СОСТАВ ДЛЯ КИСЛОТНОЙ ОБРАБОТКИ ПРИЗАБОЙНОЙ ЗОНЫ ПЛАСТА (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2007 года по МПК C09K8/74 

Предложение относится к области нефтедобычи, в частности к составам для кислотной обработки пластов, и может быть использовано для химического растворения пород и кольматирующих отложений в призабойной зоне нефтяного, газового и газоконденсатного пласта, а также может быть использовано в качестве технологической жидкости при перфорации обсадной колонны и гидроразрыве пластов.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению по назначению и технической сущности является состав для кислотной обработки призабойной зоны пласта, содержащий водный раствор соляной кислоты, технические лигносульфонаты и водорастворимые алифатические спирты (см. патент РФ №2013530, МПК Е21В 43/27, опубл. 30.05.94 г. Бюл. №10). Известный состав обладает в 13,7-32,7 раз более низкой скоростью реакции в отношении карбонатов, снижает фильтрацию в отработанном состоянии, стабилизирует отработанный кислотный раствор в отношении трехвалентного железа, имеет в 2,1-13 раз более высокие значения по вязкости по сравнению с традиционными кислотными составами.

Недостатками известного состава являются:

1. Относительно узкий диапазон изменения скорости реакции растворения карбонатной породы и вязкости состава, что ограничивает область его применения. Для различных геолого-физических условий эксплуатации скважин требуется возможность регулирования скорости растворения карбонатов от обычных (очень высоких) значений (15000-20000 г/м²·ч) до очень малых значений (200-500 г/м²·ч). Это свойство позволяет регулировать темп и глубину обработки продуктивного пласта. То же самое относится и к величинам вязкости. Практика показывает необходимость регулирования этого показателя от вязкости практически чистой кислоты (в пределах 1-5 мПа·с) до высоковязких композиций (с вязкостью до несколько тысяч мПа·с). Такой диапазон позволяет регулировать охват кислотным воздействием на пласты практически любого структурного типа, с любой расчлененностью и неоднородностью по проницаемости.

2. Недостаточная степень нейтрализации ионов трехвалентного железа, учитывая очень большое содержание железа в колонне насосно-компрессорных труб, по которой кислотный состав закачивается в пласт. Кроме этого, необходимо учитывать, что кислота дополнительно насыщается ионами железа при реакциях с породой пластов. Как следствие, образующийся дисперсный гидроксид железа выпадает в поровом пространстве пластов и закупоривает фильтрационные каналы. Нейтрализующая способность лигносульфонатов явно недостаточна для предотвращения этого негативного явления.

3. Не учитывается основной негативный процесс, а именно возможность образования в пласте эмульсий прямого и обратного типов, закупоривающих фильтрационные каналы и поры. Компоненты известного состава и, вообще, практически все кислотные составы в смеси с нефтью, пластовой водой, продуктами реакций, как правило, образуют высоковязкие блокирующие смеси и эмульсии.

4. Недостаточная способность выноса продуктов реакций из пластов после обработки и, как следствие, снижение конечной эффективности обработки. В данном составе предусмотрено снижение фильтрации отработанного состава из трещин в матрицу горной породы, однако этого эффекта недостаточно для полного удаления продуктов реакции. Для этого необходимо обеспечить снижение поверхностного межфазного натяжения на границе «порода-флюид», диспергирование, смачивание и вынос мелкодисперсных частиц и продуктов реакций при промывке и освоении скважин после обработки.

Техническая задача предлагаемого решения заключается в создании универсального, многоцелевого кислотного состава с улучшенными технологическими свойствами за счет увеличения диапазона регулирования скорости реакции растворения карбонатной породы, динамической вязкости, полного предотвращения выпадения кольматирующих гелеобразных осадков, ингибирования процесса эмульсиеобразования и полного выноса продуктов реакций из пласта в процессе освоения.

Указанная задача решается известным составом для кислотной обработки призабойной зоны пласта, содержащим водный раствор соляной кислоты, технические лигносульфонаты и водорастворимые алифатические спирты.

По первому варианту новым является то, что состав дополнительно содержит уксусную кислоту 80%-ной концентрации и деэмульгатор водорастворимый, а в качестве водного раствора соляной кислоты 20-28%-ной концентрации, в качестве водорастворимых алифатических спиртов - изопропиловый спирт или кубовые остатки бутиловых спиртов при следующем соотношении ингредиентов, об.%:

технические лигносульфонаты20-35изопропиловый спирт или кубовые остатки бутиловых спиртов3-5уксусная кислота 80%-ной концентрации3-5деэмульгатор водорастворимый2-4водный раствор соляной кислоты 20-28%-ной концентрацииостальное

По второму варианту состав дополнительно содержит уксусную кислоту 80%-ной концентрации, деэмульгатор водорастворимый и водорастворимое поверхностно-активное вещество, в качестве которого используют неонол АФ_9-12, или МЛ-81, или МЛ-81Б, или ФЛЭК-ДГ-002, а в качестве водного раствора соляной кислоты 20-28%-ной концентрации, в качестве водорастворимых алифатических спиртов - изопропиловый спирт или кубовые остатки бутиловых спиртов при следующем соотношении ингредиентов, об.%:

технические лигносульфонаты0,5-1изопропиловый спирт или кубовые остатки бутиловых спиртов3-5неонол АФ_9-12, или МЛ-81, или МЛ-81 Б, или ФЛЭК-ДГ-0020,5-2уксусная кислота 80%-ной концентрации3-5деэмульгатор водорастворимый2-4водный раствор соляной кислоты 20-28%-ной концентрацииостальное

По третьему варианту состав дополнительно содержит уксусную кислоту 80%-ной концентрации, деэмульгатор водорастворимый и водный раствор фтористоводородной кислоты 70%-ной концентрации, а в качестве водного раствора соляной кислоты 20-28%-ной концентрации, в качестве водорастворимых алифатических спиртов - изопропиловый спирт или кубовые остатки бутиловых спиртов при следующем соотношении ингредиентов, об.%:

технические лигносульфонаты0,5-1изопропиловый спирт или кубовые остатки бутиловых спиртов3-5уксусная кислота 80%-ной концентрации3-5деэмульгатор водорастворимый2-4водный раствор фтористоводородной кислоты 70%-ной концентрации6-10водный раствор соляной кислоты 20-28%-ной концентрацииостальное

По четвертому варианту состав дополнительно содержит уксусную кислоту 80%-ной концентрации, деэмульгатор водорастворимый и полимер, в качестве которого используют водный раствор полиакриламида или водный раствор модифицированного крахмала, а в качестве водного раствора соляной кислоты 20-28%-ной концентрации, в качестве водорастворимых алифатических спиртов - изопропиловый спирт или кубовые остатки бутиловых спиртов при следующем соотношении ингредиентов, об.%:

технические лигносульфонаты0,5-1изопропиловый спирт или кубовые остатки бутиловых спиртов3-5уксусная кислота 80%-ной концентрации3-5деэмульгатор водорастворимый2-4водный раствор полиакриламида 3-5%-ной концентрации или водный раствор модифицированного крахмала 3-5%-ной концентрации3-10водный раствор соляной кислоты 20-28%-ной концентрацииостальное

Принципиальное отличие предлагаемого состава заключается в присутствии в рецептурах нетрадиционного компонента: деэмульгатора водорастворимого в сочетании с известными ингредиентами - соляной кислотой, уксусной кислотой, фтористоводородной кислотой, водорастворимыми спиртами, водорастворимыми ПАВами. При этом уксусная кислота выполняет нетрадиционную функцию нейтрализатора ионов железа, предотвращая тем самым ряд негативных процессов осаждения веществ в порах и кольматацию пласта.

Увеличение диапазона регулируемых технологических свойств и области применения состава по первому варианту достигается введением в основной компонент (соляную кислоту) нового набора ингредиентов при соответствующем их количественном соотношении. Это придает данному составу новое свойство - возможность регулирования скорости реакции с карбонатами в диапазоне необходимых низких значений этого параметра, в частности данный состав обладает в 30-100 раз более низкой скоростью реакции по сравнению с традиционными составами - водным раствором соляной кислоты, а также композициями данного раствора со спиртами и ПАВами.

В основе этого эффекта лежит способность компонентов лигносульфонатов технических (соли лигносульфоновых кислот, моносульфитный щелок, сахара, остатки целлюлозы, другие высокомолекулярные соединения) адсорбироваться на поверхности породы, создавая экранирующий слой. Кубовые остатки бутиловых спиртов и изопропиловый спирт усиливают эффект за счет изменения смачиваемости поверхности породы.

Состав по второму варианту позволяет регулировать скорость реакции, вязкость, межфазное натяжение, при этом замедляя скорость реакции от 2 до 6 раз, увеличивая динамическую вязкость в 2-4 раза, снижая поверхностное натяжение в 2-3 раза (по сравнению с традиционными известными составами).

Состав по третьему варианту обеспечивает обработку как карбонатных пород с увеличенным содержанием глинистых компонентов, так и терригенных песчаников, полимиктовых пород-коллекторов, что значительно расширяет область использования состава.

Состав по четвертому варианту обеспечивает увеличение диапазона регулирования вязкости от 50 до несколько тысяч мПа·с при различных скоростях сдвига, при одновременном снижении скорости реакции в 6-15 раз по сравнению с известным составом. Этот технический эффект значительно расширяет область применения состава как в технологическом плане: повышается эффективность таких операций, как направленные кислотные обработки, кислотный гидроразрыв пласта, глубокие кислотные обработки, кислотное гидромониторное вскрытие и обработка пласта и ряда других операций, так и в плане геолого-физических условий: от порово-трещиноватых до кавернозно-трещиноватых пород.

Анализ научно-технической и патентной литературы не позволил выявить идентичную совокупность существенных признаков, решающих аналогичную техническую задачу. На основании этого считаем, что предлагаемое нами техническое решение отвечает критериям "новизна" и "изобретательский уровень".

Примеры приготовления составов.

Пример 1. Концентрированную соляную кислоту разбавляли пресной водой до 20-28%-ной концентрации по объему. К техническим лигносульфонатам при постоянном перемешивании на лабораторной мешалке прибавляли кубовые остатки бутилового спирта или изопропиловый спирт, деэмульгатор водорастворимый, уксусную кислоту 80%-ной концентрации. Перемешивали компоненты в течение 1 мин. Затем в этот раствор вводили приготовленный раствор соляной кислоты и перемешивали в течение 1 минуты до получения однородного состава.

Пример 2. К техническим лигносульфонатам при постоянном перемешивании прибавляли изопропиловый спирт или кубовые остатки бутилового спирта, затем неонол АФ_9-12, или МЛ-81, или МЛ-81Б, или ФЛЭК-ДГ-002, затем деэмульгатор водорастворимый, затем водный раствор уксусной кислоты 80%-ной концентрации. Перемешивали в течение 1 мин. Затем в этот раствор вводили водный раствор соляной кислоты 20-28%-ной концентрации. Перемешивали в течение 1 мин до получения однородного состава.

Пример 3. К техническим лигносульфонатам при постоянном перемешивании прибавляли изопропиловый спирт или кубовые остатки бутилового спирта, затем при перемешивании прибавляли деэмульгатор водорастворимый, водный раствор уксусной кислоты 80%-ной концентрации. Перемешивали 1 мин. Затем вводили водный раствор фтористоводородной кислоты 70%-ной концентрации. Перемешивали 1 мин. Затем вводили водный раствор соляной кислоты 20-28%-ной концентрации. Перемешивали 1 мин до получения однородного состава.

Пример 4. К техническим лигносульфонатам при постоянном перемешивании прибавляли изопропиловый спирт или кубовые остатки бутилового спирта, затем при перемешивании прибавляли деэмульгатор водорастворимый, уксусную кислоту 80%-ной концентрации. Перемешивали 1 мин. Затем вводили водный раствор соляной кислоты 20-28%-ной концентрации. Перемешивали 1 мин до получения однородного состава. При перемешивании дозировали водный раствор полимера (полиакриламида или модифицированного крахмала).

Динамическую вязкость состава определяли на капиллярном вискозиметре ВПЖ-4 и ротационном Реотест-2.

Скорости реакции состава оценивали массовым методом, при котором кубик мрамора с определенной площадью и массой помещали в испытуемый состав. По изменению массы за фиксированное время определяли скорость растворения мрамора.

Степень стабилизации состава по отношению к ионам железа определяли визуально при дозировании в состав окислов железа и по замеру объема выпавшего в осадок гидроксида железа.

Межфазную активность и проникающую способность состава в поровое пространство нефтенасыщенной части пласта оценивали по величине межфазного натяжения на границе «состав-нефть».

Степень предотвращения образования блокирующих пласт высоковязких смесей и эмульсий при контакте состава с нефтью оценивали визуально и по величине вязкости продуктов реакции.

Состав и свойства предлагаемого и известного по прототипу составов приведены в таблицах 1 и 2.

Таблица 1№№ опытаИсследуемый составСпирты водорастворимыеУксусная к-та (80%)ДеэмульгаторВодный р-р ПАВHF (70%)ПолимерТехнич. лигносульфонатыСоляная к-таВид% об.% об.Вид% об.Вид% об.% об.Вид% об.% об.Конц-я, %% об.1КОБС33СНПХ2     2020722КОБС54Реапон2     2524643Спирт изопропиловый35ДИН3     3026594Спирт изопропиловый53СНПХ4     3528535Спирт изопропиловый33РИФ3АФ_9-121   0,52089,56Спирт изопропиловый45СНПХ2МЛ-812   121867КОБС44ДИН3МЛ-81Б1,5   0,522878КОБС53Реапон4ФЛЭК0,5   12886,59Спирт изопропиловый55СНПХ4  6  0,52879,510Спирт изопропиловый44ДИН3  7  1278111КОБС33РИФ2  8  0,72683,312КОБС34Реапон2  10  1258013КОБС44ДИН4   Крахмал 5%30,52884,514Спирт изопропиловый53РИФ3   Крахмал 3%100,82778,215КОБС45Реапон2   ПАА 5%101267816Спирт изопропиловый34СНПХ2   ПАА 3%30,52587,517КОБС55СНПХ2   ПАА 4%51248218Спирт изопропиловый43Реапон3   ПАА 5%80,52381,519КОБС34ДИН4   Крахмал 4%51228320Спирт изопропиловый55РИФ2   Крахмал 3%812079Известный состав по прототипу21Метанол5        10158522Глицерин7,5        2016,572,523Триэтиленгликоль10        30186024Этанол5        301865

Таблица 2№ опыта из табл.1Свойства и параметры кислотного составаВязкость, мПа·сСкорость растворения,
кг/м²·чОбъем осадка гидроксида
Fe, см³Межфазное натяжение, мН/мВязкость продуктов реакции (с нефтью), мПа·сОбласть применения1250,60отсутствует0,922Глубокие СКО карбонатов, кислотный ГРП, кислотная ГПП всех типов карбонатов2310,55отсутствует0,8213380,41отсутствует0,7234450,25отсутствует0,55245181,10следы0,0818Все виды кислотных ОПЗ порово-трещиноватых карбонатов6200,98отсутствует0,12127151,20следы0,14168101,40отсутствует0,10179170,35^*следы0,3823Все виды кислотных ОПЗ терригенных коллекторов10190,32^*следы0,422511210,36^*следы0,432412230,41^*следы0,45251350-751,50отсутствует0,7128Кислотные направленные ОПЗ, кислотный ГРП, кислотная ГПП, глубокое кислотное воздействие, струйно-кислотная обработка всех типов карбонатов142000-22500,70отсутствует0,8924151850-20100,72отсутствует0,61291670-1101,20отсутствует0,423017980-12001,10следы0,5331181180-14200,98следы0,622819180-3100.92следы0,782320480-9200.88следы0,582521751,51небольшой осадок - 0,51,2984Глубокая кислотная обработка трещиноватых карбонатов221430,82то же - 1,11,5962231820,64то же - 0,81,8858241971.25то же -0,91,4778^* - растворяемый материал - терригенный песчаник, во всех остальных опытах - мрамор

Для приготовления составов и их испытаний были использованы следующие материалы:

нефть девонская, плотностью 859 кг/м³, вязкостью 14-18 мПас;

лигносульфонаты технические являются отходом при сульфитной варке целлюлозы на ряде целлюлозно-бумажных комбинатов страны и являются побочным продуктом после брожения сахаров в сульфитных щелоках, отгонки спирта, последующего упаривания и нейтрализации гидроокисью натрия или аммиака. Согласно ТУ 13-0281036-05-89, ТУ 13-7308001-453-84 «Щелок черный моносульфитный» продукт представляет собой однородную вязкую жидкость темно-коричневого цвета с небольшой кислотностью;

кислота соляная ингибированная ТУ 2458-017-12966038-2002; ТУ 2122-205-00203312-2000;

неонол АФ_9-12 ТУ 38.507-63-171-91;

препараты МЛ-81, МЛ-81Б ТУ 2481-007-48482528-99, ТУ 2481-048-04689375-97;

препарат ФЛЭК-ДГ-002 ТУ 2483-004-24084384-00;

модифицированный крахмал МПК-001;

полиакриламид ТУ 6-01-1049-76, импортный полиакриламид ПДА-1020, ПДА-1041; фтористоводородная кислота ТУ 48-5-184-78; кубовые остатки бутиловых спиртов; изопропиловый спирт, деэмульгаторы водорастворимые ДИН-4, СНПХ 4501, РИФ, Реапон-4в.

Приведенные в табл.1 и 2 данные свидетельствуют о том, что варианты предлагаемого состава по сравнению с известным составом по прототипу обладают более широким диапазоном регулирования скорости реакции как в сторону снижения скорости растворения, так и в сторону увеличения темпа растворения карбонатного материала пласта. Динамическая вязкость у заявляемых составов регулируется в диапазоне от 10 до 2250 мПа·с, а у прототипа вязкость регулируется в пределах 75-182 мПа·с. Предлагаемые составы не образуют осадков гидроксида железа, что позволяет исключить закупорку поровых каналов пласта. Качественно новым является степень снижения межфазного натяжения предлагаемых составов на границе с нефтью. Так, диапазон изменения этого важного параметра составляет от 0,9 до 0,08 мН/м, в то время как у известного состава он гораздо выше (1,29-1,88 мН/м). Вязкость продуктов реакции в смеси с нефтью у предлагаемых составов гораздо ниже и сравнима с вязкостью самой нефти (12-31 мПа·с), в то время как у известного состава вязкость продуктов реакции высокая (58-84 мПа·с).

Результаты исследований показали оптимальность содержания ингредиентов составов в указанных пределах. Увеличение содержания компонентов в составах не целесообразно, т.к. снижается технологичность или устанавливается стабилизация параметров на одном уровне. При уменьшении содержания компонентов в составах ниже указанных пределов наблюдается снижение физико-химических свойств.

За счет увеличения диапазона регулирования скорости реакции, динамической вязкости, полного предотвращения выпадения кольматирующих гелеобразных осадков, ингибирования процесса эмульсиеобразования и полного выноса продуктов реакций из пласта в процессе освоения полностью решена поставленная задача - созданы универсальные, многоцелевые кислотные составы с улучшенными технологическими свойствами. Они могут применяться во всех известных технологических операциях по кислотной стимуляции продуктивности скважин и пластов. Это обусловливает высокую технико-экономическую эффективность применения предлагаемых составов для увеличения производительности нефтедобывающих скважин, эксплуатирующихся в самых разнообразных геолого-физических условиях месторождений и залежей, как в карбонатных, так и терригенных пластах-коллекторах.

Таким образом, предлагаемое техническое решение при широком внедрении в нефтегазодобывающую отрасль промышленности принесет существенную прибыль за счет качественного выполнения своих непосредственных функций по увеличению объемов добычи углеводородов, комплексирования операций во времени, экономии материальных и трудовых ресурсов.

Предложение относится к области нефтедобычи, в частности к составам для кислотной обработки пластов, и может быть использовано для химического растворения пород и кольматирующих отложений в призабойной зоне нефтяного, газового и газоконденсатного пласта, а также может быть использовано в качестве технологической жидкости при перфорации и гидроразрыве пластов. Технический результат заключается в улучшенных технологических свойствах за счет увеличения диапазона регулирования скорости реакции растворения карбонатной породы, динамической вязкости, полного предотвращения выпадения кольматирующих гелеобразных осадков, ингибирования процесса эмульсиеобразования и полного выноса продуктов реакций из пласта в процессе освоения. Состав для кислотной обработки призабойной зоны пласта содержит: по первому варианту, об.%: технические лигносульфонаты 20-35, изопропиловый спирт или кубовые остатки бутиловых спиртов 3-5, уксусная кислота 80%-ной концентрации 3-5, деэмульгатор водорастворимый 2-4, водный раствор соляной кислоты 20-28%-ной концентрации остальное; по второму варианту, об.%: технические лигносульфонаты 0,5-1, изопропиловый спирт или кубовые остатки бутиловых спиртов 3-5, неонол АФ_9-12, или МЛ-81, или МЛ-81 Б, или ФЛЭК-ДГ-002 0,5-2, уксусная кислота 80%-ной концентрации 3-5, деэмульгатор водорастворимый 2-4, водный раствор соляной кислоты 20-28%-ной концентрации остальное; по третьему варианту, об.%: технические лигносульфонаты 0,5-1, изопропиловый спирт или кубовые остатки бутиловых спиртов 3-5, уксусная кислота 80%-ной концентрации 3-5, деэмульгатор водорастворимый 2-4, водный раствор фтористоводородной кислоты 70%-ной концентрации 6-10, водный раствор соляной кислоты 20-28%-ной концентрации остальное; по четвертому варианту, об.%: технические лигносульфонаты 0,5-1, изопропиловый спирт или кубовые остатки бутиловых спиртов 3-5, уксусная кислота 80%-ной концентрации 3-5, деэмульгатор водорастворимый 2-4, водный раствор полиакриламида 3-5%-ной концентрации или водный раствор модифицированного крахмала 3-5%-ной концентрации 3-10, водный раствор соляной кислоты 20-28%-ной концентрации остальное. 4 н.п. ф-лы, 2 табл.

1. Состав для кислотной обработки призабойной зоны пласта, содержащий водный раствор соляной кислоты, технические лигносульфонаты и водорастворимые алифатические спирты, отличающийся тем, что дополнительно содержит уксусную кислоту 80%-ной концентрации и деэмульгатор водорастворимый, а в качестве водного раствора соляной кислоты 20-28%-ной концентрации, в качестве водорастворимых алифатических спиртов - изопропиловый спирт или кубовые остатки бутиловых спиртов при следующем соотношении ингредиентов, об.%:

технические лигносульфонаты20-35изопропиловый спирт или кубовые остатки бутиловых спиртов3-5уксусная кислота 80%-ной концентрации3-5деэмульгатор водорастворимый2-4водный раствор соляной кислоты 20-28%-ной концентрацииостальное

технические лигносульфонаты0,5-1изопропиловый спирт или кубовые остатки бутиловых спиртов3-5неонол АФ_9-12 или МЛ-81, или МЛ-81 Б, или ФЛЭК-ДГ-0020,5-2уксусная кислота 80%-ной концентрации3-5деэмульгатор водорастворимый2-4водный раствор соляной кислоты 20-28%-ной концентрацииостальное

технические лигносульфонаты0,5-1изопропиловый спирт или кубовые остатки бутиловых спиртов3-5уксусная кислота 80%-ной концентрации3-5деэмульгатор водорастворимый2-4водный раствор фтористоводородной кислоты 70%-ной концентрации6-10водный раствор соляной кислоты 20-28%-ной концентрацииостальное

технические лигносульфонаты0,5-1изопропиловый спирт или кубовые остатки бутиловых спиртов3-5уксусная кислота 80%-ной концентрации3-5деэмульгатор водорастворимый2-4водный раствор полиакриламида 3-5%-ной концентрации или водный раствор модифицированного крахмала 3-5%-ной концентрации3-10водный раствор соляной кислоты 20-28%-ной концентрацииостальное