ПЕНООБРАЗУЮЩИЙ СОСТАВ ДЛЯ ОСВОЕНИЯ СКВАЖИН Российский патент 2002 года по МПК E21B43/22 

Изобретение относится к нефтегазодобывающей отрасли, в частности к пенообразующим составам, используемым для вызова притока жидкости из пласта при освоении скважин.

Известен состав для удаления жидкости из скважин, содержащий мочевину, нитрит щелочного или щелочноземельного металла, соль алюминия или железа, пенообразователь, стабилизатор пены и воду (1).

Недостатком известного состава является то, что процесс газовыделения происходит в результате ряда промежуточных химических реакций, что снижает интенсивность газовыделения, а следовательно, ухудшает процесс пенообразования и тем самым понижает эффективность освоения скважин.

Наиболее близким (прототипом) к предлагаемому изобретению является пенообразующий состав для освоения скважин, включающий хлорид аммония, нитрит щелочного или щелочноземельного металла, галогенид или сульфат железа или алюминия, карбоксиметилцеллюлозу или полиакриламид, поверхностно-активное вещество и воду (2).

Недостатком известного состава является низкая эффективность освоения скважин вследствие невозможности создания высокократной пены при температуре в стволе скважины ниже 70^oС.

Предлагаемый состав решает задачу повышения эффективности освоения скважин за счет создания в стволе скважины высокократной и стабильной пены, вследствие чего в призабойной зоне образуется значительная депрессия, позволяющая вызвать приток жидкости из пласта в скважину и тем самым очистить призабойную зону от кольматирующих образований.

Сущность изобретения заключается в следующем. Вызов притока жидкости из пласта возможен при создании депрессии на продуктивный пласт. Создание же депрессии возможно при снижении гидростатического давления столба жидкости, заполняющей ствол скважины, на продуктивный пласт. Снизить гидростатическое давление в стволе скважины можно либо путем снижения уровня жидкости, заполняющей ствол скважины, либо заменой данной жидкости на жидкость меньшей плотности или пену. Высокократная пена имеет плотность значительно меньше плотности любой жидкости, а следовательно, ее использование позволяет создавать большие депрессии на пласт в относительно непродолжительные промежутки времени и тем самым более эффективно осваивать скважины. Кроме того, пены обладают большими флотирующими свойствами, что позволяет с большей эффективностью очищать ствол скважины от кольматирующих частиц, привнесенных в ствол скважины из призабойной зоны при создании депрессии. Это в свою очередь также повышает эффективность освоения скважины.

Именно эти особенности и преимущества пенных составов для освоения скважин обусловили формулировку цели изобретения и поиска нового композиционного пенообразующего состава, обеспечивающего высокую кратность и стабильность пены, удовлетворяющего поставленной задаче.

Задачей настоящего изобретения является получение технического результата, выражающегося в эффективности освоения скважин за счет создания высокократных стабильных пен за непродолжительный период времени для эффективного удаления жидкости и кольматирующих образований из ствола скважины.

Дополнительной целью является расширение ассортимента химических веществ, используемых при образовании пенных составов.

Технический результат достигается тем, что пенообразующий состав для освоения скважин, включающий газообразующее вещество, активатор реакции, поверхностно-активное вещество, стабилизатор пены и воду, дополнительно содержит гидроксид щелочного металла, в качестве газообразующего вещества - гидроперит, в качестве активатора реакции - бихромат щелочных металлов, в качестве стабилизатора пены - лигносульфонат или гидролизованный полиакриламид при следующих соотношениях компонентов, мас.%:
Поверхностно-активное вещество (ПАВ) - 0,3 - 0,7
Лигносульфонат или гидролизованный полиакриламид (ГПАА) - 0,01 - 0,05
Бихромат щелочных металлов - 2 - 5
Гидроперит - 45 - 50
Гидроксид щелочного металла - 0,1 - 0,3
Вода - Остальное
В качестве поверхностно-активного вещества могут быть использованы сульфонол или ОП7 или их смесь.

Предлагаемый пенообразующий состав позволяет создавать высокократные стабильные пены в короткие промежутки времени за счет вспенивания поверхностно-активного вещества газами, образующимися в результате гидролиза гидроперита, бихромата щелочного металла и гидроксида щелочного металла. В данном составе гидроперит является газообразующим веществом, а бихромат щелочного металла и гидроксид щелочного металла являются активаторами химических реакций.

Общая схема взаимодействия солей пенообразующего состава в водной среде имеет следующий вид.

При растворении бихроматов щелочных металлов в воде устанавливается равновесие между бихроматом и хроматом
Cr₂O₇ ^-2+H₂O=2CrO₄ ^-2+2H⁺
Смешение водных растворов бихромата щелочного металла и гидроокиси щелочного металла приводит к связыванию ионов водорода гидроксильными ионами, в результате равновесие смещается вправо, и бихромат превращается в хромат. При избытке гидроксильных ионов в растворе практически существуют только хроматы, что приводит к снижению каталитического действия реакции. Механизм каталитического разложения водного раствора гидроперита щелочным раствором бихроматов носит цепной характер, в основе которого лежит попеременное окисление и восстановление хрома.

В результате реакций происходит разрыв водородных связей, связывающих перекись водорода и мочевину, а следовательно, распад гидроперита на его составляющие: мочевину и перекись водорода, которые в свою очередь под действием активаторов реакции и температуры разлагаются на углекислый газ, азот, кислород и воду. В целом реакция происходит по следующей схеме:

Реакция протекает в несколько стадий. Первоначально разлагается перекись водорода и основным пенообразующим газом является кислород. В дальнейшем при нагреве раствора энергией пласта происходит частичное разложение мочевины с выделением углекислого газа и аммиака, последний в свою очередь под действием перекиси водорода и бихромата щелочного металла окисляется до азота, и, следовательно, пенообразование происходит уже за счет углекислого газа и азота.

Из существующего уровня техники не известны составы с указанным содержанием инградиентов.

Таким образом, предлагаемый состав отвечает критериям изобретения.

Выбор оптимальных концентраций компонентов раствора осуществляется следующим образом. Концентрация газообразующего вещества (гидроперита) определялась исходя из предела растворимости данного реагента в пресной и соленой воде при реальных температурах воды, используемой в нефтепромысловой практике (10-20^oС). Объемы выделяющихся газов в процессе гидролиза гидроперита определялись при различных соотношениях газообразующего вещества и активаторов реакций в фиксированный отрезок времени (0,5 часа).

Данные эксперимента приведены в табл. 1. Из табл. 1 видно, что наибольшие объемы газов получены при 2-5% концентрации бихроматов щелочных металлов в присутствии гидроокиси щелочных металлов (0,1-0,3%). Затем определялась пенообразующая способность водных растворов поверхностно-активных веществ. В качестве поверхностно-активных веществ (ПАВ) использовались сульфонол и ОП-7. Для оценки качества пенообразующих растворов и полученных из них пен использовались такие критерии, как вспениваемость раствора, кратность и стабильность пен.

Вспенивание растворов осуществлялось путем механического перемешивания. Перемешивание производилось при спуске и подъеме поршня в мерном цилиндре объемом 500 мл. Поршень выполнен с круглыми отверстиями в теле, а его диаметр равен внутреннему диаметру мерного цилиндра. Спуск и подъем поршня в ходе всего эксперимента в каждом отдельном опыте производился определенное и постоянное количество раз. Характеристикой стабильности пен в нашем случае служило время, необходимое для разрушения половины столба пены.

Результаты лабораторных исследований пенообразующих растворов и полученных из них пен приведены в табл. 2. Из табл. 2 видно, что оптимальными концентрациями ПАВ являются 0,3-0,7%. Причем если дисперсной средой является пресная вода, то лучшие результаты получены при меньших концентрациях. При приготовлении же растворов на соленой воде (содержание солей 20 г/л) - идентичной воде сеноманского водоносного горизонта, наиболее часто использующегося в практике нефтепромыслов Западной Сибири, лучшая вспениваемость растворов, кратность и стабильность пен получена при максимальных концентрациях рекомендуемого интервала. Из табл. 2 видно, что сульфонол обладает лучшей пенообразующей способностью, чем ОП-7, но еще большей способностью образовывать высокократные стабильные пены обладают смеси этих ПАВ.

Стабильность пен может быть повышена путем введения в пенообразующий раствор веществ-стабилизаторов: гидролизованного полиакриламида (ГПАА) или лигносульфонатов. Эти вещества, повышая вязкость раствора и пленок, способствуют замедлению стекания жидкости из пен и тем самым стабилизируют пенные системы. Данные о влиянии ГПАА и лигносульфонатов на стабильность пен приведены в табл. 2.

Из табл. 2 видно, что введение в пенообразующий состав лигносульфоната и особенно ГПАА заметно понижают вспениваемость растворов, но повышают стабильность образующихся пен. С повышением интенсивности перемешивания, в частности с увеличением числа спусков-подъемов поршня с 15 до 100 раз, объем пены значительно увеличивается и занимает весь объем мерного цилиндра, при этом синерезис не наблюдается в течение часа. Таким образом, добавки в пенообразующий состав реагентов-стабилизаторов в количестве 0,01-0,05% позволяют повысить стабильность пен как в пресной, так и в соленой воде.

Пример. Стеклянный цилиндр диаметром 50 мм и высотой 1,5 м, закрывающийся сверху герметичной пробкой, оборудованной газоотводящей трубкой, установлен в водяной бане. Стеклянный цилиндр заполнен пенообразующим составом, состоящим из раствора сульфонола 0,5% концентрации с добавками ГПАА - 0,05%. По трубке диаметром 15 мм на дно цилиндра закачен 50% водный раствор гидроперита в объеме 0,5 л, а затем в газообразующий раствор введен раствор-активатор, состоящий из 0,5% раствора бихромата калия с добавкой гидроксида натрия 0,3%. Стеклянный цилиндр закрывался герметичной пробкой на несколько минут, и включался подогрев водяной бани. Температура в водяной бане повышалась с 15 до 80^oС. При снятии зажима на газоотводящей трубке образовавшаяся пена стекала по трубке в мерный стакан. В результате пенообразования вместе с пеной удалялась жидкость. Всего из цилиндра было удалено вместе с пеной 1,8 л жидкости. Таким образом, цилиндр был освобожден от жидкости его заполняющей больше чем на 60%.

В качестве поверхностно-активного вещества, использующегося в пенообразующем составе для освоения скважин, может быть применен реагент ОП-7 или сульфонол, или их смесь. Характеристика ПАВ следующая:
1. Реагент ОП-7 - неионогенный ПАВ, смесь полиоксиэтиленалкилфениловых эфиров, общей формулы RС₆Н₄O(СН₂СН₂O)_nН, где обычно R=C₈ - С₁₀, n = 6-7, маслообразная жидкость от светло-желтого до коричневого цвета, температура помутнения 55-65^oС для 1%-ного водного раствора. Хорошо растворим в мягкой и жесткой воде, этаноле, бензоле, хуже в четыреххлористом углероде, не растворим в дизельном топливе, уайт-спирите. Образует устойчивые растворы с разбавленными минеральными кислотами. Критическая концентрация мицеллообразования (ККМ) 0,1 г/л. Плотность реагента при 20^oС 1,06-1,08 г/см³, вязкость при температуре 40^oС 95-100 мПа•с, при 50^oС 65-70 мПа•с;
2. Сульфонол алкилбензолсульфонат натрия, соединение с общей формулой RC₆H₄SO₃Na, с содержанием в радикале - R 8-12 атомов углерода. Сульфонол - анионноактивное ПАВ, по внешнему виду это пластины или гранулы желтого, светло-коричневого цвета. Сульфонол - растворим в воде, этаноле, не растворим в углеводородах. В воде образуют коллоидные растворы, критическая концентрация мицеллообразования 0,03-0,1% по массе. Не выпадает в осадок из разбавленных минеральных кислот и щелочей.

Данные, полученные в ходе лабораторного эксперимента, позволяют сделать вывод об эффективности предложенного пенообразующего состава для освоения скважин.

Источники информации
1. Патент RU N 2047641 С 09 К 7/08 10.11.95 БИ N31.

2. Патент RU N 2047639 С 09 К 7/08 10.11.95 БИ N31.

Изобретение относится к нефтегазодобывающей отрасли, в частности к пенообразующим составам, используемым для вызова притока жидкости из пласта при освоении скважин. Техническим результатом является повышение эффективности освоения скважин за счет создания высокократных стабильных пен за непродолжительный период времени для эффективного удаления жидкости и кольматирующих образований из ствола скважины. Пенообразующий состав для освоения скважин содержит, мас.%: гидроперит 48-50, бихромат щелочного металла 2-5, гидроксид щелочного металла 0,1-0,3, поверхностно-активное вещество 0,3-0,7, лигносульфонат, или гидролизованный лигносульфонат, или гидролизованный полиакриламид 0,01-0,05, вода остальное. Причем в качестве поверхностно-активного вещества он содержит сульфонол или ОП-7, или их смесь. 1 з.п. ф-лы, 2 табл.

1. Пенообразующий состав для освоения скважин, включающий газообразующее вещество, активатор реакции, поверхностно-активное вещество, стабилизатор пены и воду, отличающийся тем, что он дополнительно содержит гидроксид щелочного металла, в качестве газообразующего вещества - гидроперит, в качестве активатора реакции - бихромат щелочного металла, в качестве стабилизатора пены лигносульфонат или гидролизованный полиакриламид при следующих соотношениях компонентов, мас. %:
Гидроперит - 48-50
Бихромат щелочного металла - 2-5
Гидроксид щелочного металла - 0,1-0,3
Поверхностно-активное вещество - 0,3-0,7
Лигносульфонат или гидролизованный полиакриламид - 0,01-0,05
Вода - Остальное
2. Состав по п. 1, отличающийся тем, что он в качестве поверхностно-активного вещества содержит сульфонол или ОП-7, или их смесь.