ЖИДКОСТЬ ДЛЯ ПЕРФОРАЦИИ СКВАЖИН Российский патент 2003 года по МПК E21B43/11 

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к жидкостям для вскрытия продуктивных нефтяных и газовых пластов перфорацией, и может быть использовано для перфорации продуктивных пластов с низким пластовым давлением.

Анализ существующего уровня техники показал следующее:
Известна жидкость для перфорации скважин, имеющая следующий компонентный состав, мас.%:
Карбоксиметилцеллюлоза - 0,5-5,0
Крахмал - 0,3-3,0
Вода - Остальное
(см. Полимерные буровые растворы /Н.А.Сидоров, Л.П.Вахрушев, И.А.Серенко и др. - Обз. информ. , сер. Техника и технология бурения скважин. - М.: ВНИИОЭНГ. - 1988. - вып. 18. - С. 31-32). В качестве добавок для снижения поверхностного натяжения фильтрата в раствор дополнительно вводят до 0,5% неионогенных ПАВ, а для уменьшения показателя фильтрации используют тонкодисперсный мел в количестве 10-50 мас.%.

Недостатком указанной жидкости для перфорации являются повышенные фильтрация, депрессия при освоении скважины, а также пониженный коэффициент восстановления проницаемости пласта.

Повышенная фильтрация приводит к загрязнению перфорационных каналов и вскрытых путем перфорации продуктивных пластов при проникновении в них фильтрата.

Содержание в составе тонкодисперсного мела с целью регулирования фильтрационных свойств приводит к кольматации порового пространства пласта твердыми частицами, попавшими в пласт вместе с фильтратом. В результате этого освоение скважин происходит при повышенных значениях депрессии, увеличиваются сроки освоения скважин, и восстановить естественную проницаемость продуктивного пласта не представляется возможным.

Наиболее близким аналогом к предлагаемой является жидкость для перфорации скважин, имеющая следующее соотношение компонентов, мас.%:
Карбоксиметилцеллюлоза со степенью полимеризации 500 - 2-4
Древесные опилки - 2-4
Вода - Остальное
(см. А.с. СССР 1774987 от 14.03.90 по кл. Е 21 В 43/11, опубл. в ОБ 41, 1992 г.).

Недостатком указанного состава жидкости для перфорации являются повышенные фильтрация, депрессия при освоении скважины, а также пониженный коэффициент восстановления проницаемости пласта.

Несмотря на высокие реологические характеристики, повышенная фильтрация способствует проникновению жидкости в пласт под действием перепада давлений, возникающего при простреле перфорационных отверстий. Это обусловлено тем, что древесные опилки не обладают ни достаточной набухаемостью в водно-полимерной среде, ни эластичностью, необходимыми для образования водонепроницаемого экрана. Кроме того, повышенные реологические показатели данного состава обусловливают увеличение депрессии при освоении скважин (см. значения обратного давления по акту испытаний), а также увеличение сроков их освоения. Это связано с тем, что гидрофильный характер данной жидкости и ее адгезионные свойства по отношению к породе пласта препятствуют вытеснению (обратному движению) жидкости из пласта в процессе освоения скважины. Повышенная депрессия при освоении скважин с АНПД и рыхлыми слабосцементированными коллекторами может привести к дилатансии (переупаковке частиц породы пласта с их переуплотнением), что является причиной снижения коэффициента восстановления проницаемости продуктивного пласта и производительности скважины.

Технический результат, который может быть получен при реализации предлагаемого изобретения, заключается в следующем:
- уменьшаются фильтрационные свойства жидкости для перфорации, что позволяет снизить вероятность взаимодействия фильтрата с породой продуктивного пласта и предотвратить его загрязнение;
- снижается депрессия на пласт при освоении, что обеспечивает сохранение первоначальных емкостно-фильтрационных свойств продуктивного пласта и сокращение сроков освоения скважин;
- повышается коэффициент восстановления проницаемости продуктивного пласта, что сокращает время выхода скважины на технологический режим и позволяет получить дополнительное количество газа.

Технический результат достигается с помощью известной жидкости для перфорации, содержащей карбоксиметилцеллюлозу, добавку растительного происхождения и воду, в которой в качестве добавки растительного происхождения используют травяную муку при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Карбоксиметилцеллюлоза - 2-4
Травяная мука - 1-3
Вода - Остальное
Карбоксиметилцеллюлозу (КМЦ) используют марки "Tylose" фирмы "Hoechst AG" (Германия) или КМЦ-600 по ОСТу 6-65-386-80. Травяную муку используют по ГОСТу 18691-88. Корма травяные, искусственно высушенные. Технические условия (прилагается).

Травяную муку готовят из растительных отходов зерновых хлебов или зерно-бобовых, или масличных, или прядильных культур, или смеси трав однолетних и многолетних растений, богатых протеином и клетчаткой. Для приготовления муки могут быть также использованы солома и мякина.

К зерновым культурам относятся пшеница, рожь, ячмень, овес, кукуруза, просо, сорго, рис, гречиха; к зерно-бобовым - горох, соя, люпин, фасоль, кормовые бобы, чина, нут, чечевица; к масличным - подсолнечник, рапс, арахис, кунжут; к прядильным - хлопок, лен, конопля; к однолетним растениям - донник, вика, сераделла, суданская трава; к многолетним - пырей, клевер, райграс, тимофеевка и др. (см. Вавилов П.П., Гриценко В.В., Кузнецов B.C. Практикум по растениеводству. - М.: Колос. - 1983).

Солома, в основном, представлена стеблями и листьями растений, оставшихся после обмолота зрелых семян. Мякина состоит из наружных покровов семян, частиц листьев, остевых частей недозрелых семян, семенной кожуры.

Основной состав сырья для приготовления травяной муки следующий, мас.%: протеин 4,4-16,9; жир 1,3-7,5; клетчатка 26,4-42,9; безазотистые экстрактивные вещества (БЭВ) 36,2-48,7; зола 7,5-16,5 (см. Состав и питательность кормов: Справочник / И.С.Шумилин, Г.П.Державина, А.М.Артюшин и др. Под ред. И.С.Шумилина. - М.: Агропромиздат. - 1986. - 303 с.).

В группу БЭВ входят моносахариды (глюкоза, фруктоза, галактоза, арабиноза, манноза, ксилоза), дисахариды (мальтоза, лактоза, сахароза), несахароподобные полисахариды (крахмал, пектины, гемицеллюлозы), растительные гумми и слизи, пигменты, смолы, таннины, органические кислоты и т.д.

В табл. 1 приведен основной химический состав травяной муки, приготовленной из различных сельскохозяйственных культур и их отходов.

Исходное сырье для приготовления травяной муки из сельскохозяйственных культур или их отходов предварительно измельчается в сечку с размером частиц до 100 мм в агрегатах типа ИК-3, ИГК-3ОА, РСС-6 и др. Затем измельченная масса с размером частиц от 20 до 100 мм поступает в универсальные мельницы или дробилки типа АВМ, МДУ и др., где измельчается до степени помола с остатком на сите (размер ячейки 3 мм) не более 5%.

Наличие с составе частиц травяной муки ряда органических соединений с различными функциональными группами обусловливает реализацию коллоидно-физических свойств образующейся дисперсной системы.

Совместное применение используемых ингредиентов способствует получению жидкости для перфорации, обладающей комплексом технологических свойств, обеспечивающих эффективность вскрытия перфорацией продуктивных пластов с низким пластовым давлением.

Способность частиц травяной муки к набуханию объясняется присутствием соединений различного строения, образованию высоковязких веществ с разветвленными молекулами (гумми и слизи), натриевых солей сложного состава.

Набухание высокомолекулярных соединений (ВМС), которыми представлена клетчатка (крахмал) с общей формулой (С₆Н₁₀О₅)_n, обусловлено процессом осмоса молекул воды в частицы травяной муки. При этом значительно меньшие по размеру молекулы воды легко проникают в межмолекулярное пространство ВМС полисахаридов, имеющих линейную и разветвленную структуру. Объем и масса частиц травяной муки в результате набухания могут увеличиваться в 5-8 раз.

Растительные гумми и слизи, содержащие полисахариды, в состав которых входят гексозы, D-гексуроновые кислоты, пентозы и метилпентозы, представляют собой продукты с сильно разветвленными молекулами. Благодаря склонности образовывать высоковязкие растворы клеящих веществ они увеличивают вязкость дисперсионной среды.

Таким образом, при поглощении воды клетчаткой травяной муки образуется система, в которой дисперсные частицы ВМС распределены в дисперсионной водной среде повышенной вязкости, которая в результате диффузии молекул воды в межмолекулярное пространство ВМС перестает быть сплошной, а выполняет роль прослоек между отдельными частицами травяной муки. Это в значительной степени понижает фильтрационные свойства предлагаемой жидкости, уменьшает возможность ее проникновения в пласт и степень его загрязнения в результате взаимодействия фильтрата с породой. При этом обычно происходит набухание последней или кольматация ее порового пространства продуктами реакций и, как следствие, снижение проницаемости продуктивного пласта.

Гемицеллюлозы представлены смесями различных полисахаридов, состав которых зависит от сорта растения. В травах содержатся пентозаны, которые при гидролизе распадаются на несбраживаемые альдопентозы. К гемицеллюлозам относятся также полисахариды, содержащие уроновые кислоты.

Травяная мука по своему химическому составу является временным деструктором КМЦ. Карбоксильные группы уроновых кислот гемицеллюлозы и D-гексуроновых кислот растительных гумми при взаимодействии с ионами натрия образуют натриевые соли, обусловливающие деструкцию макромолекул КМЦ во времени, что приводит к снижению реологических показателей жидкости для перфорации, ее разжижению и уменьшению адгезионных свойств. Кроме того, деструкция КМЦ и разжижение системы происходит в результате омыления жиров травяной муки щелочной средой раствора КМЦ с образованием новых ПАВ.

Таким образом, структурно-реологические свойства жидкости резко снижаются как за счет деструкции КМЦ, так и за счет разрушения вязких межчастичных прослоек клеящих веществ собственно травяной муки.

В результате описываемых процессов реологические показатели заявляемой жидкости за 2 суток снижаются в 6-7 раз, что позволяет после окончания перфорационных работ легко освоить скважину при низких значениях депрессии (см. значения обратного давления по акту испытаний).

Действие травяной муки как временного деструктора в предлагаемом составе жидкости для перфорации с потерей ее структурно-реологических свойств после завершения перфорационных работ способствует легкому вытеснению жидкости из пласта при обратном движении во время освоения скважины. Это обусловлено образованием дополнительного количества ПАВ в процессе деструкции КМЦ, обеспечивающих снижение поверхностного натяжения на границе раздела фаз и сопротивления течению жидкости из пласта. При этом коэффициент восстановления проницаемости пласта повышается, а время на освоение скважины значительно сокращается.

Анализ изобретательского уровня показал следующее.

Известно использование бактеризованной травяной муки в смеси с очищенным глиноземом, мелкодисперсным торфом и аммиачной селитрой с целью повышения степени очистки в способе очистки воды от пестицидов (см. а.с. 912661 от 01.04.80 г. по кл. С 02 F 1/28, опубл. в ОБ 10, 1982 г.); известно использование травяной муки в качестве высокомолекулярного реагента в смеси с оксидом кальция в способе обезвреживания нефтемаслосодержащего отхода с целью повышения степени обезвреживания (см. пат. 2154617 РФ от 28.09.98 г. по кл. С 02 F 11/14, опубл. в ОБ 23, 2000 г.), в способе получения углеродно-минерального адсорбента в качестве наполнителя в смеси с отработанным глиносодержащим буровым раствором с целью улучшения технических характеристик адсорбента (см. пат. 2151638 РФ от 28.09.98 г. по кл. В 01 J 20/00, 20/08, 20/20, опубл. в ОБ 18, 2000 г.).

Нами не обнаружены источники патентной документации и научно-технической литературы, описывающие применение травяной муки в составах жидкостей для перфорации по заявляемой функции. Таким образом, достигаемый технический результат обусловлен неизвестными свойствами ингредиентов рассматриваемой жидкости и связями между ними. Изобретение явным образом не следует из известного уровня техники, т.е. соответствует условию изобретательского уровня.

Более подробно сущность заявляемого изобретения описывается следующими примерами.

Пример 1. В скважине 48 Петровско-Благодарненской площади с забоем 2717 м с целью восстановления дебита осуществлена перфорация 140-мм эксплуатационной колонны в интервале 2640-2649 м (скважина бездействовала).

Для проведения работ готовят 900 дм³ жидкости для перфорации (удвоенный объем интервала перфорации с учетом проникновения в перфорационные каналы) следующего компонентного состава, мас.%: КМЦ - 3; травяная мука из гречишной мякины - 2; вода - остальное. Для этого в мернике ЦА-320 с 820 дм³ воды в течение 0,5 ч перемешивают 18 кг травяной муки из гречишной мякины. Затем в полученную суспензию при перемешивании вводят 26 кг КМЦ-600 и перемешивание производят в течение 1 ч.

Полученная жидкость для перфорации плотностью 960 кг/м³ характеризуется следующими параметрами: пластическая вязкость 123 мПа•с; предельное динамическое напряжение сдвига 316 дПа; фильтрация 13 см³/30 мин.

Перед началом перфорации в скважину на глубину 2437 м спускают НКТ d=73 мм и перфорационную жидкость насосами ЦА-320 прокачивают в интервал перфорации. Над перфорационной жидкостью в скважине помещают промывочную жидкость плотностью 1050 кг/м³. В интервал перфорации спускают кумулятивный корпусной перфоратор многократного использования ПК95Н и производят прострел отверстий.

После перфорации в течение суток уровень жидкости в скважине снизился на 1,2 м. Скважина освоена с депрессией 90 кПа в течение 12 ч. Дебит скважины после перфорации составил 30 тыс. м³/сут, что вдвое выше, чем в среднем по месторождению.

В лабораторных условиях жидкость для перфорации готовят следующим образом. В 190 мл или 190 г (95 мас.%) воды при перемешивании с использованием мешалки вводят 4 г (2 мас.%) травяной муки из гречишной мякины и в полученную суспензию добавляют 6 г (3 мас.%) КМЦ-600. После перемешивания в течение 20 мин получают 200 г жидкости для перфорации, которая имеет следующие параметры: пластическая вязкость 111 мПа•с; предельное динамическое напряжение сдвига 237 дПа; фильтрация 17 см³/30 мин; обратное давление 45 кПа; коэффициент восстановления проницаемости 0,92.

Пример 2. В лабораторных условиях готовят жидкость для перфорации, смешивая компоненты в порядке, аналогичном описываемому в примере 1, мас.%/г:
КМЦ_Tylose - 4/8
Травяная мука из смеси трав однолетних и многолетних растений - 3/6
Вода - 93/186
Полученная жидкость для перфорации имеет следующие параметры: пластическая вязкость 249 мПа•с; предельное динамическое напряжение сдвига 457 дПа; фильтрация 10 см³/30 мин; обратное давление 95 кПа; коэффициент восстановления проницаемости 0,93.

Пример 3. В лабораторных условиях готовят жидкость для перфорации, смешивая компоненты в порядке, аналогичном описываемому в примере 1, мас.%/г:
КМЦ-600 - 2/4
Травяная мука из соевой соломы - 1/2
Вода - 97/194
Полученная жидкость для перфорации имеет следующие параметры: пластическая вязкость 44 мПа•с; предельное динамическое напряжение сдвига 110 дПа; фильтрация 39 см³/30 мин; обратное давление 30 кПа; коэффициент восстановления проницаемости 0,95.

Пример 4. В лабораторных условиях готовят жидкость для перфорации, смешивая компоненты в порядке, аналогичном описываемому в примере 1, мас.%/г:
КМЦ_Tylose - 3/6
Травяная мука из корзинок подсолнечника - 3/6
Вода - 94/188
Полученная жидкость для перфорации имеет следующие параметры: пластическая вязкость 120 мПа•с; предельное динамическое напряжение сдвига 342 дПа; фильтрация 0 см³/30 мин; обратное давление 30 кПа; коэффициент восстановления проницаемости 0,95.

Пример 5. В лабораторных условиях готовят жидкость для перфорации, смешивая компоненты в порядке, аналогичном описываемому в примере 1, мас.%/г:
КМЦ-600 - 4/8
Травяная мука из стеблей хлопка - 3/6
Вода - 93/186
Полученная жидкость для перфорации имеет следующие параметры: пластическая вязкость 257 мПа•с; предельное динамическое напряжение сдвига 536 дПа; фильтрация 7 см³/30 мин; обратное давление 65 кПа; коэффициент восстановления проницаемости 0,94.

Действие КМЦ марок КМЦ-600 или "Tylose" в составах жидкости для перфорации равноценное.

Содержание КМЦ в жидкости для перфорации в количестве менее 2 мас.%, а травяной муки менее 1 мас.% нецелесообразно, так как не обеспечивает необходимых фильтрационных и структурно-реологических параметров предлагаемой жидкости.

Содержание КМЦ в жидкости для перфорации в количестве более 4 мас.%, а травяной муки более 3 мас.% нецелесообразно, так как образуется высоковязкая непрокачиваемая система, затрудняющая работу промыслового оборудования.

Таким образом, доказано соответствие заявляемой рецептуры жидкости для перфорации условиям новизны, изобретательского уровня и промышленной применимости, т.е. техническое решение патентоспособно.

Изобретение может быть использовано для перфорации продуктивных пластов с низким пластовым давлением. Технический результат: уменьшаются фильтрационные свойства жидкости, снижается депрессия на пласт при освоении, повышается коэффициент восстановления проницаемости пласта. В 186-194 мл (93-97 мас. %) воды вводят 2-6 г (1-3 мас.%) травяной муки (ТМ) и в полученную суспензию добавляют 4-8 г (2-4 мас.%) карбоксиметилцеллюлозы. В качестве ТМ используют измельченные растительные отходы зерновых хлебов, или зернобобовых, или масличных, или прядильных культур, или смеси трав однолетних и многолетних растений. Для приготовления используют цементировочный агрегат ЦА-320. 1 з.п. ф-лы, 2 табл.

1. Жидкость для перфорации скважин, включающая карбоксиметилцеллюлозу, добавку растительного происхождения и воду, отличающаяся тем, что в качестве добавки растительного происхождения она содержит травяную муку при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Карбоксиметилцеллюлоза - 2-4
Травяная мука - 1-3
Вода - Остальное
2. Жидкость для перфорации скважин по п.1, отличающаяся тем, что в качестве травяной муки содержит измельченные растительные отходы зерновых хлебов, или зерно-бобовых, или масличных, или прядильных культур, или смеси трав однолетних и многолетних растений.