СПОСОБ КИСЛОТНОЙ ОБРАБОТКИ КАРБОНАТНОГО КОЛЛЕКТОРА ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОГО ПЛАСТА Российский патент 2006 года по МПК E21B43/27 

Способ кислотной обработки карбонатного коллектора высокотемпературного пласта относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к кислотным обработкам призабойной зоны пласта с целью интенсификации притока нефти.

В высокотемпературных пластах обычные кислотные растворы быстро снижают свою активность, поэтому закачка состава, генерирующего кислоту в пласте, обеспечивает более глубокое ее проникновение в пласт и является наиболее эффективной.

С ростом глубины скважин процесс обработки осложняется вследствие повышенного воздействия кислот на скважинное оборудование. Для уменьшения коррозионной активности кислот применяют ингибиторы коррозии. Однако их эффективность значительно снижается при высоких температурах; возрастает также расход ингибиторов. Кроме того, в высокотемпературных скважинах при реакции больших количеств ингибиторов коррозии с пластовыми породами образуются нерастворимые твердые вещества, закупоривающие поры и уменьшающие проницаемость.

Так как соляная кислота быстро реагирует с карбонатной породой, то разработаны методы замедления ее реакции эмульгированием, гелеобразованием и химическим способом.

Известен способ использования вместо соляной кислоты для замедления реакции с карбонатами низших карбоновых кислот: муравьиной и уксусной кислот [1]. Реакция уксусной кислоты, конечно, замедленная, так как накопление продукта реакции - углекислого газа уменьшает скорость реакции. Когда двуокись углерода просачивается в пласт или поглощается нефтью, водой или углеводородным газом, то продолжается реакция уксусной кислоты.

До настоящего времени кислоты с замедленной скоростью обладали ограниченными преимуществами перед обычной соляной кислотой, так как необходимо значительное увеличение проницаемости, простирающейся, по крайней мере, на 3 м от ствола скважины, чтобы достигнуть значительных улучшений в дебите нефти [2].

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является способ обработки подземного пласта, включающий нагнетание в пласт субстрата для фермента, причем субстрат способен превращаться в органическую кислоту под действием фермента [3] (прототип), отличающийся тем, что в качестве фермента используется гидралаза или липаза, или эстераза. Недостатком данного решения является получение кислоты в результате реакции, катализируемой ферментами, получаемыми из проросшей пшеницы или органов животных. Кроме того, используемые в известном способе концентрации (0,1 - 20 об.%) исходных реагентов для снижения их высокой коррозионной активности позволяют получить слабо концентрированную кислоту с малой растворяющей емкостью, с малым радиусом воздействия кислоты на обрабатываемый интервал пласта в отличие от предложенного решения.

Решаемой задачей предполагаемого изобретения является интенсификация извлечения нефти и воды из пласта за счет постепенного образования кислоты в пласте, увеличение радиуса обрабатываемого интервала пласта, исключение коррозии нефтепромыслового оборудования и улучшение эффективности кислотной обработки.

Поставленная задача достигается тем, что в способе кислотной обработки карбонатного коллектора высокотемпературного пласта, включающем закачку в пласт одновременно или последовательно оторочек водного раствора сложного эфира уксусной кислоты и воды, технологическую выдержку для образования уксусной кислоты в пласте и реакции ее с породами пласта и ввод скважины в эксплуатацию, согласно изобретению в качестве указанного раствора используют 20-60% раствор сложного эфира уксусной кислоты, в который вводят 3% соляной кислоты. Соотношение указанных оторочек составляет 1:1,5-4 в зависимости от температуры пласта.

Суть предлагаемого способа заключается в технологии, предусматривающей превращение сложных эфиров карбоновой кислоты в уксусную кислоту в пласте под действием температуры и катализатора ионов водорода с последующей выдержкой. Соотношение этилацетатной оторочки к водной может меняться от 1:4 до 1:1,5.

По сравнению с известными способами кислотной обработки настоящее изобретение имеет следующие преимущества:

- представляет способ, по которому кислота может быть получена на месте в пласте (как в прототипе) и с такой скоростью, что в непосредственной близости от ствола скважины не производится и не расходуется вся кислота;

- в качестве катализатора реакции в пласте выбран дешевый и доступный реагент - соляная кислота,

- не корродирует или очень слабо корродирует оборудование скважины,

- побочный продукт превращения сложного эфира уксусной кислоты в кислоту этиловый спирт уменьшает поверхностное натяжение между нефтью и водой, способствует ускорению очистки скважины,

- возможность кислотной обработки горизонтальных скважин без применения специальных методов,

- эфиры уксусной кислоты не коррозионные реагенты.

Для осуществления предлагаемого способа используется этиловый эфир уксусной кислоты или бутиловый эфир уксусной кислоты по ГОСТ 8981-78, которые в настоящее время применяются в качестве растворителя в различных отраслях промышленности. По физико-химическим свойствам этилацетат или бутилацетат должен соответствовать требованиям и нормам, указанным в таблице 1.

Для доказательства соответствия заявленного изобретения критерию "промышленная применимость" приводим конкретные примеры определения эффективности заявляемого способа в лабораторных условиях по показателю изменения концентрации СН_ЗСООН.

Пример 1. Исследование самогенерирования уксусной кислоты в результате гидролиза этилацетата при высоких температурах

Исследовано самогенерирование (без введения катализатора) уксусной кислоты в результате гидролиза этилацетата при температурах 50, 70, 90°С. Методика исследования реакции гидролиза этилацетата заключалась в следующем: каждый состав помещался в термостат на определенное время, после выдержки при заданной температуре в составе определялась общая и свободная кислотности. Концентрация СН₃СООН определялась по разности между общей и свободной кислотностями. По найденной концентрации СН₃СООН рассчитывалась степень гидролиза этилацетата.

 
Таблица 2.
Самогенерирование уксусной кислоты в результате гидролиза этилацетата при высоких температурахСостав, мас.%Температура, °СРавновесная концентрация СН₃СООН,%Время, час.Степень гидролиза этилацетата, %этилацетатвода2080501,1522,62080703,1223,02080903,61,523,24060502610,04060702,747,5406090181,066,16040503,067,26040703,067,260409016,93,541,3

Оптимизация концентрации катализатора в реакции гидролиза этилацетата.

Исследовалась реакция омыления этилацетата в присутствии ионов водорода. В качестве катализатора реакции омыления использовалась соляная кислота, при этом концентрация ее менялась в пределах 1, 3, 15%. Определялось изменение концентрации СН₃СООН в составах во времени. Максимальная достигнутая концентрация СН₃СООН и время ее достижения приведены в таблице 3. Также в таблице 3 дается характеристика работы катализатора - увеличение выхода уксусной кислоты (выраженное в процентах) при введении HCl по сравнению с концентрацией СН₃СООН, полученной при омылении этилацетата без катализатора.

Таблица 3
Равновесная концентрация уксусной кислоты, достигаемая в результате каталитического действия соляной кислоты на омыление этилацетата при высоких температурахСостав, мас.%Температура, °СКонцентрация СН₃СООН, %Время, час.Степень гидролиза этилацетата, %Увеличение выхода кислоты при введении HCl, %этилацетатHClвода20179507,5453,98520377508,7663,787,4201565508,7463,787,420179707,5155,358,720377708,4161,463,1201565707,5654,758,720179909,11,564,060,420377909,61,068,362,5201565909,51,070,962,1401595013,8550,585,5403575018,95,569,488,2401545507,26,526,672,2401597012,6346,378,6403577012,5346,978,84015457014,7558,481,6401599018,82,069,04,2403579018,31,567,21,64015459015,62,057,3060139507,861961,5603375014,763679,6601525508,1619,963,0601397020,8350,885,6603377023,1356,587,06015257021351,885,7601399023,22,55626,76033790222,554,522,76015259023,7246,628,3

При температуре 50°С и 70°С наибольший выход уксусной кислоты наблюдается при введении 3% HCl в 20-60% составы этилацетата. При температуре 90°С наибольший выход уксусной кислоты наблюдается при введении 3% HCl в 20% составы этилацетата, введение HCl в 60% составы этилацетата повышает выход уксусной кислоты на 23-28%.

Таким образом, предлагаемый способ кислотной обработки содержит:

1. Закачку водного раствора сложного эфира уксусной кислоты и 3% ионов водорода. Соотношение этилацетатной оторочки к водной может меняться в пределах: 1:4 или 1:1,5 в зависимости от необходимой для обработки карбонатов или окислов железа концентрации уксусной кислоты.

2. Выдержку для превращения сложного эфира уксусной кислоты в уксусную кислоту и для реакции с породой. (При температурах 50-70°С время выдержки составляет 6-8 часов. При температурах 90°С и выше - 2-4 часа.)

Растворение карбонатной породы.

Эксперименты проводились в колбах с обратным холодильником, которые помещались в термостат с заданной температурой. В качестве карбонатной породы использовались мраморные пластины с фиксированными массой и поверхностью. Величина количества состава, приходящегося на единицу поверхности мраморной пластины, была постоянна в экспериментах и равнялась 3 см³/см². Приведены результаты исследования растворимости мрамора в 20% составах этилацетата при температуре 50°С (таблица 4). Методика исследования растворимости мраморной пластины в исследуемом составе заключалась в следующем: каждый состав помещался в термостат на 0,5 часа, после выдержки при заданной температуре в состав вводилась мраморная пластина и выдерживалась на реакции заданное время при заданной температуре. После этого пластину промывали, сушили и определяли ее массу после реакции с кислотным составом.

Таблица 4.Время, час.Растворимость мрамора (%) в следующих составах:20% этилацетата +80% вода20% этилацетата +3% HCl +77% вода13,6% СН₃СООН10,426,312,7020,677,532,8130,929,223,6841,5010,94 51,7511,11 62,1011,43 

Теоретический выход из 20% состава этилацетата составляет 13,6% СН₃СООН. Сравнение скорости растворения мрамора кислотой, образовавшейся из водного состава этилацетата, со скоростью растворения мрамора уксусной кислотой показывает замедление растворения мрамора в 4-6 раз. При использовании ионов водорода в качестве катализатора реакции омыления этилацетата растворяющая способность состава увеличивается, но замедление скорости растворения мрамора сохраняется.

Пример 2.

В способе кислотной обработки карбонатного коллектора высокотемпературного пласта (50°С) в пласт одновременно закачивают оторочки 40%-ного водного раствора сложного эфира уксусной кислоты, в который вводят 3% соляной кислоты, и воды. Соотношение указанных оторочек составляет 1:4. Осуществляют технологическую выдержку для образования уксусной кислоты в пласте и реакции ее с породами пласта 6 часов и вводят скважину в эксплуатацию.

Пример 3.

В способе кислотной обработки карбонатного коллектора высокотемпературного пласта (90°С) в пласт последовательно закачивают оторочки 20%-ного водного раствора сложного эфира уксусной кислоты, в который вводят 3% соляной кислоты, и воды. Соотношение указанных оторочек составляет 1:1,5. Осуществляют технологическую выдержку для образования уксусной кислоты в пласте и реакции ее с породами пласта 4 часа и вводят скважину в эксплуатацию.

Применение предлагаемого способа экономически выгодно не только с точки зрения эффективности, но и вследствие меньшего объема работ и численности рабочих, удлинения срока службы труб, пакеров и другого оборудования.

Источники информации

1. М.Кристиан и др. Увеличение продуктивности и приемистости скважин. - М.: Недра, 1985, с.53-54.

2. Williams, Gidley and Schechier, 1979, Ch 10, in Acidizing Funamentals, Soc. Petrol. Eng. ofALME, New York, Dallas.

3. RU 2122633 C1, E 21 В 43/27, 27.11.1998, Бюл. №33.

Способ кислотной обработки карбонатного коллектора высокотемпературного пласта относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к кислотным обработкам призабойной зоны пласта. Технический результат - упрощение и удешевление технологии за счет использования более доступных и дешевых реагентов, интенсификация извлечения нефти и воды из пласта за счет постепенного образования кислоты в пласте, увеличение радиуса обрабатываемого интервала пласта, исключение коррозии нефтепромыслового оборудования и улучшение эффективности кислотной обработки. В способе кислотной обработки карбонатного коллектора высокотемпературного пласта, включающем закачку в пласт одновременно или последовательно оторочек водного раствора сложного эфира уксусной кислоты и воды, технологическую выдержку для образования уксусной кислоты в пласте и реакции ее с породами пласта и ввод скважины в эксплуатацию, в качестве указанного раствора используют 20-60% раствор сложного эфира уксусной кислоты, в который вводят 3% соляной кислоты, а соотношение оторочек указанного раствора и воды составляет 1:1,5-4 в зависимости от температуры пласта. 4 табл.

Способ кислотной обработки карбонатного коллектора высокотемпературного пласта, включающий закачку в пласт одновременно или последовательно оторочек водного раствора сложного эфира уксусной кислоты и воды, технологическую выдержку для образования уксусной кислоты в пласте и реакции ее с породами пласта и ввод скважины в эксплуатацию, отличающийся тем, что в качестве указанного раствора используют 20-60%-ный раствор сложного эфира уксусной кислоты, в который вводят 3% соляной кислоты, а соотношение оторочек указанного раствора и воды составляет 1:1,5-4 в зависимости от температуры пласта.