ГАЗВЫДЕЛЯЮЩИЙ ПЕНООБРАЗУЮЩИЙ СОСТАВ Российский патент 2003 года по МПК E21B43/22 E21B43/25 

Изобретение относится к нефтяной промышленности и может быть использовано для пенной обработки скважин и призабойной зоны пласта.

Для пенных обработок применяются газвыделяющие пенообразующие составы, состоящие из двух и более реагентов, взаимодействующих друг с другом с выделением газообразных продуктов и образованием пены, в частности Азот Генерирующие Составы (АГС), основанные на взаимодействии донора азота и нитрита щелочного или щелочноземельного металла в кислой среде. В качестве донора азота могут выступать аммиак, соли аммония, гидразин, мочевина и их производные. Реакция АГС приводит к образованию соли металла, воды и газообразного азота, например:
NH₄Cl + NaNO₂ --> NaCl + 2Н₂O + N₂ (Газ, Пена) (1)
Азот слабо растворим в воде и нефти, что способствует эффективному образованию пены с помощью АГС. Реакция образования азота инициируется в кислой среде. В качестве ее инициаторов используются сильные неорганические кислоты [1-2] ; сильные неорганические кислоты (соляная или фосфорная) с добавками, позволяющими регулировать показатель кислотности среды [3]; соли слабых оснований и сильных кислот, например галогениды и сульфаты алюминия и железа [4-7]; буферные системы [8]; органические кислоты, например уксусная кислота [9]. Недостатком составов [1-9] является необходимость использования инициатора взаимодействия, который не расходуется в реакции образования азота.

Известны составы, в которых инициатор расходуется в реакции образования азота. Так, в качестве инициатора реакции донора азота и нитрита металла использовалась глинокислота (гидродифторид или гексафторосиликат аммония) [10-11] . При гидролизе в воде глинокислота выделяет фтористоводородную кислоту (инициатор образования азота) и соль аммония (донор азота).

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению по технической сущности и достигаемому эффекту является газвыделяющий пенообразующий состав, включающий воду, пенообразователь, нитрит металла, в частности нитрит натрия, и донор азота, в частности сульфаминовую кислоту [12]. Сульфаминовая кислота является одновременно инициатором реакции образования азота и донором азота. Недостатком состава является его недостаточная газвыделяющая пенообразующая способность. Более того, состав является коррозионно-агрессивным из-за использования чистой сульфаминовой кислоты.

Решаемая предлагаемым изобретением задача - увеличение газвыделяющей пенообразующей способности состава, уменьшение его коррозионной агрессивности и расширение ассортимента химических веществ для получения пенообразующих составов.

Технический результат достигается тем, что используется газвыделяющий пенообразующий состав, включающий воду, нитрит натрия, сульфаминовую кислоту и пенообразователь, отличающийся тем, что состав дополнительно содержит реагент, нейтрализующий сульфаминовую кислоту, при следующих соотношениях компонентов, мас.%: нитрит натрия - 0,9-20,9; сульфаминовая кислота - 0,9-16,4; реагент, нейтрализующий сульфаминовую кислоту, - 0,2-7,9; пенообразователь - 0,1-2,5; вода - остальное.

Реагент, нейтрализующий сульфаминовую кислоту, содержится в количестве, достаточном для нейтрализации сульфаминовой кислоты до степени 50-97%.

В качестве реагента, нейтрализующего сульфаминовую кислоту, используют технический водный аммиак, карбонат или гидрокарбонат аммония, углеаммонийные соли или их смесь.

Состав дополнительно содержит стабилизатор пены в количестве 0,05-0,2 мас.% в расчете на 100 мас.% состава.

В качестве стабилизатора пены используется водорастворимый полимер, например, полиакриламид.

Газообразующими компонентами газвыделяющего пенообразующего состава являются: сульфаминовая кислота NН₂SО₃Н (ТУ 6-03-381-75); нитрит натрия - NaNO₂ (ГОСТ 19906-74), реагент, нейтрализующий сульфаминовую кислоту.

Реагент, нейтрализующий сульфаминовую кислоту, используется для увеличения газвыделяющей пенообразующей способности состава и уменьшения его коррозионной агрессивности. В качестве реагента, нейтрализующего сульфаминовую кислоту, можно, в частности, использовать технический водный аммиак (ГОСТ 19906-74); гидрокарбонат аммония; карбонат аммония; смесь гидрокарбоната и карбоната аммония.

Нейтрализация сульфаминовой кислоты предлагаемыми реагентами сопровождается образованием аммонийной соли сульфаминовой кислоты (реакции 2-4):
NH₄OH + NH₂SO₃H --> NH₄NH₂SО₃ + H₂O; (2)
NН₄НСО₃ + NН₂SO₃Н --> NH₄NH₂SO₃ + Н₂O + СO₂ (Газ, Пена); (3)
(NН₄)₂СО₃ + 2NH₂SO₃H --> 2NH₄NH₂SO₃ + H₂O + СO₂ (Газ, Пена). (4)
Газвыделяющее пенообразующее действие состава основано на взаимодействии сульфаминовой кислоты и ее аммонийной соли с нитритом натрия, с образованием газообразного азота (реакции 5 и 6), а также дополнительно на взаимодействии карбонатов аммония (реакции 3 и 4) с сульфаминовой кислотой с образованием углекислого газа. Инициатором реакций 5 и 6 является сульфаминовая кислота.

NH₂SO₃H + NaNO₂ --> NaHSO₄ + Н₂O + N₂ (Газ, Пена); (5)
NH₄NH₂SO₃ + 2NaNO₂ --> Na₂SO₄ + 3Н₂O + 2N₂ (Газ, Пена). (6)
Рекомендуемая степень нейтрализации сульфаминовой кислоты с помощью реагента, нейтрализующего сульфаминовую кислоту, составляет 50-97%. Верхний предел нейтрализации определяется тем, что в системе должна присутствовать свободная сульфаминовая кислота в качестве инициатора образования азота. Нижний предел нейтрализации сульфаминовой кислоты, равный 50%, обусловлен необходимостью понижения коррозионной агрессивности состава-прототипа.

Состав содержит нитрит натрия в количестве, достаточном для окисления сульфаминовой кислоты и ее солей согласно уравнениям реакций 5 и 6.

Состав содержит пенообразователь в количестве 0,1-2,5 маc.%, а также дополнительно может содержать стабилизатор пены в количестве 0,05-0,2 маc.% для повышения стабильности пены. Пенообразователь может представлять собой неионогенное, анионное или катионное поверхностно-активное вещество (например, Неонол СНО-3Б, Нефтенол "ВВD", Синтанол ДС-10) и дополнительно обладать функцией ингибитора коррозии. В качестве стабилизатора пены можно использовать водорастворимые полимеры, например, полиакриламид (ПАА).

Увеличение пенообразующей способности состава по сравнению с прототипом достигается за счет выделения дополнительного количества азота при взаимодействии аммонийной соли сульфаминовой кислоты с нитритом натрия (реакция 6) и за счет образования углекислого газа при нейтрализации сульфаминовой кислоты карбонатами аммония (реакции 3 и 4). Расчет объема газообразного азота и углекислого газа, образующихся в результате взаимодействия 1 кг газообразующих реагентов состава по прототипу в сравнении с заявляемым составом, приведен в табл. 1. Из результатов расчета видно, что заявляемый состав обеспечивает увеличение объема газообразных продуктов в сравнении с прототипом на 6-58%.

Компоненты термохимического состава могут быть использованы в виде растворов и суспензий. При проведении пенной обработки реагент, нейтрализующий сульфаминовую кислоту, может находиться в смеси с сульфаминовой кислотой или в смеси с нитритом натрия.

Для определения эффективности пенообразующего состава в мерный цилиндр, содержащий нитрит натрия, добавлялась сульфаминовая кислота и измерялся объем образовавшейся пены. Реагент, нейтрализующий сульфаминовую кислоту, находился в смеси с нитритом натрия или с сульфаминовой кислотой. Реагенты использовались в виде водных растворов. Реакционная смесь не перемешивалась. Опыты проводились при температуре 20^oС. В качестве пенообразователя использовался реагент Неонол СНО-3Б (ТУ 39-5794688-001-88), а в качестве пеностабилизатора - полиакриламид (ТУ 6-16157-78).

Примеры использования заявляемого пенообразующего состава на основе сульфаминовой кислоты, нейтрализованной техническим водным аммиаком, карбонатом и гидрокарбонатом аммония, приведены в табл. 2. Состав эффективно образует пену в заявляемом интервале концентраций. Верхний предел концентраций газообразующих реагентов определяется их максимальным содержанием в смеси в соответствии с примером 11, приведенным в табл. 2. Нижний предел концентраций газообразующих реагентов определяется возможностью получения пены с кратностью, равной трем (пример 5, табл. 2).

В предлагаемом газвыделяющем пенообразующем составе используются дешевые неорганические реагенты, продукты реакции не образуют трудно растворимых соединений, не влияют на дальнейшую подготовку нефти, а также технологически и экологически безопасны.

Источники информации
1. Патент RU 2064958, кл. С 09 К 7/08, 10.08.1996.

2. Патент RU 2087673, кл. Е 21 В 33/138, 20.08.1997.

3. Патент RU 2029858, кл. Е 21 В 43/25, 27.02.1995.

4. Патент RU 2047639, кл. С 09 К 7/08, 10.11.1995.

5. Патент RU 2047640, кл. С 09 К 7/08, Е 21 В 43/25, 10.11.1995.

6. Патент RU 2047641, кл. С 09 К 7/08, 10.11.1995.

7. Патент RU 2053246, кл. С 09 К 7/08, Е 21 В 43/22, 27.01.1996.

8. Патент RU 2034982, кл. Е 21 В 43/25, С 09 К 7/08, 10.05.1995.

9. Патент US 4846277, кл. Е 21 В 043/267, 11.07.1989.

10. Патент RU 2047642, кл. С 09 К 7/08, Е 21 В 43/25, 10.11.1995.

11. Патент RU 2085567, кл. С 09 К 7/08, Е 21 В 43/25, 27.07.1997.

12. Патент US 3273643, 20.09.1966 - прототип.

Изобретение относится к нефтяной промышленности и может быть использовано для пенной обработки скважин и призабойной зоны пласта. Техническим результатом является увеличение газвыделяющей пенообразующей способности состава, уменьшение его коррозионной агрессивности и расширение ассортимента химических веществ для получения пенообразующих составов. Газвыделяющий пенообразующий состав, включающий воду, нитрит натрия, сульфаминовую кислоту и пенообразователь, дополнительно содержит реагент, нейтрализующий сульфаминовую кислоту, при следующем соотношении компонентов, мас.%: нитрит натрия - 0,9-20,9; сульфаминовая кислота - 0,9-16,4; реагент, нейтрализующий сульфаминовую кислоту, - 0,2-7,9; пенообразователь - 0,1-2,5; вода - остальное. Причем реагент, нейтрализующий сульфаминовую кислоту, содержится в количестве, достаточном для нейтрализации сульфаминовой кислоты до степени 50-97%, в качестве реагента, нейтрализующего сульфаминовую кислоту, используют технический водный аммиак, карбонат или гидрокарбонат аммония или их смесь, состав дополнительно содержит стабилизатор пены в количестве 0,05-0,2 мас.% в расчете на 100 мас.% состава, а в качестве стабилизатора пены используют водорастворимый полимер, например полиакриламид. 4 з.п. ф-лы, 2 табл.

1. Газвыделяющий пенообразующий состав, включающий воду, нитрит натрия, сульфаминовую кислоту и пенообразователь, отличающийся тем, что состав дополнительно содержит реагент, нейтрализующий сульфаминовую кислоту, при следующих соотношениях компонентов, мас. %:
Нитрит натрия - 0,9-20,9
Сульфаминовая кислота - 0,9-16,4
Реагент, нейтрализующий сульфаминовую кислоту - 0,2-7,9
Пенообразователь - 0,1-2,5
Вода - Остальное
2. Газвыделяющий пенообразующий состав по п. 1, отличающийся тем, что реагент, нейтрализующий сульфаминовую кислоту, содержится в количестве, достаточном для нейтрализации сульфаминовой кислоты до степени 50-97%. 3. Газвыделяющий пенообразующий состав по п. 1 или 2, отличающийся тем, что в качестве реагента, нейтрализующего сульфаминовую кислоту, используют технический водный аммиак, карбонат или гидрокарбонат аммония или их смесь. 4. Газвыделяющий пенообразующий состав по п. 1, или 2, или 3, отличающийся тем, что состав дополнительно содержит стабилизатор пены в количестве 0,05-0,2 мас. %, в расчете на 100 мас. % состава. 5. Газвыделяющий пенообразующий состав по п. 4, отличающийся тем, что в качестве стабилизатора пены используют водорастворимый полимер, например полиакриламид.