СПОСОБ ТЕРМОХИМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ПРИЗАБОЙНОЙ ЗОНЫ ПЛАСТА Российский патент 1995 года по МПК E21B43/24 E21B43/27 

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и применяется для увеличения продуктивности скважин и нефтеотдачи пласта.

Известен способ тепловой обработки призабойной зоны нефтенасыщенного пласта (авт. св. N 570700), основанный на последовательной закачке в пласт перекиси водорода, буферной жидкости, хромовой кислоты и водовоздушной пены. Однако использование данного изобретения требует дополнительных мер безопасности в процессе транспорта, хранения и закачки в пласт указанных реагентов. Применение перекиси водорода может создать взрывоопасную ситуацию в скважине как в процессе закачки реагентов в скважину, так и при освоении скважины. Кроме того, данный способ не позволяет осуществлять комплексного термохимического воздействия на карбонатные породы.

Наиболее близким по сущности к предлагаемому изобретению является способ термохимической обработки призабойной зоны пласта, согласно которому в призабойную зону пласта последовательно закачивают суспензию алюминия (магния) в углеводородной жидкости, первую (буферную) порцию воздуха, раствор соляной кислоты и вторую порцию воздуха. Недостатком данного способа является то, что при низкой приемистости обрабатываемой скважины и наличии в применяемом порошке алюминия (магния) крупных частиц, как показал опыт, происходит выпадение этих частиц на забое скважины с образованием в скважине пробок из порошка алюминия (магния). При последующей подаче в скважину соляной кислоты последняя начинает реагировать с алюминием (магнием), находящимся на забое скважины, здесь происходит повышение температуры, приводящее к выделению из жидкостей паров. В случае низкой приемистости скважины продукты реакции (водород), а также пары углеводородов не успевают уходить в пласт, вследствие этого в стволе скважины создается давление, превышающее предельно допустимое для насосно-компрессорных труб и установленного на устье оборудования. Кроме того, порошок алюминия (магния) является дефицитным материалом и не всегда возможно его приобрести и доставить в нефтедобывающие районы.

Целью изобретения является повышение безопасности процесса термохимических обработок призабойной зоны пласта и расширение ассортимента материалов, применяемых при проведении этих обработок.

Достигается это тем, что в известном способе термохимической обработки призабойной зоны пласта, включающем последовательную закачку в пласт реагирующих с выделением тепла компонентов: суспензии алюминия (магния) на углеводородной основе, буфера (первой порции воздуха), раствора соляной кислоты, второй порции воздуха, вместо суспензии алюминия осуществляют последовательную закачку пара (или паровоздушной смеси) и водного раствора карбамида, который паром или паровоздушной смесью продавливают в пласт.

Существенным отличием данного способа термохимической обработки призабойной зоны пласта от прототипа является закачка в качестве одного из компонентов (перед закачкой соляной кислоты) вместо суспензии (порошка алюминия или магния в жидких углеводородах) водного раствора карбамида, не содержащего твердых частиц. Вследствие этого на забое скважины и в призабойной зоне пласта, нагреваемой до температуры выше 150^оС (температура разложения карбамида) закачкой пара или паровоздушной смеси, исключается образование пробок из твердых частиц реагента, что повышает безопасность проведения работ.

Закачанный в пласт карбамид при контактировании с нагретой породой и паром нагревается и при достижении температуры 150^оС разлагается.

Разложение карбамида происходит по формуле
CO(NH₂)₂ + H₂O = 2NH₃ + CO₂. Продуктами разложения карбамида являются углекислый газ и аммиак.

При последующей закачке в пласт раствора соляной кислоты последняя реагирует с аммиаком по формуле
NH₃+HCl=NH₄Cl+176,4 В результате после разложения 1 кг карбамида и реагирования образовавшегося аммиака с соляной кислотой выделяется 6,2 МДж тепловой энергии. За счет этого повышается температура в призабойной зоне пласта на величину
ΔT = где Н - количество тепла, выделяющееся при реагировании 1 кг аммиака с соляной кислотой (Н = 10400 КДж/кг);
b - концентрация аммиака в воде, мас. %;
ρ - плотность воды, кг/м³;
m - пористость породы;
S_ж - насыщенность породы водой;
К_исп - коэффициент использования аммиака;
(с(C)_п)_п - объемная теплоемкость породы с насыщающей ее жидкостью.

Дополнительное повышение температуры в призабойной зоне пласта способствует увеличению темпа отбора нефти, коэффициента нефтеизвлечения. Таким образом, применение вместо суспензии алюминия (магния) водного раствора карбамида (в сочетании с его нагревом в пласте) расширяет диапазон реагентов, используемых для термохимической обработки призабойной зоны пласта при одновременном повышении безопасности процесса проведения обработок.

Способ иллюстрируется чертежом. Выбранную для проведения обработки скважину 1 промывают водой и углеводородной жидкостью, очищают от отложений смол и парафина стенки колонны насосно-компрессорных труб (НКТ), забой скважины, призабойную зону. Исследуют скважину на продуктивность. Поднимают из скважины насосно-компрессорные трубы. Шаблонируют эксплуатационную колонну шаблоном под пакер. Спускают в скважину 1 насосно-компрессорные трубы 2 с пакером 3, пусковым клапаном 4 и забойным клапаном-отсекателем 5. Устанавливают пакер над продуктивным пластом. Подключают к затрубному пространству скважины компрессор и вытесняют воздухом из затрубного пространства и НКТ воду, заменяя ее на воздух. На устье над задвижкой 6 устанавливают обратный клапан 7. К выкиду 8 подключают воздушный компрессор 9, парогенератор 10, насосные агрегаты 11, 12, к которым подключают передвижные емкости 13, 14. На выкидных линиях от компрессора, парогенератора, насосных агрегатов устанавливают обратные клапаны 15. На устье скважины устанавливают манометры 16, термометр 17. В емкости 13 растворяют в воде карбамид. В зависимости от температуры воды растворимость карбамида изменяется, увеличиваясь с ростом температуры. При температуре 20^оС в 1 м³ воды растворяется 1000 кг карбамида. В емкости 14 находится раствор соляной кислоты (концентрации 20-24 мас.%). Начинают закачку в скважину пара (от парогенератора 10) или одновременно пара (от парогенератора 10) и воздуха (от компрессора 9). Объем и темп закачки данных агентов должен быть достаточным, чтобы обеспечить нагрев породы вокруг скважины в пределах призабойной зоны, радиусом 0,5-2,0 м, до температуры выше 150^оС. Затем прекращают закачку пара (или парогазовой смеси) и начинают закачку насосным агрегатом 11 водного раствора карбамида. После ввода в пласт расчетного объема раствора каpбамида его закачку прекращают и начинают закачивать вторую порцию пара (или парогазовой смеси), а затем вводят в пласт буферную порцию воздуха. После этого насосным агрегатом 12 начинают закачку в скважину соляной кислоты. Объем закачанной соляной кислоты должен быть достаточным, чтобы прореагировал с ней весь аммиак, выделившийся в призабойной зоне пласта при разложении карбамида. Затем закачку соляной кислоты прекращают и компрессором 9 начинают подачу в скважину заключительной порции воздуха.

Вводимый в призабойную зону пласта воздух как в смеси с паром, так и без пара (в буферной и заключительных порциях) позволяет лучше очистить породу от содержавшейся там жидкости перед закачкой в пласт раствора карбамида (за счет повышенного фильтрационного сопротивления при закачке смеси воздуха с паром и образовавшимся из него конденсатом временно создается повышенный перепад давления в призабойной зоне пласта, вследствие чего охватываются вытеснением и очищаются низкопроницаемые интервалы, кроме того, часть жидкости может в потоке горячего воздуха испариться). Поступивший в обрабатываемую зону пласта вместе с воздухом кислород расходуется на окисление углеводородов, что позволяет получить дополнительное тепло. Образующиеся в призабойной зоне пласта после обработки скважины продукты разложения карбамида (аммиак и углекислый газ), реакции аммиака с соляной кислотой (NH₄Cl - хлористый аммоний), а также реакции кислорода с углеводородами (органические кислоты, кетоны и т.п.), сами являются хорошими вытесняющими агентами, а в сочетании с повышенной температурой их растворяющие и вытесняющие свойства усиливаются, что положительно влияет на добычу нефти.

После выдержки на протекание реакций капиллярную пропитку, прогрев породы (в течение от 2 до 15 сут) скважину осваивают и вводят в эксплуатацию. При освоении и в течение 5-10 сут последующей эксплуатации необходимо отбирать пробы попутного газа и анализировать их на содержание кислорода. Если содержание кислорода в газе будет превышать 5 об.%, освоение (или эксплуатацию) скважины прекращают, ствол скважины заполняют водой и оставляют в таком состоянии еще на 3-5 сут для завершения окислительного процесса.

В результате применения описанного выше способа расширяется ассортимент реагентов, которые можно применять при термохимической обработке призабойной зоны пласта (вместо дефицитных алюминия и магния - раствор карбамида). Количество тепла, выделяющееся в результате реагирования с соляной кислотой аммиака, выделившегося при предварительном нагреве карбамида в породе (10400 кДж/кг), не сильно отличается от количества тепла, выделяющегося при реагировании с соляной кислотой алюминия (19600 кДж/кг) или магния (18800 кДж/кг). Положительным отличием при этом является то, что после закачки в скважину водного раствора карбамида подача на забой обрабатываемой скважины соляной кислоты не связана с опасностью неуправляемого повышения давления на забое, в колонне НКТ и на устье скважины, т.к. раствор карбамида не содержит твердых частиц и полностью уходит в пласт, в то время как при применении для закачки в пласт суспензии алюминия или магния может образоваться на забое скважины пробка из порошка данных металлов, а при подаче в скважину соляной кислоты и ее реагировании с материалом пробки возможно неуправляемое повышение давления выше допустимого для труб и устьевого оборудования.

Следовательно, предлагаемый способ позволяет обезопасить процесс. Технологический эффект при этом не снижается, более того из-за присутствия в призабойной зоне пласта аммиака и хлористого аммония (продуктов, получаемых из карбамида) может быть выше, чем при использовании порошка алюминия или магния. Одновременно с увеличением дебита скважины из-за воздействия на низкопроницаемые интервалы увеличивается коэффициент нефтеизвлечения.

П р и м е р. Исходные данные: толщина обрабатываемого пласта h = 10 м; пористость m = 0,14; объемная теплоемкость породы с насыщающей его жидкостью (cC) = =2380 кДж/м³ К; вязкость нефти в пластовых условиях <N>mu<N> = 12 мПа ˙ с; пластовая температура Т = 298 К (25^оС); коэффициент использования аммиака К_исп = 0,8; S_ж = 0,71.

Термообработка призабойной зоны пласта производится с использованием пара, воздуха, раствора карбамида и соляной кислоты.

После промывки и очистки ствола скважины, забоя и призабойной зоны пласта (с применением горячей воды, ПАВ, углеводородного конденсата, пара) спускают в скважину на НКТ клапан-отсекатель и пакер. Пакер устанавливают над кровлей обрабатываемого пласта.

Начинают прогрев скважины и призабойной зоны пласта паром, затем переходят на одновременную закачку в пласт пара и воздуха. Согласно расчетам, при подаче в пласт теплоносителя с температурой на забое скважины 443 К (170^оС), при расходе теплоносителя 1800 кг/ч для нагрева породы данного пласта в пределах кольца с внешним радиусом 1,2 м до температуры 150-170^оС потребуется закачать 21600 кг теплоносителя (продолжительность закачки 12 ч). После этого в пласт закачивают водный раствор карбамида, массовое соотношение карбамида и воды 1:1, при таком соотношении и температуре 293 К (20^оС) карбамид растворяется в воде полностью; используется для приготовления раствора 2900 кг карбамида. Радиус первоначального прогрева принимается равным 1,2 м. Количество раствора карбамида, закачиваемого в пласт, - 5,8 т, соляной кислоты (20%-ной концентрации) - 28 т.

Согласно проведенным расчетам, при нагревании до температуры 150^оС из 1 кг карбамида образуется 0,565 кг аммиака, концентрация которого в поступившей в призабойную зону воде в различных точках пласта составляет от 10 до 30 мас.%, в зависимости от температуры, которая не одинакова на разных расстояниях от скважины.

Величина прироста температуры при реагировании соляной кислоты с аммиаком составляет: а) при b = 10%
ΔT = = = 35^°C
б) при b = 30% ΔТ = 105^оС.

В большей степени нагреваются участки с более высоким содержанием аммиака (до этого менее нагретые), поэтому после протекания реагирования соляной кислоты с выделившимся из карбамида аммиаком среднее увеличение температуры составит 70^оС, а средняя температура в призабойной зоне достигнет 150+70 = 220^оС. Такое значение температуры является достаточным для начала окисления углеводородов, поступающим в призабойную зону кислородом, содержащимся в воздухе. За счет подачи в ПЗП воздуха количество выделяющегося здесь тепла будет возрастать, вследствие чего расширится зона тепловой обработки пласта. После закачки реагентов и воздуха в количестве 100-500 тыс. м³, скважину оставляют закрытой для завершения окислительных реакций, перераспределения температуры в призабойной зоне пласта. Затем скважину осваивают и вводят в эксплуатацию.

Расчетная дополнительная добыча нефти после термообработки скважины зависит от размеров прогретой зоны, средней температуры в этой зоне, проницаемости породы, вязкости нефти и ее изменения при нагревании.

В таблице приведены результаты расчета дополнительной добычи нефти для условий одного из месторождений Нижнего Поволжья после термохимической обработки призабойной зоны (проницаемость породы К = 0,04 мм²).

Расчетные удельные затраты тепла на 1 т дополнительно добытой нефти для данного примера составляют от 3 ˙ 10³ МДж/т (при R_т= 4 м) до 5 ˙ 10³ МДж (при R_т = 10 м). При теплотворной способности нефти 44000 МДж/т удельные затраты вводимой и генерируемой в пласте тепловой энергии на нагрев призабойной зоны составляют 7-15% от потенциальной энергии дополнительно добываемой нефти. Согласно выполненным расчетам, удельный расход воздуха, используемого для нагрева ПЗП на заключительном этапе обработки, составляет 0,5-2 тыс. м³ на 1 т дополнительно добытой нефти.

Способ позволяет повысить безопасность проведения термохимических обработок призабойной зоны пласта: исключает возможность выпадения в стволе скважины твердых частиц реагента и неуправляемого повышения давления в скважине при реагировании выпавших частиц реагента с закачиваемой соляной кислотой, а также позволяет расширить ассортимент реагентов, используемых при проведении термохимических обработок призабойной зоны нефтяного пласта. Это достигается тем, что вместо извесных реагентов (порошок алюминия, магния) применяется закачка в призабойную зону пласта водного раствора карбамида, для разложения которого предварительно в пласт вводится пар или паровоздушная смесь, за счет чего призабойную зону пласта нагревают до температуры 150°С и выше; карбамид разлагается с образованием аммиака, который реагирует в пласте с закачиваемой соляной кислотой, а выделяющимся при этом теплом дополнительно нагревается порода призабойной зоны пласта. Продукты разложения карбамида (аммиак, углекислый газ), а также реакции соляной кислоты с аммиаком (хлористый аммоний) позволяет улучшить очистку породы, что способствует увеличению дебита скважины и коэффициента нефтеотдачи пласта. 1 ил.

СПОСОБ ТЕРМОХИМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ПРИЗАБОЙНОЙ ЗОНЫ ПЛАСТА, включающий последовательную закачку в пласт химического реагента, соляную кислоту и ввод в призабойную зону пласта до и после закачки соляной кислоты воздуха, отличающийся тем, что в качестве химического реагента используют водный раствор карбамида, а до и после закачки раствора карбамида вводят пар или паровоздушную смесь, причем раствор карбамида вытесняют в пласт паром или паровоздушной смесью.