НАПОЛНИТЕЛЬ В СУСПЕНЗИЯХ ДЛЯ ВТОРИЧНОГО ВСКРЫТИЯ ПЛАСТОВ ПЕРФОРАЦИЕЙ И ЖИДКОСТЯХ ГИДРОРАЗРЫВА Российский патент 1997 года по МПК C09K7/04 

Изобретение относится к бурению и освоению скважин для добычи нефти и газа, а именно, к наполнителям жидкостей перфорации и гидроразрыва пластов, применяемым в нефтяной и газовой промышленности.

Известно применение в бурении и освоении скважин ряда наполняющих материалов. Главное место среди них занимает барит (95% по объему) [1] Основным сырьем для производства барита являются полиметаллические руды, из которых барит извлекают флотационным способом. Флотационный барит обладает рядом недостатков: недостаточная дисперсность материала (средний размер частиц 100 мкм) и, в связи с этим, невысокая утяжеляющая способность по отношению к глинистым суспензиям. При плотности раствора более 1,5-1,6 г/см³ для удержания утяжелителя во взвешенном состоянии требуется значительный перерасход реагентов-стабилизаторов (КМЦ, гипана, КССБ и т.п.); недостаточная гидрофильность барита, связанная с адсорбцией флотореагентов на частицах материала в процессе его извлечения. Такой материал плохо смачивается водой и растворами реагентов, которые вводятся в суспензию для придания ей определенных технологических свойств, поэтому в баритовые концентраты необходимо добавлять смачиватели типа кальцинированной соды, фосфатов, окзила и т.п. необратимая кольматация пор нефтяных пластов частицами барита. Согласно ГОСТ 4682-84 содержание коллоидных частиц с размерами менее 5 мм не должно превышать 5% (cорта КБ-1 и КБ-2). Однако, в последнее время этот норматив, как правило, не выдерживается. Поэтому содержание коллоидной фракции в барите достигает 10% и более. Эти частицы способны кольматировать (закупоривать) пласты с низкой и средней проницаемостью, тем самым снижая продуктивность скважин на 30-50% Так как частицы барита нерастворимы в растворах кислот, солей и оснований, кольматация становится необратимой.

Наиболее близким по техническому решению к предлагаемому является применение в качестве наполнителей в суспензиях железосодержащих минералов, например, магнетита [2]
Наполнитель в суспензиях, применяемых при вскрытии пластов, должен отвечать следующим основным требованиям: определенный размер частиц наполнителя, способного создавать свободные перемычки в порах или микротрещинах пласта, уменьшая тем самым глубину проникновения частиц и толщину закольматированного слоя до размеров, существенно меньших глубины каналов перфорации; кислоторастворимость наполнителя, находящегося в поровых пространствах или микротрещинах пласта, т.е. возможность последующего восстановления проницаемости пород; высокая плотность материала, используемого в качестве наполнителя, обеспечивающая регулирование применяемых суспензий во всем диапазоне необходимых плотностей с целью профилактики водонефтегазопроявлений в зоне перфорации; материал, рекомендуемый как наполнитель, после обработки на разложение твердой фазы (кислотная обработка) должен до минимума снизить опасность загрязнения пласта при выпадении в осадок.

Целью изобретения является предложение в качестве материала для наполнителей в суспензиях при вскрытии нефтегазовых пластов железорудного титаномагнетитового концентрата Качканарского горно-обогатительного комбината (ГОКа).

Минералогический и химический состав материала приведен в табл. 1.

Железорудный титаномагнетитовый концентрат (ЖРК) представляет собой темно-серый порошок с плотностью 4,6-5,1 г/см³, т.е. на 0,5-1,0 г/см³ тяжелее барита и других железистых наполнителей. Известно, что плотность наполнителя существенно влияет на содержание твердой фазы в суспензии.

ЖРК в качестве наполнителя для перфорационных жидкостей полностью отвечает основным требованиям наполнителей.

Размер частиц материала регулируется техническими условиями помола и наиболее оптимальны в пределах 74 мкм для буровых растворов и 0,2-0,6 мм для перфорации, что обеспечивает проницаемость до 10 мкм² и позволяет образовать свободную перемычку и фильтрационную корку на поверхности всех пластов [3 с. 255-258]
Наполнители (свободообразующие частицы) способны растворяться под действием кислот, что позволяет исключить (уменьшить) ущерб наносимый пласту и восстановить проницаемость пород [3 с.428] Проведенные исследования показали, что ЖРК способен растворяться в соляной кислоте. Данные, представленные в табл.2, показывают, что растворимость зависит как от концентрации кислоты, так и от времени контакта материала с кислотой. При нормальной температуре (20 + 2^oС) растворение идет медленно, это объясняется диффузионным характером процесса. Однако при увеличении концентрации кислоты и температуры, например, до 70-75^oС, растворимость увеличивается, достигая максимальной величины 83-85% При кислотной обработке пласта, перфорированного суспензией на основе ЖРК, эти особенности следует учитывать.

ЖРК имеет более высокую плотность 4,6-5,1 г/см³ по сравнению с песком и гранулированными карбонатами, что позволяет обеспечить регулирование применяемых суспензий во всем диапазоне необходимых плотностей.

Проведенные исследования показали, что применение ЖРК как наполнителя регулирует плотность включительно до 2,32 г/см³ без отрицательных влияний на реологию раствора при хорошей седиментационной устойчивости, без падения вязкости при воздействии температур, с образованием фильтрационной корки 1,2 мм.

ЖРК как наполнитель при обработке кислотами в силу его природных особенностей нахождения железа (Fe) в двухвалентном состоянии (FeO) в отличие от трехвалентного железа (гематита) положительно отличается от гематитовых наполнителей тем, что соединения двухвалентного железа осаждаются при рН 7, а трехвалентного железа при рН 2, предпочтение необходимо отдать двухвалентному железу Fe0, содержание которого в ЖРК до 31%
ЖРК содержит ильменит, который является компонентом с двухвалентным железом.

Таким образом, ЖРК Качканарского ГОКа соответствует всем основным требованиям наполнителей и превосходит их по трем основным параметрам: производство Качканарского ГОКа позволяет регулировать в процессе помола размер частиц ЖРК с 0,3 мм до 74 мкм с содержанием песка 2-3% (у барита 5-10%); содержание в ЖРК двухвалентного железа при воздействии кислоты не образуют гидроксилы и не выпадают в осадок, загрязняющий пласты при повышении рН, имеет более высокую скорость растворения,чем Fe₂0₃, после кислотной обработки призабойная зона нефтяных пластов полностью очищается от остатков наполнителя, что обеспечивает продуктивность пластов на данном уровне; имеет высокую плотность 4,6-5,1 г/см₃, (барит 4,2-4,3 г/см₃, известняк 2,6-2,8 г/см₃) при нахождении в суспензии в буровом растворе технологичен, седиментационно устойчив, не влияет отрицательно на реологию растворов.

Как наполнитель ЖРК в суспензиях и жидкостях перфорации никогда не использовался.

Технологические свойства глинистых суспензий с добавлением в них ЖРК.

Исходная плотность раствора 1,02 г/см³ Т=19с
Добавление ЖРК до плотности 1,99 г/см³ Т=28с
до плотности 2,13 г/см³ Т=34с
до плотности 2,24 г/см³ Т=40с
В растворы добавлено 0,2% сухого гипана
0,2% ГКЖ-10
0,1% НТФ
(Ф 6 см³; рН 9,5; СНС 1/10 6/7 ДПа; n_пл 47 МПа•с, Р 172 дПа, К 1,2-2 мм)
до плотности 2,32 г/см³ Т=90с
(Ф 6 см³, рН 9,4, СНС 1/10 8/17 дПа n 75 МПа•с, Р_о 260 дПа, К 1,2-2 мм).

Экономически применение ЖРК в качестве наполнителя является более выгодным по сравнению с баритом. Объем поставок для предприятий нефтяной и газовой промышленности практически неограничен.

Использование: бурение и освоение скважин для добычи нефти и газа и предназначено для расширения ассортимента наполнителей для жидкостей перфорации и гидроразрыва. Сущность: в качестве наполнителя для суспензий используемых при вторичном вскрытии пластов перфорацией и в жидкостях для гидроразрыва предложено использовать железнорудный титановомагниевый концентрат. Его использование позволяет образовать фильтрационную корку на поверхности пластов, которая легко удаляется при кислотной обработке. 2 табл.

Применение железорудного титаномагнетитового концентрата Качканарского горно-обогатительного комбината, содержащего 87-88 магнетита, 2% ильменита, по 1-3 оксидов магния, кальция, алюминия, ванадия, титана и около 1 кварца в качестве наполнителя в суспензиях для вторичного вскрытия пластов перфорацией и жидкостях для гидроразрыва.