and testing of selective insulating composition and technology of its application]. Neftianoe khoziaistvo, 1998, no. 2, pp. 2-30. Scholar
22.López-Montilla J.C. et al. Spontaneous emulsification: Mechanisms, physicochemical aspects, modeling, and applications. Journal of dispersion science and technology, 2002, vol. 23, no. 1-3, pp. 219-268. DOI: 10.1080/01932690208984202 Scholar
23.Pons R. et al. Novel preparation methods for highly concentrated water-in-oil emulsions. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, 1994, vol. 91, pp. 259-266. DOI: 10.1016/0927-7757(94)02950-4 Scholar
24.Lakatos I.J., Lakatos-Szabo J., Szentes G., Vadaszi M., Vago A. Novel Water Shutoff Treatments in Gas Wells Using Petroleum External Solutions and Microemulsions. SPE European Formation Damage Conference & Exhibition, 2013. DOI:10.2118/165175-ms Scholar
25.Glushchenko V.N. Latekssoderzhashchie obratnye emul'sii [Latex Containing inverse emulsions]. Burenie i neft', 2007, no. 1, pp. 46-47. Scholar
26.Jiang P., Taugbol K., Alterás E., Mo C. New Low-Solids Oil-Based Mud Demonstrates Improved Returns as a Perforating Kill Pill. SPE Drilling & Completion, 2003, vol. 18(02), pp. 169-176. DOI: 10.2118/83696-pa Scholar
27.Ezzat A.M., Blattel S.R. Solids-free brine-in-oil emulsions for well completion. SPE drilling engineering, 1989, vol. 4(04), pp. 300-306. DOI: 10.2118/17161-PA Scholar
28.Artur H. Hale, George C. Blytas. Patent 5072794 US, Alcohol-in-oil drilling fluid systems. Publ. 17.12.1991, pp. 1-18. Scholar
29.Novikov V.S. Ustoichivost' glinistykh porod pri burenii skvazhin [Stability of Clay Rocks in Well Drilling]. Moscow: Nedra, 2000, 270 p. Scholar
30.Mondshine T.C. New technique determines oil-mud salinity needs in shale drilling. Oil and Gas Journal, 1969, vol. 14, pp. 70-75. Scholar
31.Simpson J.P., Dearing H.L. Diffusion Osmosis-An unrecognized cause of shale instability. IAOC/SPE Drilling Conference, 2000, February. OnePetro. DOI: 10.2118/59190-MS Scholar
32.Oort E.V. Physico-Chemical Stabilization of Shales. SPE paper, 1996, 37623, pp. 523-538. Scholar
33.Karpov V.A. Ob osobom tipe prirodnogo rezervuara UV v bazhenovskoi svite Zapadnoi Sibiri [About a special type of natural hydrocarbon reservoir in the Bazhenov formation of Western Siberia]. Geologija, geofizika i razrabotka neftianykh i gazovykh mestorozhdenii, 2013, no. 8, pp. 28-34. Scholar
34.Andreeva A.N., Strzhnev K.V., Alekseev Iu.V. Pervye rezult'aty raboty nad kontseptsiei poligona obshchego dostupa "Bazhen" [First results of work on concept of field test site with public access Bazhen]. Neftianoe khoziaistvo, 2020, no. 3, pp. 22-27. DOI: 10.24887/0028-2448-2020-3-22-27 Scholar
35.Nezhdanov A.A., Ponomarev V.A., Turenkov P.A., Gorbunov S.A. Geologiia i neftegazonosnost' achimovskoi tolshchi Zapadnoi Sibiri [Geology and oil and gas potential of the Achimov formation of Western Siberia]. Moscow: Izdatel'stvo Akademii gornykh nauk, 2000, 247 p. Scholar
36.Bukatov M.V., Peskova D.N., Nenasheva M.G. et al. Kliuchevye problemy osvoe-niia achimovskikh otlozhenii na raznykh masshtabakh issledovaniia [Achimov Deposit - Key Development Issues from Different Study Perspectives]. PRO neft', 2018, no. 2, pp. 16-21. Scholar
37.Gusakov V., Singizova V., Makatrov A., Telin A. Issledovanie kerna turonskoi gazovoi zalezhi dlia podbora optimal'nykh tekhnologicheskikh zhidkostei [Study of the core of the Turonian gas deposit for the selection of optimal process fluids]. Oil and Gas Journal Russia, 2014, Avgust, pp. 48-51. Scholar
38.Lozniuk O.A., Kuziv K.B., Kiselev A.N. et al. Osnovnye polozheniia metodiki podscheta zapasov i proektirovaniia razrabotki gazovykh plastov v nizkopronitsaemykh turonskikh otlozheniiakh na aktivakh PAO "NK" Rosenfei" [Main principles of reserves estimation and reservoir engineering in low-permeable Turonian gas reservoirs at Rosneft assets]. Neftianoe khoziaistvo, 2021, no. 11, pp. 32-38. DOI: 10.24887/0028-2448-2021-11-32-38 Scholar
39.Korolev S., Boiarkin A. Vysokoefektivnaia tekhnologiia glusheniia skvazhin s primeneniem blokiruiushchikh zhidkostei na uglevodorodnoi osnove [Highly efficient well killing technology using oil-based blocking fluids]. Burenie i neft', 2006, no. 2, pp. 15-17. Scholar

1.Глущенко В.Н., Орлов Г.А., Силин М.А. Технологические процессы вскрытия пластов и добычи нефти с использованием обратных эмульсий. – М.: Интерконтакт Наука, 2008. – 353 с. Scholar
2.Глущенко В.Н. Обратные эмульсии и суспензии в нефтегазовой промышленности. – М.: Интерконтакт Наука, 2008. – 725 с. Scholar
3.Токунов В.И., Саушин А.З. Технологические жидкости и составы для повышения продуктивности нефтяных и газовых скважин. – М.: ООО «Недра-Бизнесцентр», 2004. – 711 с. Scholar
4.Рябоконь С.А. Технологические жидкости для заканчивания и ремонта скважин. – 2-е изд., доп. и перераб. – Краснодар, 2009. – 337 с. Scholar
5.Некрасова И.Л., Гаршина О.В., Хвощин П.А. Теория и практика использования инвертно-эмульсионных растворов в процессах строительства скважин. – Пермь: Астер, 2016. – 148 с. Scholar
6.Эмульсионные растворы в нефтегазовых процессах / Н.А. Петров, А.Я. Соловьев, В.Г. Султанов [и др.] – М.: Химия, 2008. – 440 с. Scholar
7.New alternatives of water shutoff treatments: Application of water sensitive metastable systems / I. Lakatos, J. Lakatos-Szabo, T. Bodi, A. Vago // SPE International Symposium and Exhibition on Formation Damage Control, 2008, February. OnePetro. DOI: 10.2118/112403-MS Scholar
8.Глущенко В.Н., Силин М.А. Нефтепромысловая химия: в 5 т. – М.: Интерконтакт Наука, 2010. – Т. 3. Призабойная зона пласта и техногенные факторы ее состояния. – 650 с. Scholar
9.Caenn R., Darley H. C. H., Gray G. R. Composition and properties of drilling and completion fluids. – Gulf professional publishing, 2011. – 696 p. Scholar
10.Магадова Л.А., Силин М.А., Глущенко В.Н. Нефтепромысловая химия. Технологические аспекты и материалы для гидроразрыва пласта: учеб. пособие для вузов. – М.: РГУ нефти и газа имени И.М. Губкина, 2012. – 423 с. Scholar
11.Guan H., Sorbie K.S., Mackay E.J. The Comparison of Non-Aqueous and Aqueous Scale Inhibitor Treatments: Experimental and Modeling Studies // SPE Production & Operations. – 2006. – № 21(04). – P. 419–429. DOI:10.2118/87445-pa Scholar
12.Силин М.А., Елисеев Д.Ю., Куликов А.Н. Оптимизация применения технологий ограничения водопритоков и повышения нефтеотдачи пластов на залежах трудноизвлекаемых запасов нефти Западной Сибири: учеб. пособие для вузов. – М.: РГУ нефти и газа имени И.М. Губкина, 2011. – 159 с. Scholar
13.Увеличение нефтеотдачи на поздней стадии разработки месторождений. Теория. Методы. Практика / Р.Р. Ибатуллин, Н.Г. Ибрагимов, Ш.Ф. Тахаутдинов, Р.С. Хисамов – М.: ООО «Недра-Бизнесцентр», 2004. – 292 с. Scholar
14.Собанова О.Б., Федорова И.П. Технологии применения углеводородных композиций ПАВ (reagent СНПХ-9633) для обработки призабойной зоны скважин и повышения нефтеотдачи пластов // НТЖ. Георесурсы. – 2011. – № 3. – С. 25–27. Scholar
15.Skodvin T. Formation of Gas Hydrates in Stationary and Flowing W/O Emulsions // Encyclopedic Handbook of Emulsion Technology. – 2001. – P. 695–705. DOI: 10.1201/9781420029581.ch29 Scholar
16.Optimizing filtrate design to minimize in-situ and wellbore damage to water-wet reservoirs during drill-in / C. Dalmazzone [et al.] // SPE Production & Operations. – 2006. – Vol. 21, № 01. – P. 66–73. DOI: 10.2118/86498-PA Scholar
17.Причины раннего обводнения нефтяных скважин Суторминского месторождения / Р.Н. Мухаметзянов, Р.Э. Халимов, В.В. Кузнецов, А.А. Бродский // Геология нефти и газа. – 1988. – № 10. – С. 44–47. Scholar
18.Влияние нефтевысашенности и проводимости коллекторов в водонефтяных зонах Мамонтовского месторождения на величину начальной обводненности продукции скважин / И.Н. Антонова, О.И. Бутолин, О.И. Владимиров, В.Т. Погонищев // Нефтепромысловое дело. – 1998. – № 4-5. – С. 32–37. Scholar
19.О возможном механизме обводнения добывающих скважин, эксплуатирующих залежи вязкой и высоковязкой нефти / И.В. Владимиров, Т.Г. Казакова, Р.В. Вафин [и др.] // Нефтепромысловое дело. – 2004. – № 6. – С. 73–77. Scholar
20.Федосов Р.И., Кошелев В.Н., Татаринов А.В. Загущенное касторовое масло и эмульсии на его основе – новый вид экологически безопасных буровых растворов для морского бурения // Заканчивание и ремонт скважин в условиях депрессии на продуктивные пласты: сб. науч. тр. ОАО НПО «Бурение». – Краснодар, 2004. – Вып. 12. – С. 109–116. Scholar
21.Разработка и испытания селективного изолирующего состава и технологии его применения / Ю.А. Вердеревский, С.Н. Головко, Н.Х. Борисова [и др.] // Нефтяное хозяйство. – 1998. – № 2. – С. 2–30. Scholar
22.Spontaneous emulsification: Mechanisms, physicochemical aspects, modeling, and applications / J.C. López-Montilla [et al.] // Journal of dispersion science and technology. – 2002. – Т. 23, № 1-3. – P. 219–268. DOI: 10.1080/01932690208984202 Scholar
23.Novel preparation methods for highly concentrated water-in-oil emulsions / R. Pons [et al.] // Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects. – 1994. – Vol. 91. – P. 259–266. DOI: 10.1016/0927-7757(94)02950-4 Scholar
24.Novel Water Shutoff Treatments in Gas Wells Using Petroleum External Solutions and Microemulsions / I.J. Lakatos, J. Lakatos-Szabo, G. Szentes, M. Vadaszi, A. Vago // SPE European Formation Damage Conference & Exhibition. – 2013. DOI:10.2118/165175-ms Scholar
25.Глущенко В.Н. Латекссодержащие обратные эмульсии // Бурение и нефть. – 2007. – № 1. – С. 46–47. Scholar
26.New Low-Solids Oil-Based Mud Demonstrates Improved Returns as a Performing Kill Pill / P. Jiang, K. Taugbol, E. Alterás, C. Mo // SPE Drilling & Completion. – 2003. – Vol. 18(02). – P. 169–176. DOI: 10.2118/83696-ра Scholar
27.Ezzat A.M., Blattel S.R. Solids-free brine-in-oil emulsions for well completion // SPE drilling engineering. – 1989. – Vol. 4(04). – P. 300–306. DOI: 10.2118/17161-PA Scholar
28.Patent 5072794 US, Alcohol-in-oil drilling fluid systems / Artur H. Hale, George C. Byltas. – Publ. 17.12.1991. – P. 1–18. Scholar
29.Новников В.С. Устойчивость глинистых пород при бурении скважин. – М.: Недра, 2000. – 270 с. Scholar
30.Mondshine T.C. New technique determines oil-mud salinity needs in shale drilling // Oil and Gas Journal. – 1969. – Vol. 14. – P. 70–75. Scholar
31.Simpson J.P., Dearing H.L. Diffusion Osmosis-An unrecognized cause of shale instability // IADC/SPE Drilling Conference. – 2000, February. OnePetro. DOI: 10.2118/59190-MS Scholar
32.Oort E.V. Physico-Chemical Stabilization of Shales // SPE paper. – 1996. – 37623. – P. 523–538. Scholar
33.Карпов В.А. Об особом типе природного резервуара УВ в баженовской свите Западной Сибири // Геология, геофизика и разработка нефтяных газовых месторождений. – 2013. – № 8. – С. 28–34. Scholar
34.Андреева А.Н., Стрижнев К.В., Алексеев Ю.В. Первые результаты работы над концепцией полигона общего доступа «Бажен» // Нефтяное хозяйство. – 2020. – № 3. – С. 22–27. DOI: 10.24887/0028-2448-2020-3-22-27 Scholar
35.Геология и нефтегазоносность ачимовской толщи Западной Сибири / А.А. Нежданов, В.А. Пономарев, П.А. Туренков, С.А. Горбунов – М.: Издательство Академии горных наук, 2000. – 247 с. Scholar
36.Ключевые проблемы освоения ачимовских отложений на разных масштабах исследования / М.В. Букатов, Д.Н. Пескова, М.Г. Ненашева [и др.] // PRO нефть. – 2018. – № 2. – С. 16–21. Scholar
37.Исследование керна туронской газовой залежи для подбора оптимальных технологических жидкостей / В. Гусаков, В. Сингизова, А. Макатров, А. Телин // Oil and Gas Journal Russia. – 2014. – Август. – С. 48-51. Scholar
38.Основные положения методики подсчета запасов и проектирования разработки газовых пластов в низкопроницаемых туронских отложениях на активах ПАО «НК» Роснефть» / О.А. Познюк, К.Б. Кузин, А.Н. Киселев [и др.] // Нефтяное хозяйство. – 2021. – № 11. – С. 32–38. DOI: 10.24887/0028-2448-2021-11-32-38 Scholar
39.Королев С., Бояркин А. Высокоэффективная технология глушения скважин с применением блокирующих жидкостей на углеводородной основе // Бурение и нефть. – 2006. – № 2. – С. 15–17. Scholar

Article information

Published: 31 May 2023
Issue date: 31 May 2023
Issue: Vol. 23, No. 1 (2023)