СПОСОБ ОБРАБОТКИ ПРИЗАБОЙНОЙ ЗОНЫ ПЛАСТА Российский патент 2012 года по МПК E21B43/243 E21B43/267 E21B43/27 

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к способам воздействия на призабойную зону пласта, и может быть использовано для повышения проницаемости призабойной зоны пласта и увеличения продуктивности пласта при добыче нефти, газа и газового конденсата.

Известен способ обработки призабойной зоны пласта с использованием технологии термокислотной обработки призабойной зоны пласта. Основа существующей технологии - использование тепловой энергии, которая образуется при взаимодействии раствора соляной кислоты с металлическим магнием (И.Т.Мищенко. Скважинная добыча нефти. «Нефть и Газ. 2007 г» УДК 622.276.5, стр.253-256). Эта реакция протекает с выделением тепловой энергии, которая нагревает раствор кислоты и пласт, расплавляет парафиновые и смолистые отложения. Оставшийся кислотный раствор после взаимодействия с магнием растворяет очищенную от отложений породу, увеличивая размеры каналов и трещин, по которым продукция поступает в скважину.

Этот способ имеет ряд существенных недостатков:

1. недостаточные температура и отмывающие способности кислоты, необходимые для создания каналов и трещин в породе;

2. концентрация кислоты в растворе снижается после взаимодействия с магнием. Процесс снижения концентрации кислоты, а следовательно, и эффективность ее работы зависит от многих факторов (температура пласта, первоначальная концентрация кислотного раствора, производительность насосных агрегатов, закачивающих кислотный раствор в пласт, наличия ингибитора в кислотном растворе и его свойств и др.), и не всегда возможно ее регулирование;

3. кислотный раствор имеет малые отмывающие способности, необходимые для удаления пленки нефти и парафиносмолистых отложений с породы;

4. кислотному воздействию (увеличение размеров каналов и трещин) подвержены только имеющиеся на момент обработки естественные каналы и трещины.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу (прототипом) является способ термохимической обработки призабойной зоны пласта путем закачки в эту зону суспензии гранулированного магния и аммиачной селитры в жидкости на углеводородной основе с последующей закачкой в пласт раствора соляной кислоты [А.с. 640023, МПК 2 Е21В 43/24]. При этом соляная кислота, взаимодействуя с магнием, повышает температуру кислоты и инициирует разложение аммиачной селитры.

Основными способами воздействия на продуктивный пласт в прототипе являются:

- реакция магния с соляной кислотой;

- процесс разложения аммиачной селитры;

- воздействие на породу взрыва водорода с окисью азота.

Недостатками данного способа при взаимодействии магния с соляной кислотой являются:

- снижение концентрации соляной кислоты в растворе при ее активном взаимодействии с магнием;

- разложение аммиачной селитры требует создания высокой температуры (200-250°С), следовательно, для повышения температура тратится большое количество кислоты;

- последняя стадия способа предусматривает взрыв смеси газов водорода и кислорода, что может отрицательно влиять на состояние цементного кольца и самой колонны в интервале обработки.

Решаемая техническая задача - это создание способа, позволяющего повысить эффективность обработки призабойной зоны пласта при повышении безопасности процесса.

Согласно изобретению при гидроразрыве пласта (ГРП) в обрабатываемую зону закачивают смесь гранулированного магния и пропанта жидкостями на углеводородной или водной основе, а затем в обрабатываемую зону пласта закачивают горюче-окислительный состав (ГОС) с последующей закачкой кислотного раствора.

Реакция окисления ГОС не является взрывом, а процессом разложения и протекает в 2-5 секунд. Это исключает взрывное воздействие на скважину (на колонну и цементное кольцо) и в то же время образовавшиеся газы и пары воды создают в призабойной зоне на удалении 5-10 метров от забоя скважины давление 500-800 атмосфер, которое необходимо для образования сети трещин вокруг зоны протекания реакции окисления ГОС.

Кислотный состав подается в скважину необходимой концентрации и вступает в реакцию только с породой, а не расходуется на реакцию с магнием.

В состав ГОС вводят катализатор, который снижает величину температуры необходимую для начала окислительной реакции, и водорастворимое поверхностно-активное вещество (ПАВ), необходимое для удаления углеводородной пленки с магния типа «Нефтенол ВВД», МЛ, ОП и другие и тем самым активизирующее реакцию ГОС с магнием.

Исследовательскими работами установлено количество вещества, необходимое для планируемого течения процесса окисления ГОС.

1. Объем ГОС, необходимого для прогрева породы и образования трещин в обрабатываемой зоне, вычисляется по формуле:

Vгос.=(500÷1000)·Н,

где Vгос. - объем горюче-окислительного состава в литрах,

Н - мощность пласта в метрах.

2. Количество магния, необходимое для инициирования реакции окисления ГОС, определяется по формуле:

Ммаг.=(0,05÷0,2)·Vгос.,

где Ммаг. - масса магния в кг,

3. Окислитель - нитрат аммония (аммиачная селитра) 52÷62;

Горючее - этиленгликоль 8÷15;

ПАВ 0,5÷1,5;

Кислота 1÷3;

Катализатор 3÷6;

Вода пресная остальное.

4. Карбамидно-аммиачная смесь (К АС-32) ТУ 2181-629-00209023 92,5÷96,5;

ПАВ 0,5÷1,5;

Катализатор 2÷7.

В качестве катализатора применяются водорастворимые соли меди, магния, алюминия, марганца и других металлов.

На третьем этапе после завершения окислительной реакции по образовавшимся трещинам прокачивается кислотный состав (КС), который, проходя через зону с повышенной температурой и остатками гранулированного магния, нагревается, увеличивая активность кислоты при взаимодействии с породой. Введенный в кислотный состав ПАВ удаляет оставшиеся тяжелые нефтяные отложения, а нагретый кислотный состав активно взаимодействует с породой. Это приводит к увеличению размеров трещин и каналов, которые в дальнейшем будут служить транспортными каналами для поступления продукции пласта к забою скважины.

Кислотный состав содержит компоненты в следующем соотношении (мас.%):

Соляная кислота (18%) 99,5÷97 ПАВ (%) 0,5÷3

Образовавшиеся и обработанные кислотным раствором вертикальные и горизонтальные трещины значительно повышают продуктивность скважины и способствуют равномерной выработке пласта по вертикали.

В предлагаемом нами способе, в отличие от прототипа, основными источниками тепла и давления, необходимого для образования трещин, является реакция окисления ГОС, а инициирует этот процесс реакции гранулированный магний.

Таким образом, последовательная (раздельная) доставка в обрабатываемый пласт магния и ГОС, а также введение в ГОС и кислотный состав поверхностно-активного вещества повышают эффективность обработки пласта и безопасность технологического процесса.

Признаками изобретения являются:

1. Использование магния для начального повышения температуры с целью инициирования процесса окисления ГОС.

2. Доставка магния совместно с пропаном в удаленную зону пласта от забоя скважины, при проведении гидроразрыва (ГРП).

3. Использование ГОС для повышения температуры и образование трещин в удаленной зоне пласта.

4. Кислотный состав в основном используется для воздействия на породу продуктивного пласта и не используется для повышения температуры при реакции с магнием.

5. Образование трещин происходит не с помощью взрыва, а в результате протекания реакции окисления ГОС.

6. Введение в состав ГОС катализатора для снижения величины температуры начала протекания реакции окисления.

7. Введение в состав ГОС поверхностно-активного вещества, существенно активизирующего реакцию магния с ГОС.

Признак 1 является общим с аналогом и прототипом, а признаки 2-7 являются существенными отличительными признаками изобретения.

Предлагаемый способ реализуется следующим образом.

На первом этапе осуществляют доставку магния в удаленную на несколько метров от забоя скважины зону пласта. В случае, когда призабойная зона имеет трещины или каверны, магний доставляют в пласт в составе водной или нефтяной суспензии. Если зона не имеет трещин или каверн, они создаются предварительным проведением небольшого гидравлического разрыва пласта (ГРП), который по финансовым затратам значительно меньше затрат на объемный (50-100 тонн пропанта) гидроразрыв.

Гидроразрыв пласта производится жидкостями на углеводородной или водной основе. Гранулированный магний вводится в первую или последующие порции пропанта.

На втором этапе в зону нахождения магния доставляют предварительно приготовленный раствор ГОС, который, активно реагируя с магнием, приводит к повышению температуры, началу разложения и окислительной реакции ГОС. Эта реакция вызывает повышение давления и образование множества дополнительных трещин.

В завершение окислительной реакции по образовавшимся трещинам прокачивается кислотный состав.

Для осуществления предлагаемого способа используют стандартное наземное и подземное оборудование, необходимое для гидроразрыва пласта и кислотной обработки призабойной зоны.

Моделирование заявляемого способа производилось на насыпной модели, содержащей в качестве пористой среды кварцевый песок, содержащий магний, насыщенный нефтью и водой.

После подачи ГОС с катализатором начинается экзотермическая реакция, которая приводит к резкому увеличению давления свыше 30 МПа и повышению температуры свыше 400°С.

Для сравнения: при наличии в пористой среде гранулированного магния и аммиачной селитры (по А.с. №640023), при последующей подаче кислоты давление увеличивается до 6 МПа, а температура достигает 200°С.

Заявляемый нами способ эффективен, безопасен, для его использования требуются стандартное оборудование и стандартные технологии подачи магния в пласт и закачки ГОС и КС.

Способ позволяет повысить проницаемость пласта за счет образования дополнительных и увеличения пропускной способности существующих трещин и может быть использован в любых регионах добычи нефти и газа для повышения производительности действующих и освоения новых скважин.

Пример 1 реализации изобретения

Скважина имела следующие геолого-технические данные:

1. Глубина 2500 м.

2. Продуктивная мощность пласта 12 м.

3. Пластовое давление 24 мПа.

4. Проницаемость пласта 0,15 мкм².

5. Температура пласта 36°С.

6. Нефтенасыщеность 80%.

7. Дебит скважины до обработки 4 т/сут.

8. Интервал перфорации 2475-2487 м (12 м).

9. Пласт представлен карбонатными породами.

Перед проведением работ произвели гидродинамические исследования с целью определения характеристик пласта.

С помощью бригады капитального ремонта спустили в скважину насосно-компресорные трубы с пакером. Пакер установили на глубине 2430 м. Гидроразрыв производился по стандартной технологии. При проведении гидроразрыва в первую порцию пропанта (1700 кг) ввели 1000 кг гранулированного магния с размерами гранул 5-1,5 мм. После завершения гидроразрыва приготовили ГОС.

Объем ГОС определялся по формуле

Vгос.=(500÷1000)·Н,

Vгос.=833,33·12=10000 л.

Состав ГОС при плотности 1,38 кг/л

1. Нитрат аммония (аммиачная селитра) 7176 кг.

2. Карбамид 2000 кг.

3. ПАВ (МЛ-81Б) 200 кг.

4. Водорастворимая соль меди 690 кг.

5. Вода пресная до 10000 литров 3730 кг (л).

Количество магния определялось по формуле:

Ммаг.=(0,05·0,2)Vгос.

Ммаг.=0,1·10000=1000 кг.

Закачали в скважину на циркуляцию 7200 литров приготовленного ГОС, запакеровав пакер, продавили в зону расположения магния ГОС, прокачав оставшиеся 1800 литров ГОС и жидкость глушения в объеме 12000 литров.

Все работы велись с автоматической регистрацией всех устьевых параметров.

Устьевое давление после окончания прокачки жидкости глушения в течение 5 минут поднялось до 400 атм, а затем снизилось до 270 атм и оставалось постоянным в течение 1 часа, после чего снизилось до 0 атм. Во время контроля за окислительной реакцией был приготовлен кислотный раствор объемом, рассчитанным по формуле:

Vкис.=K·Н.

Vкис.=1500·12=18000 л (18 м³).

Состав кислотного раствора:

1. Кислота техническая соляная, ингибированная 18% 17820 л.

2. ПАВ (МЛ-81Б) 180 л.

После снижения давления, что свидетельствует об окончании окислительной реакции, разобрали устьевое оборудование, распакеровались, и прокачав на циркуляцию 7,3 м³ кислотного состава, запакеровались и задавили в пласт оставшиеся 10,7 м³ кислотного состава и жидкости глушения в объеме 25 м³. При закачке последних 5 м³ определили приемистость скважины и учитывая то, что зона обработки кислотным составом имеет повышенную температуру и активно реагирует с породой, приступили к удалению продуктов реакции из скважины свабированием и последующим проведением гидродинамических исследований с целью подбора подземного оборудования для получения максимально возможного дебита.

Пример 2 реализации изобретения

Обработка пласта, представленного терригенным коллектором.

1. Глубина 2000 м.

2. Продуктивная мощность пласта 8 м.

3. Пластовое давление 170 мПа.

4. Проницаемость пласта 0,12 мкм.

5. Температура пласта 32°С.

6. Нефтенасыщенность 70%.

7. Дебит скважин до обработки 8 т/сут.

8. Интервал перфорации 1887-1895 м.

9. Пласт представлен терригенными породами.

Перед проведением работ произвели гидродинамические исследования с целью определения характеристик пласта.

Бригада капитального ремонта спустила в скважину насосно-компрессорные трубы с пакером. Пакер установили на глубине 1850 м. Исполнителями принято решение произвести гидроразрыв пласта с количеством пропанта 8 тонн с последующим термогазохимическим воздействием на пласт.

Определили необходимое количество ГОС для проведения термогазохимического воздействия и количество магния, которое необходимо ввести в первую порцию пропанта.

Необходимое количество ГОС определяем по формулам:

Vгос.=(500÷1050)·Н,

Vгос.=1025·8=8200 л.

Состав ГОС (мас.%) плотностью 1,38 кг/л:

1, КАС-32 ТУ 2181-629-00209023 10900 кг(7900 л).

2. ПАВ (Нефтенол ВВД-) 82 кг.

3. Катализатор хлористая медь 218 кг.

Ммаг.=0,10·Vгос.,

Ммаг.=0,10·8200=820 кг.

Произвели ГРП с вводом в первую порцию пропанта 1600 кг гранулированного магния в количестве 820 кг.

Закачали в скважину на циркуляцию 5550 литров приготовленного ГОС, произвели посадку пакера, продавили в зону расположения магния ГОС оставшимся объемом ГОС и жидкостью глушения в объеме 7600 литров.

Все работы велись с автоматической регистрацией всех устьевых параметров.

Устьевое давление после окончания прокачки жидкости глушения поднялось до 350 атм в течение 5 минут с последующим снижением до 240 атм и оставалось постоянным в течение 0,5 часа, а затем снизилось до 0 атм.

Во время контроля за окислительной реакцией приготовили кислотный раствор, объем которого рассчитали по формуле:

Vкис.=1000·Н,

Vкис.=1000·8=8000 л (8 м³).

Кислотный состав приготовлен в следующих соотношениях:

1. Кислота техническая ингибированная (18%) 97% 2. ПАВ (МЛ 81 Б) 3%

После снижения давления, что свидетельствует об окончании окислительной реакции, разобрали устьевое оборудование, снялись с пакера, промыли скважину и, прокачав на циркуляцию 5,6 м³ кислотного состава, посадили паккер и задавили в пласт оставшиеся 2,4 м³ кислотного состава и жидкость глушения в объеме 15 м³.

При закачке оставшихся 5 м³ жидкости глушения определили приемистость скважины. После этой операции с помощью свабирования приступили к удалению продуктов реакции из скважины и произвели гидродинамические исследования с целью подбора подземного оборудования для получения максимально возможного дебита продукции.

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности. Технический результат - увеличение эффективности обработки призабойной зоны пласта при повышении безопасности процесса проведения работ. В способе обработки призабойной зоны пласта, включающем закачку в пласт гранулированного магния с последующей закачкой кислотного состава, вначале производят гидроразрыв пласта с последующей закачкой смеси гранулированного магния и пропанта жидкостями на углеводородной или водной основе. Затем в обрабатываемую зону пласта закачивают горюче-окислительный состав ГОС, содержащий окислитель, катализатор, снижающий величину температуры, необходимой для начала окислительной реакции, поверхностно-активное вещество, необходимое для удаления углеводородной пленки с магния, и воды. После завершения окислительной реакции и образования дополнительных трещин прокачивают кислотный состав, увеличивающий размер образовавшихся трещин.

Способ обработки призабойной зоны пласта, включающий в себя закачку в пласт гранулированного магния с последующей закачкой кислотного состава, отличающийся тем, что вначале при обработке продуктивной зоны пласта производится гидроразрыв пласта с последующей закачкой смеси гранулированного магния и пропанта жидкостями на углеводородной или водной основе, затем в обрабатываемую зону пласта закачивают горюче-окислительный состав (ГОС), содержащий окислитель, катализатор, снижающий величину температуры, необходимой для начала окислительной реакции, поверхностно-активное вещество, необходимое для удаления углеводородной пленки с магния, и воду, после завершения окислительной реакции и образования дополнительных трещин прокачивают кислотный состав, увеличивающий размер образовавшихся трещин.