СОСТАВ ДЛЯ ОБРАБОТКИ ПРИЗАБОЙНОЙ ЗОНЫ ПЛАСТА Российский патент 2016 года по МПК C09K8/528 

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к составам для обработки - очистки призабойной зоны пласта - ПЗП. Наибольшее применение может найти на месторождениях, где бурение и вскрытие продуктивных пластов осуществляется на глинистых и безглинистых утяжеленных буровых растворах, в том числе содержащих соединения бария, например сульфат бария, или других тяжелых металлов, а также на месторождениях и залежах с аномально высоким пластовым давлением - АВПД - и сверхглубоких скважинах.

Основным методом восстановления естественной проницаемости коллектора ПЗП в добывающих скважинах является использование кислотной обработки. Использование кислотных обработок приводит к частичному растворению глинистой корки и другого кольматирующего материала, который поступает в ПЗП в ходе первичного вскрытия пласта при бурении.

Известен состав для обработки ПЗП для интенсификации притока жидкости, включающий водный раствор гипохлорита кальция - Са(ClO)₂×2H₂O с добавкой неионогенного ПАВ типа «дисолван» (патент РФ №2209957, 2003). Недостатком его является малая эффективность при воздействии на продуктивные пласты, вскрытые на полимерных и полимерглинистых буровых растворах, утяжеленных баритом, причем сильный окислитель - гипохлорит кальция - не способен растворить барит и действует только на полимерную составляющую.

Известен состав для интенсификации притока нефти из коллектора с АВПД, включающий закачку в пласт рабочего агента, состоящего из смеси каустической соды NaOH и глинокислоты [Ланчаков Г.А. Разработка и опыт применения комплексных щелочно-кислотных обработок призабойных зон эксплуатационных скважин с целью интенсификации притока. // Обз. информация. - Разработка и эксплуатация газовых и газоконденсатных месторождений. - М.: ИРЦ Газпром, 1995. - с. 11-13; с. 39-40]. Недостатком этого способа является низкая эффективность при воздействии на продуктивные пласты, вскрытые на полимерных или полимерглинистых буровых растворах, содержащие барит, так как рабочий агент действует в основном на глинистую составляющую бурового раствора и коллектора.

Известен способ химической обработки призабойной зоны пласта для интенсификации притока нефти, включающий закачку в пласт рабочего агента, состоящего из водного раствора гипохлорита кальция Са(ClO)₂·2Н₂O с добавкой неионогенного поверхностно-активного вещества - НПАВ типа «дисолван» [патент РФ №2209957. - М.: ФИПС, 2003]. Недостатком этого способа является то, что он малоэффективен при воздействии на продуктивные пласты, вскрытые на полимерных или полимерглинистых буровых растворах, утяжеленных баритом, и, в частности, сильный окислитель - гипохлорит кальция - не способен растворить барит и действует только на полимерную составляющую.

Наиболее близким техническим решением - прототипом является состав для обработки ПЗМ (патент РФ №2232879, Е21В 43/22, 2004), содержащий, масс. %: трилон-Б 0,035-28,0, гидроксид щелочного металла 0,05-7,0, вода остальное, полученный растворением гидроксида щелочного металла в воде, затем введением трилона-Б при перемешивании до полного растворения и введением оставшейся воды. Указанный состав эффективен только при циклической закачке его с использованием щелочного буферного раствора на метанольной или углеводородной основе при коэффициенте соотношения буферного раствора и состава, равном 1-1,5, и при длительной продолжительности выдержки как буферной жидкости, так и указанного состава, а также требует значительных объемов промывочных растворов, при этом возрастают длительность процесса и эксплуатационные затраты на его проведение. Содержание в растворе трилона-Б более 28,0 экономически и технологически неэффективно, так как при этом количество растворяющегося сульфата бария увеличивается весьма незначительно и возникают сложности при приготовлении растворов такой концентрации, к тому же при соответствующей концентрации растворов по щелочи требуются дополнительные затраты при регенерации. При содержании щелочи менее 0,05 в растворе падает растворяющая способность раствора, а при содержании в растворе щелочи более 7 также падает растворяющая способность способа.

Недостатком указанного состава является низкая степень взаимодействия состава со слежавшимися остатками барита, которые покрыты защитной пленкой из продуктов реакции, что не позволяет в полной степени очистить поровое пространство и обеспечить приток.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение эффективности удаления остатков слежавшегося барита с повышением степени очистки порового пространства.

Указанная задача решается тем, состав для обработки призабойной зоны пласта, включающий трилон-Б, гидроксид щелочного металла и воду, дополнительно содержит поверхностно-активное вещество - ПАВ - и получен приготовлением товарной формы - концентрата, включающим растворение 3,1 масс. % гидроксида щелочного металла в 46 масс. % воды, добавление при перемешивании 23,0 масс. % трилона-Б, нагрев до 60°C, добавление при перемешивании оставшейся части трилона-Б и затем последовательное добавление оставшейся части гидроксида щелочного металла и 3 масс. % ПАВ с последующим разбавлением полученного концентрата водой в соотношении 1:0,6-111 при следующем соотношении компонентов концентрата, масс. %:

В заявленном составе основным действующим компонентом является трилон-Б (тетранатриевая соль этилендиаминтетрауксусной кислоты), получаемый синтетическим путем при взаимодействии цианистого натрия и формальдегида с раствором этилендиамина, обладающий способностью в щелочной среде как частично растворять, так и диспергировать (переводить во взвешенное состояние) соединения тяжелых металлов, в том числе бария. В свою очередь, введение ПАВ в щелочной среде способствует количественному переводу нерастворимых соединений бария при отношении трилона-Б к соединениям Ва⁺² как 1:1. В качестве щелочного металла может быть использован любой известный щелочной металл, наиболее доступным является натрий. В качестве ПАВ возможно использование различных анионоактивных, катионоактивных, неионогенных ПАВ, в т.ч. таких неионогенных ПАВ, как неонол АФ9-12, ОП-10, анионогенных - Алдинол-50, Неонол РХП-20, Нефтенол МЛ, катионактивных - Нефтенол К, ИВВ-1, Неонол РХП-1. Можно предположить, что трилон-Б образует с молекулами ПАВ координационно ненасыщенные промежуточные комплексы, которые в свою очередь легко вступают во взаимодействие с солями Ва⁺² и продуктами их реакции, переводя их в растворимые соединения. Кроме того, состав обладает ингибирующими свойствами по отношению к глинам и препятствует их набуханию, в связи с чем возможно проведение профилактической очистки скважины от возможного загрязнения сульфатредуцирующими и другими видами микроорганизмов, что увеличит положительный эффект от проведения на скважине мероприятия.

Состав готовят следующим образом. Первоначально растворяют 3,1 масс. % гидроксида щелочного металла, в данном случае натрия, в 46 масс. % воды, затем при непрерывном перемешивании добавляют 23 масс. % трилона-Б, производят нагрев до 60°C, после этого в раствор, непрерывно перемешивая, добавляют остаток трилона-Б в 22 масс. % до полного растворения и на завершающем этапе добавляют остаток гидроксида натрия в 2,9 масс. % и 3 масс. % ПАВ. Время приготовления товарной формы составляет 1 час. Полученный состав в виде водного раствора можно загружать в железнодорожные цистерны или использовать для длительного хранения. Затем концентрат разбавляют водой в соотношении 1:0,06-111 для получения требуемой концентрации компонентов исходя из состояния ПЗП.

Предлагаемая рабочая форма состава была испытана на морозостойкость прибором Баумана-Фрома (ГОСТ 18995.5-73). Определенная таким образом температура кристаллизации составила от -8° до -10°C, что затрудняет применение состава в части его сохранения в условиях крайнего Севера. Предлагаемая товарная форма состава была испытана на морозостойкость прибором Баумана-Фрома. Определенная таким образом температура кристаллизации составила -30°C, что позволяет хранить и применять товарную форму условиях Крайнего Севера.

Эффективность состава была подтверждена лабораторными исследованиями. Изучено влияние величины/степени диспергации соединений бария.

ПРИМЕРЫ

Пример 1 (Прототип)

Барит технический (BaSO₄) - труднорастворимый реагент, используемый при бурении скважин для утяжеления буровых растворов. Активный реагент на основе трилона-Б, предлагаемый для использования с целью очистки призабойной зоны скважин от барита, имеющий состав (вес. %):

Цель испытаний: проверка возможности растворения и удаления соединений барита активным реагентом на основе трилона-Б.

Методика проведения исследований

В мерные стеклянные цилиндры помещалась навеска барита, добавлялось 30 мл активного реагента на основе трилона-Б, содержимое цилиндров перемешивалось и отстаивалось в течение 20 минут. После этого измерялась исходная высота выпавшего плотного осадка (нерастворимый в воде барит). Результаты фиксировались как базовые значения. Цилиндры с осадком в течение 40 часов выдерживались при температуре 80°C при периодическом помешивании. Через 40 часов замерялась высота выпавшего из раствора осадка.

Примечания:

1. Для проведения реакции с активным составом использовались навески с количеством барита, близким к расчетному, которое теоретически реагирует с трилоном-Б, содержащимся в 25-30 мл активного реагента. С учетом того что с 1 молекулой трилона-Б вступает в реакцию 1 молекула барита, расчетное количество барита составляет 2,8 г.

2. После обработки барита активным составом на основе трилона-Б на дне цилиндра наблюдался осадок, состоящий из 2-х слоев: нижний слой - плотный серый порошкообразный (барит, не прореагировавший с трилоном-Б, верхний слой - рыхлый, подвижный (легкоудаляемый продукт реакции).

Результаты исследований представлены в таблице 1.

Как следует из представленных данных (Табл. 1), при воздействии равного объема активного реагента на основе 15%-го трилона-Б (30 мл) количество растворенного барита за одно и то же время различно в зависимости от исходного содержания барита в растворе. Так, при исходном содержании барита, соответствующем расчетному по трилону-Б (позиция №3), за 40 часов в реакцию вступило около 59%. Однако при исходном содержании барита, превышающем расчетное примерно в 1,5 раза (позиция №4), реакция по трилону-Б прошла на 99,6%. Отмеченный факт согласуется с существующей в теории закономерностью: скорость реакции зависит от исходной концентрации реагентов и снижается при их уменьшении. Следовательно, при постоянной концентрации трилона-Б в активном растворе для более полного прохождения реакции с небольшими количествами барита время реакции следует увеличить.

По результатам исследований необходимо отметить (Табл. 1):

1. Активный состав на основе трилона-Б (трилон-Б - 15%, NaOH - 2%, вода - остальное) может быть использован для удаления из призабойной зоны скважин труднорастворимого барита, который применялся в процессе бурения.

2. При применении активного реагента на основе трилона-Б для растворения барита в растворе образуются рыхлые легкоподвижные хлопья, удаление которых необходимо предусмотреть при проведении обработок скважин.

3. При постоянной концентрации трилона-Б в активном реагенте время прохождения реакции зависит от количества барита находящегося в зоне реакции.

За 40 часов 1 тонна активного реагента может растворить:

- при исходном содержании барита, соответствующем расчетному по реакции (94 кг), - не менее 59 кг барита (выход реакции 59%);

- при исходном содержании барита, соответствующем 1,8 от расчетного (180 кг), - не менее 99 кг барита (выход реакции 99%).

Пример 2.

Барит технический (BaSO₄) - труднорастворимый реагент, используемый при бурении скважин для утяжеления буровых растворов. Активный реагент на основе трилона-Б, предлагаемый для использования с целью очистки призабойной зоны скважин от слежавшегося барита, имеющий состав (весовые %):

Цель испытаний:

Проверка полноты растворения и удаления барита активным реагентом на основе трилона-Б, содержащим различные количества ПАВ (катионактивный ПАВ на основе четвертичной аммониевой соли).

Методика проведения исследований соответствует Примеру 1. Концентрат разбавляют водой в соотношении 1:2.

Результаты исследований представлены в таблице 2.

Оптимальным является полученный заявленным путем раствор трилона-Б, содержащий КПАВ в концентрации 1%.

Время реакции составило 6 часов при температуре 80°C. Вес прореагировавшего барита определяли по соотношению исходной высоты его навески и высоты оставшегося нижнего слоя.

Как следует из представленных данных (Табл. 2), при воздействии равных объемов активного реагента на основе 15%-го трилона-Б с различным содержанием катионактивного ПАВ изменяется количество прореагировавшего барита.

Добавка ПАВ (катионактивный) в активный раствор на основе трилона-Б дает увеличение его растворяющей способности по отношению к бариту в сравнении с вариантом предлагаемом в прототипе.

Введение катионактивного ПАВ в концентрации 1-5% повышает эффективность реакции на 20-30%.

Пример 3.

Барит технический (BaSO₄) - труднорастворимый реагент, используемый при бурении скважин для утяжеления буровых растворов. Активный реагент на основе трилона-Б, предлагаемый для использования с целью очистки призабойной зоны скважин от барита, имеющий состав (весовые %):

Цель испытаний:

Проверка полноты растворения и удаления барита активным реагентом на основе трилона-Б, содержащим различные количества ПАВ (анионактивный и неионогенный).

Методика проведения исследований соответствует примеру 1:

Результаты исследований представлены в таблицах 3 и 4.

Оптимальным является полученный заявленным путем раствор трилона-Б, содержащий АПАВ в концентрации 3%.

Оптимальным является полученный заявленным путем раствор трилона-Б, содержащий НПАВ в концентрации 5%.

Время реакции составляло 6 часов при температуре 80°C. Вес прореагировавшего барита определяли по соотношению исходной высоты его навески и высоты оставшегося нижнего слоя.

Как следует из данных, представленных в таблицах 3 и 4, при воздействии одинакового объема активного реагента на основе 15%-го трилона-Б с различным содержанием ПАВ изменяется количество прореагировавшего барита. Также изменяется количество прореагировавшего барита от типа ПАВ.

Таким образом, из результатов, представленных в таблицах 3 и 4, следует:

Добавка ПАВ (анионактивный ПАВ или неионогенный ПАВ) в активный раствор на основе трилона-Б также дает изменение его растворяющей способности по отношению к бариту.

Оптимальной концентрацией анионактивного ПАВ, дающей увеличение растворяющей способности активного реагента на основе трилона-Б по отношению к бариту, является 3%. При этом эффективность реакции повышается на 26%.

Оптимальной концентрацией неионогенного ПАВ, дающей увеличение растворяющей способности активного реагента на основе трилона-Б по отношению к бариту, является 5%. При этом эффективность реакции повышается на 25%.

Результаты лабораторных исследований свидетельствуют о том, что добавки различных типов ПАВ (катионактивных, анионактивных и неионогенных) при указанном пути получения состава увеличивают растворяющие и диспергирующие свойства состава-прототипа и такие составы могут быть рекомендованы к применению в различных условиях. Также добавка ПАВ приводит к гидрофобизации коллектора, что повышает его фазовую проницаемость по нефти повышает дебит скважины.

Таким образом, заявленный состав обеспечивает повышение эффективности проводимой на скважине обработки за счет улучшения смачиваемости разрушаемой глинистой корки, содержащей соли бария, и перевода их в подвижное состояние за счет снижения межфазного натяжения и расклинивающего эффекта, что вызывает снижение адгезии бурового раствора с породой коллектора, его диспергацию и перевод в подвижное состояние, а также способствует последующему извлечению из призабойной зоны и повышению степени ее очистки.

Пример. 4

Цель испытания: получение морозостойкой товарной формы.

Методика проведения исследований: в стеклянную колбу объемом 250 мл заливается 40 г воды и 2,7 г каустической соды. Рабочая масса перемешивается до полного растворения. Затем в колбу при постоянном перемешивании добавляется порционно трилон-Б в количестве 20 г. Этим способом достигается максимальное насыщение, которое получили в известных способах. Смесь нагревается на водяной бане и в реакционную массу порционно догружается трилон-Б до момента прекращения его растворения. На последнем этапе (третьем) в раствор добавляется каустическая сода и ПАВ до получения соотношения по трилону-Б 15:2:1.

Результаты эксперимента приведены в таблице 5.

Как следует из данных, представленных в таблице 5, при нагревании водного раствора каустической соды с трилоном-Б повышается растворимость последнего. При нагреве выше 60°C изменение предельной концентрации незначительно, т.е. раствор приблизился к своему максимальному насыщению по трилону-Б.

Предлагаемая товарная форма состава была испытана на морозостойкость прибором Баумана-Фрома (ГОСТ 18995.5-73). Температура кристаллизации раствора составила -30°C, что позволит хранить товарную форму состава и применять в условиях крайнего Севера.

Таким образом, для получения товарной формы с концентрацией трилона-Б 45% масс., гидроксида щелочного металла 6% масс. и ПАВ 3% масс. необходимо: первоначально растворить 3,1% масс. гидроксида щелочного металла в 46% масс. воды, непрерывно помешивая добавить 23,0% масс. трилона-Б, произвести нагрев раствора до 60°C, после этого непрерывно помешивая добавить остаток трилона-Б в 22,0% масс. и на завершающем этапе добавить остаток гидроксида щелочного металла 2,9% масс. и ПАВ 3% масс. Время приготовления товарной формы составляет 1 час.

Товарная форма предлагаемого состава для снижения экономических затрат на доставку от базы производства до места применения и хранения содержит трилон-Б - 45%, гидроксид щелочного металла - 6%, ПАВ - 3%, остальное вода. В этом случае для получения рабочего состава с содержанием основного действующего вещества - трилона-Б - в диапазоне масс. % 0,035-28,0 необходимо провести разбавление товарной формы водой при соотношении 1:0,6-111.

С целью повышения эффективности применения исходного состава на основе трилона-Б, предлагаемого для удаления труднорастворимого осадка барита из нефтяных скважин, целесообразно использовать активный состав на основе трилона-Б, содержащий ПАВ (весовые %):

При этом необходимо предусмотреть операцию удаления образующегося рыхлого осадка (продукта реакции барита и предлагаемого состава). Добавление ПАВ (0,1-5%) в рекомендованный исходный состав на основе трилона-Б не только повысит эффективность его применения для удаления из скважин соединений барита, но и позволит при этом ингибировать набухание глин и провести профилактическую очистку призабойной зоны скважины от возможного загрязнения сульфатредуцирующими и другими видами микроорганизмов, что увеличит положительный эффект от проведенного на скважине мероприятия.

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к составам для обработки - очистки призабойной зоны пласта - ПЗП. Наибольшее применение может найти на месторождениях, где бурение и вскрытие продуктивных пластов осуществляется на глинистых и безглинистых утяжеленных буровых растворах, в том числе содержащих соединения бария, например сульфат бария, или других тяжелых металлов, а также на месторождениях и залежах с аномально высоким пластовым давлением - АВПД и сверхглубоких скважинах. Технический результат - повышение эффективности состава за счет добавок ПАВ, что приводит к улучшению смачиваемости разрушаемой глинистой корки, содержащей соединения бария, и переводу ее в подвижное состояние за счет снижения межфазного натяжения и расклинивающего эффекта, что вызывает снижение адгезии бурового раствора с породой коллектора, его диспергацию и перевод в подвижное состояние и способствует последующему извлечению из призабойной зоны и ее очистке. Результат достигается за счет того, что состав для обработки призабойной зоны пласта, включающий трилон-Б, гидроксид щелочного металла и воду, дополнительно содержит поверхностно-активное вещество - ПАВ и получен приготовлением товарной формы - концентрата, включающим растворение 3,1 масс. % гидроксида щелочного металла в 46 масс. % воды, добавление при перемешивании 23,0 масс. % трилона-Б, нагрев до 60°C, добавление при перемешивании оставшейся части трилона-Б и затем последовательное добавление оставшейся части гидроксида щелочного металла и 3 масс. % ПАВ с последующим разбавлением полученного концентрата водой в соотношении 1:0,6-111 при следующем соотношении компонентов концентрата, масс. %: трилон-Б 45,0, гидроксид щелочного металла 6,0, ПАВ 3,0, вода - остальное. 5 табл.

Состав для обработки призабойной зоны пласта на основе хелатного комплекса, включающий трилон-Б, гидроксид щелочного металла и воду, отличающийся тем, что дополнительно содержит поверхностно-активное вещество - ПАВ и приготовлен из товарной формы (концентрата), полученной путем растворения 3,1 масс. % гидроксида щелочного металла в 46 масс. % воды, с последующим добавлением при перемешивании 23,0 масс. % трилона-Б, нагреве до 60°C, добавлении при перемешивании оставшейся части трилона-Б, последовательном добавлении оставшейся части гидроксида щелочного металла и 3 масс. % ПАВ путем разбавления концентрата водой в соотношении 1:0,6-111 при следующем соотношении компонентов концентрата, масс. %:
Трилон-Б 45,0 Гидроксид щелочного металла 6,0 ПАВ 3,0 Вода остальное