ЖИДКОСТЬ ДЛЯ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО РАЗРЫВА ПЛАСТА Российский патент 1999 года по МПК E21B43/26 

Изобретение относится к области нефтедобычи, в частности к жидкостям для гидравлического разрыва пласта, и предназначено для повышения нефтеотдачи разрабатываемых нефтесодержащих пластов.

Изобретение также может быть использовано в качестве промывочной жидкости и жидкости для глушения скважины.

Изобретение может быть использовано преимущественно на нефтедобывающих предприятиях.

Известна жидкость для гидравлического разрыва пласта, содержащая следующие ингредиенты, мас.%: карбоксиметилцеллюлоза (КМЦ) 1,0 - 2,5; хроматы 1,0 - 3,0; лигносульфонаты 0,2 - 0,7; соль хлорноватой кислоты 0,75 - 2,1 и вода пластовая - остальное (см., например, "Инструкция по технологии глубокопроникающего гидравлического разрыва пласта" РД 39-0147035-236-89, МНП, М., 1988, с. 16-17).

Указанная жидкость рекомендуется для применения при гидроразрыве с температурой на забое 60 - 150^oC.

Однако, указанная известная жидкость имеет следующие недостатки:
указанная известная жидкость имеет высокую фильтроотдачу (11-14 см³ за 30 мин), что в промысловых условиях приводит к проникновению фильтрата в пласт и закупорке его. При этом фильтрат из пласта практически не вытесняется и в результате сильно кольматирует пласт.

1. Известная жидкость является труднопрокачиваемой, и даже при минимальном нижнем пределе содержания ингредиентов ее прокачивающая способность составляет всего лишь 66 см³/с, что в промысловых условиях приводит к технологическим трудностям при использовании указанной жидкости.

2. Кроме того, в состав известной жидкости входят экологически небезопасные вещества - хроматы и хлораты, которые приводят к загрязнению грунтовых вод.

3. Известная жидкость является многокомпонентной системой; что усложняет процесс ее приготовления.

4. Известная жидкость является дорогостоящей вследствие использования дорогостоящих компонентов.

Таким образом, высокая стоимость указанной известной жидкости и трудоемкость ее приготовления, а также низкая эффективность проведения гидравлического разрыва пласта (ГРП) с использованием этой жидкости ограничивают ее применение в промысловых условиях.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению по технической сущности является жидкость для гидравлического разрыва пласта, включающая следующие ингредиенты, мас. %: сульфит - спиртовая дрожжевая барда 31,72 - 39,76; хлорид калия 3,37 - 6,92; полиакриламид 0,05 - 0,12; поверхностно-активное вещество марки МЛ - 80 0,03 -0,15 и вода пластовая - остальное (см. , например, патент РФ N 1710710, кл. E 21 В 43/26, от 1990 г.).

Однако, указанная известная жидкость имеет высокую фильтратоотдачу (4,0 -7,0 см³ за 30 мин) и только при верхних пределах - 1,2 см³ за 30 мин, следовательно, в промысловых условиях фильтрат этой известной жидкости будет проникать в поровое пространство пласта, что может привести к его закупорке.

Кроме того, известная жидкость, несмотря на низкие значения вязкости и статического напряжения сдвига, характеризуется прокачивающей способностью ниже, чем у воды (72,5 - 73,3 см³/с), что в промысловых условиях создаст технологические трудности при ее закачке в пласт.

Также следует отметить, что в состав известной жидкости входят дорогостоящие и, к тому же, экологически небезопасные вещества - поверхностно-активное вещество МЛ-80, которое, попадая на поверхность земли, приводит к загрязнению грунтовых вод, а также может вызвать аллергические реакции у людей в процессе приготовления этой жидкости.

Кроме того, известная жидкость является многокомпонентной системой, что затрудняет и усложняет процесс ее приготовления.

Дефицитность реагентов, входящих в известную жидкость, их высокая стоимость и трудность приготовления известной жидкости ограничивает ее применение при ГРП.

Целью настоящего изобретения является улучшение технологических параметров жидкости за счет снижения фильтратоотдачи, повышения структурно-механических свойств и улучшения прокачиваемости при одновременном снижении стоимости.

Дополнительной целью изобретения является обеспечение экологической безопасности жидкости.

Поставленная цель достигается тем, что известная жидкость для гидравлического разрыва пласта, включающая лигносульфонаты, хлорид калия, добавку и пластовую воду, в качестве добавки содержит соль трехвалентного металла - сульфат алюминия, а в качестве лигносульфонатов - лигносульфонаты технические, модифицированные гексаметилентетрамином и карбамидом при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:
Лигносульфонаты технические, модифицированные гексаметилентетрамином и карбамидом - 40,98 - 43,32
Хлорид кадия - 3,70 - 4,32
Сульфат алюминия - 0,52 - 1,03
Пластовая вода - Остальное
Новый положительный эффект предлагаемой жидкости достигается, по-видимому, за счет следующего.

Снижение фильтратоотдачи до нулевых значений достигается, по- видимому, синергетическим эффектом от совместного действия ингредиентов заявляемой жидкости, обусловленное сшивкой коллоидных частиц молекулами соли комплексообразователя сульфата алюминия и молекулами лигносульфонатов модифицированных гексаметилентетрамином и карбамидом и образованием комплексных соединений, размеры которых превышают размеры пор фильтрационной перегородки. Наряду с этим, по-видимому, вода находится в связанном состоянии и прочно удерживается силами молекулярного притяжения.

Повышение вязкости и структурно-механических свойств достигается, по-видимому, синергетическим действием всех ингредиентов системы, обусловленное образованием комплексных соединений, прочность которых нарастает в течение времени.

Увеличение прокачиваемости заявляемой жидкости для ГРП связано, по-видимому, с тем, что при движении заявляемой жидкости происходит ориентирование структуры элементов в направлении движения, а также происходит разрыв поперечных связей комплексных соединений, образовавшихся при взаимодействии ингредиентов заявляемой жидкости.

Для приготовления заявляемой жидкости для гидравлического разрыва пласта в лабораторных условиях были использованы следующие вещества:
лигносульфонаты технические модифицированные гексаметилентетрамином и карбамидом по ТУ 84-07509103.422- 94,(товарная марка ЛСТУ-2М), вязкая жидкость коричневого цвета;
- массовая доля лигносульфонатов составляет 45,15%, плотность - 1253 кг/м³, условная вязкость УВ₁₀₀ = 235 с, выпускается Соликамским ЦБК;
- пластовая вода плотностью 1180 - 1200 кг/м³, жесткостью 1800 мг-экв/л, следующего состава, мг-экв/л:
катионов:Na⁺+К⁺ 3209-3222,92
Ca⁺² 494,5 - 1055
Mg⁺² 191,98-379
анионов:
Cl^- 4540.34 - 4660
SO₄ ^-2 6,13 - 11,8
CO₃ ^-2 1,8 - 2,88
общая минерализация 260 г/л;
- хлорид калия (KCl), х.ч. по ГОСТ 4239-77, кристаллический порошок белого цвета (можно использовать технический хлорид калия - отход производства калийных комбинатов);
- сернокислый алюминий ГОСТ 3758-75; порошок белого цвета.

Технология приготовления заявляемой жидкости для гидравлического разрыва пласта в лабораторных условиях была следующей.

Пример.

Для приготовления 100 г жидкости в 40,98 г лигносульфонатов ЛСТУ-2М ввели 0,52 г Al₂(SO₄)₃, далее к полученной смеси приливали 54,8 г пластовой воды плотностью 1190 кг/м³, в которой предварительно растворили 3,7 г KCl. Смесь перемешивали лабораторной мешалкой 30 минут, и получили жидкость для ГРП (опыт 2, таблица) следующего состава, мас.%:
лигносульфонаты технические модифицированные (ЛСТУ-2М) - 40,98
Хлорид калия - 3,7
Сульфат алюминия - 0,52
Пластовая вода - Остальное
Заявляемую жидкость с другим содержанием ингредиентов готовили аналогичным образом.

В ходе лабораторных испытаний у заявляемой жидкости измеряли плотность, условную вязкость прибором ВБР-1, статическое напряжение сдвига на приборе СНС-2, показатель фильтрации на вакуумной установке при ΔP = 0,1 МПа за 30 мин.

Прокачивающую способность жидкости измеряли на вакуумной установке. Установка состоит из вакуумного насоса, буферной емкости, вакуумметра и колбы Бюхнера, в которую вставлена делительная воронка емкостью 250 см³. Диаметр отверстия в кране воронки составляет 3 мм. Воронка в колбе крепится при помощи резиновой пробки. Все детали соединены между собой вакуумной трубкой.

Измерение прокачивающей способности заявляемой и известных жидкостей для ГРП проводили следующим образом. При закрытом кране в воронку наливали 250 см³ исследуемой жидкости, затем включали насос и создавали разрежение в колбе до необходимой постоянной величины, которая фиксировалась показанием вакуумметра. Затем открывали кран воронки и одновременно включали секундомер. После истечения всего объема жидкости из воронки (в это время стрелка вакуумметра возвращается в исходное положение), секундомер останавливали. Давлением объема жидкости на время вытекания определяли скорость истечения жидкости в см³/с. По этому показателю судили о прокачивающей способности жидкости.

Данные об ингредиентном составе и свойствах заявляемой и известных жидкостей для гидравлического разрыва пласта приведены в таблице.

Данные, приведенные в таблице, показывают, что заявляемая жидкость для ГРП при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:
Лигносульфонаты технические модифицированные гексаметилентетрамином и карбамидом - 40,98 - 43,31
Хлорид калия - 3,7- 4,32
Сульфат алюминия - 0,52 - 1,03
Пластовая вода - Остальное,
удовлетворяет всем требованиям, предъявляемым к жидкостям ГРП, и характеризуется следующими технологическими показателями:
Плотность, кг/м³ - 1210- 1230
Условная вязкость, УВ₁₀₀, с - 19,3 - 26,7
Фильтратоотдача; при ΔP 0,1 МПа за 30 мин, см³ - 0-0,5
Прокачивающая способность, см³/с - 73,4 - 73,5
Статическое напряжение сдвига за 1 и 10 мин, дПа - 4,5 - 6,4/ 5,7 - 7,5
Прокачивающая способность заявляемой жидкости для ГРП высокая и составляет 73,4 - 73,5 см³/с, т.е. равна прокачивающей способности воды, для которой она равна 73,5 см³/с.

Заявляемая жидкость для гидравлического разрыва пласта по сравнению с известной жидкостью по прототипу имеет следующие технические преимущества:
- обладает низкой фильтратоотдачей 0,5 - 0 см³ (у прототипа 1,2-5 см³);
- обладает высокой вязкостью и статическими напряжениями сдвига при хорошей прокачиваемости 73,4 - 73,5 см³/с (у прототипа 72,5 - 73,3 см³/с при низкой условной вязкости 3,2 - 4,0 с и нулевых значениях статического напряжения сдвига).

Благодаря улучшению технологических параметров предлагаемой жидкости повышается эффективность ее воздействия при гидроразрыве.

Заявляемая жидкость для ГРП имеет широкий диапазон вязкости, что позволяет также успешно применять ее в различных геолого-технических условиях.

Низкая, практически нулевая, фильтратоотдача заявляемой жидкости предупреждает загрязнение продуктивного пласта.

Высокая прокачиваемость заявляемой жидкости позволяет иметь высокий ее расход при осуществлении гидроразрыва и в результате получать трещины больших размеров.

Технология приготовления заявляемой жидкости для ГРП проста и легко осуществима в промысловых условиях.

Для приготовления заявляемой жидкости для ГРП используются дешевые и доступные вещества, позволяющие снизить ее стоимость по сравнению с прототипом в 2 раза.

Заявляемая жидкость является морозостойкой и не замерзает при минус 25-30^oC.

Заявляемая жидкость обладает высокими антикоррозионными свойствами и высокой ингибирующей способностью по отношению к набухающим глинистым породам, что предупреждает закупорку поровых каналов.

Применение заявляемой жидкости для ГРП позволит снизить затраты времени и средств на проведение гидроразрыва пласта за счет:
- получения более высокой первоначальной приемистости (или производительности) обрабатываемой скважины;
- полного исключения загрязнения окружающей среды;
- увеличения срока службы нефтепромыслового оборудования и увеличения межремонтного периода; снижения стоимости жидкости гидроразрыва.

Благодаря получению трещин больших размеров по длине и диаметру и благодаря практически полному восстановлению первоначальной проницаемости пласта обеспечивается увеличение текущей нефтедобычи в добывающих скважинах или увеличивается приемистость в нагнетательных скважинах.

Используется преимущественно при нефте- и газодобыче. Техническим результатом является улучшение технологических параметров жидкости за счет снижения фильтратоотдачи, повышение структурно-механических свойств и улучшение прокачиваемости при одновременном снижении стоимости. Жидкость для гидравлического разрыва пласта содержит (мас.%) лигносульфонаты технические, модифицированные гексаметилентетрамином и карбамидом, 40,98-43,31, хлорид калия 3,70-4,32, сульфат алюминия 0,52-1,03 и пластовую воду - остальное. 1 табл.

Жидкость для гидравлического разрыва пласта, включающая лигносульфонаты, хлорид калия, добавку и пластовую воду, отличающаяся тем, что в качестве добавки она содержит соль трехвалентного металла - сульфат алюминия, а в качестве лигносульфонатов - лигносульфонаты технические, модифицированные гексаметилентетрамином и карбамидом, при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:
Лигносульфонаты технические, модифицированные гексаметилентетрамином и карбамидом - 40,98 - 43,31
Хлорид калия - 3,70 - 4,32
Сульфат алюминия - 0,52 - 1,03
Пластовая вода - Остальное