Способ кислотной обработки продуктивного пласта Российский патент 2020 года по МПК E21B43/27 E21B49/00 

Изобретение относится к нефтяной промышленности и может найти применение при разработке нефтяной залежи с низкопроницаемым коллектором.

Известен способ обезвреживания продуктов кислотной обработки призабойной зоны скважины (патент RU № 2416717, МПК E21B 43/22, B09B 1/00, опубл. 20.04.2011 в Бюл. № 11), включающий отбор пробы для определения значения водородного показателя - рН жидкости после кислотной обработки, определение необходимого количества раствора для нейтрализации кислотных составляющих жидкости, приготовление раствора для нейтрализации с плотностью, меньшей плотности жидкости, поступающей из пласта, дозирование полученного раствора, запуск скважины в работу, ежедневный отбор пробы жидкости из скважины, определение значений рН продуктов кислотной обработки и по достижении значения рН продуктов кислотной обработки, равного значению рН пластовых флюидов, остановку дозирования раствора для нейтрализации, причем предварительно раствор для нейтрализации в объеме, определяемом из условия поддержания значения рН жидкости на устье скважины при обезвреживании продуктов кислотной обработки большего, чем рН пластовой жидкости, закачивают в межтрубное пространство скважины, закрывают его, проводят технологическую выдержку для прохождения реакции между раствором для нейтрализации и пластовой жидкостью на границе контакта жидкостей, затем продолжают указанное дозирование периодически.

Недостатками данного способа являются отсутствие удаления продуктов реакции из призабойной зоны пласта (ПЗП), кислотная обработка пласта проводится без учета свойств пласта и изначально поддерживают необходимого рН жидкости только на устье, при этом извлечении продуктов

реакции путем создания депрессии продукты реакции кислотной композиции с породой пласта оседают в призабойной зоне, что в совокупности может с большой вероятностью привести к кольматации призабойной зоны пласта.

Наиболее близким по технической сущности является способ разработки нефтяной залежи (патент RU № 2156352, МПК E21B 43/22, опубл. 20.09.2000 в Бюл. № 26), включающий отбор нефти через добывающие скважины, закачку через нагнетательные скважины рабочего агента и проведение интенсификационных работ с размещением на забое нагнетательных скважин щелочноземельного металла, причем при проведении интенсификационных работ на забое нагнетательной скважины размещают щелочной, или щелочноземельный металл, или сплав на его основе в изолированном от скважинной жидкости виде, организуют контактирование щелочного, или щелочноземельного металла, или сплава на его основе со скважинной жидкостью, закачивают продукты реакции в призабойную зону скважины, проводят технологическую выдержку и закачивают раствор глинокислоты, а продукты реакции продавливают в пласт рабочим агентом, причем перед проведением интенсификационных работ заполняют забой скважины кислотным раствором.

Недостатками данного способа являются обработка реагентами проводится без учета свойств пласта, обработка кислотный раствор – щелочной металл – кислотный раствор снижает химическую активность ингредиентов, что в совокупности снижает эффективность воздействия на пласт, а использование только глинокислоты сужает область применения из-за ее низкой эффективности в карбонатных коллекторах.

Технической задачей предполагаемого изобретения является создание эффективного способа кислотной обработки продуктивного пласта благодаря использования реагентов, воздействующих на пласт, и реагентов, нейтрализующих вещества после воздействия, подбираемых исходя из свойств продуктивного пласта для возможности работы с различными по составу коллекторами.

Техническая задача решается способом обработки продуктивного пласта, включающим последовательную закачку в пласт щелочной композиции и кислотного состава в сочетании с технологическими выдержками, а также продавку продуктов реакции в пласт.

Новым является то, что перед закачкой составов проводят исследования для определения допустимого давления закачки, кислотного состава, позволяющего повысить проницаемость пласта как минимум на 10%, и химический состав продуктов реакции с породой, также определяют необходимый объем закачки на единицу длины вскрытого продуктивного пласта и проводят исследования для определения щелочной композиции наиболее эффективно нейтрализующего кислотный состав до рН, допустимого для данной скважины, и его объема на единицу длины вскрытого продуктивного пласта для растворения при этом продуктов реакции до величины, достаточной для дальнейшей продавки в пласт, сначала в пласт закачивают выбранный кислотный состав в необходимом объеме, рассчитанным исходя из длины вскрытого продуктивного пласта, и с давлением не выше 80% от допустимого, после технологической выдержки, достаточной для реагирования с породой пласта, закачивают выбранный щелочную композицию необходимого объема с давлением не выше 80% от допустимого, продавку продуктов реакции в дальше в пласт в удалённые зоны, которые не задействованы в разработке на данном этапе, производят после технологической выдержки, достаточной для нейтрализации кислотного состава.

Способ реализуется следующим образом.

Проводят исследования в лабораторных условиях для изучения реакции материала кернов, взятых с различных месторождений, с различными кислотами. Для каждого месторождения определяют кислотный состав, позволяющий повысить проницаемость пласта как минимум на 10%, и химический состав продуктов реакции с породой. Определяют необходимый объем закачки на единицу длины вскрытого продуктивного пласта и проводят

исследования для определения щелочной композиции наиболее эффективно нейтрализующего кислотный состав до рН, допустимого для каждой скважины, и его объема на единицу длины вскрытого продуктивного пласта для растворения при этом продуктов реакции до величины, достаточной для дальнейшей продавки в пласт. Сначала в пласт закачивают выбранный кислотный состав в необходимом объеме, рассчитанным исходя из длины вскрытого продуктивного пласта, и с давлением не выше 80% от допустимого. После технологической выдержки, достаточной для реагирования с породой пласта, закачивают выбранный щелочную композицию необходимого объема с давлением не выше 80% от допустимого. Продавку продуктов реакции в дальше в пласт в удалённые зоны, которые не задействованы в разработке на данном этапе, производят после технологической выдержки, достаточной для нейтрализации кислотного состава.

Пример конкретного выполнения.

Кислотную обработку применяют для увеличения проницаемости карбонатных и теригенных коллекторов в нефтегазодобывающих скважинах и нагнетательных скважинах после бурения, во время эксплуатации и ремонтных работ.

Для обработки карбонатных коллекторов преимущественно применяют солянокислотные растворы, а для терригенных коллекторов глинокислотные растворы.

Рассмотрим механизм кислотного воздействия на коллектор с позиций степени растворимости пород и скорости реакции, образования продуктов реакции и изменения проницаемости пород после обработки. Считается, что растворимость пород, которые подвергаются кислотной обработке, должна обеспечить увеличение пористости не менее чем на 10 %, а растворимость инородных материалов, загрязняющих поры и трещины пласта, должна быть наиболее полной. Исходя из этих принципов, подбирается состав активной части растворов - кислот.

Например, 1 м³ кислоты растворяет:

15 % HСl - 200 кг известняка CaCO3 или около 70 кг легкорастворимой части эоценового песчаника, содержащего 89 % SiO2, 3 % карбонатов и 7 % глин;

4 % HF - 48 кг каолина;

10 % HСl + 1% HF - 70 кг глинопорошка, состоящего из гидрослюды и монтмориллонита.

Продукты реакции кислотной обработки вызывают снижение проницаемости пород если они откладываются в поровом пространстве в виде геля, либо твердой породы или взаимодействуют с пластовыми флюидами, образуя осадки или эмульсии.

Во время взаимодействия соляной кислоты образуются:

с карбонатами пород - водорастворимые соли CaCl2, MgCl, газ CO2, вода;

с окисями железа и его соединениями в составе пород - хлорное железо FeCl3, которое после нейтрализации кислоты гидролизирует в виде осадка Fe(OH)3, способного закупоривать поры;

c сульфатами кальция в составе пород с температурой до 66 С° – осадок гипса;

с окисью кремния в глинах – осадок, гель кремниевой кислоты;

с окисью щелочных и щелочноземельных металлов в глинах – соответствующие соли.

Во время взаимодействия глинокислоты образуются:

с кварцем – газоподобный SiF4, а после снижения кислотности – гель кремниевой кислоты Si(OH)4, который закупоривает поры;

с алюмосиликатами (глинами) – газоподобный SiF4;

с кварцем и алюминием – параллельно с SiF4 образуется гексафторокремниевая кислота Н2SiF6, соли которой Na2SiF6 и K2SiF6 выпадают в осадок.

Известно, что реакция глинокислотного раствора с глинами проходит значительно быстрее, чем с кварцем, поэтому в песчаниках преимущественно

растворяются глинисто-карбонатный цемент и частицы, загрязнившие пласт, а зерна кварца (матрицы породы) - значительно меньше.

Таким образом, во время реакции солянокислотной и глинокислотной композиции с породами образуются временно растворимые и нерастворимые продукты, способные закупоривать поровое пространство. Для предотвращения осаждения в поровых каналах призабойной зоны пласта нерастворимых продуктов реакции их необходимо удалить из призабойной зоны пласта в кратчайшие сроки.

Объем щелочной композиции необходимый для проведения продавки кислотного состава зависит от мощности обрабатываемого интервала пласта и определяется на основе ретроспективного анализа истории эксплуатации и ОПЗ скважины.

Для приготовления 1м³ нейтрализующей композиции необходимо смешать расчетное количество щелочи с 1м3 технологической жидкости. Композиция тщательно перемешивается до образования однородной массы.

рН среды для скважины определяется по ГОСТ 6307-75 «Метод определения наличия водорастворимых растворов кислоты и щелочи».

Объем щелочной композиции необходимый для проведения продавки кислотного состава зависит от мощности обрабатываемого интервала пласта и определяется на основе ретроспективного анализа истории эксплуатации и ОПЗ скважины.

Для приготовления 1м³ нейтрализующей композиции необходимо смешать расчетное количество щелочи с 1м³ технологической жидкости. Композиция тщательно перемешивается до образования однородной массы.

рН среды определяется по ГОСТ 6307-75 «Метод определения наличия водорастворимых растворов кислоты и щелочи».

Последовательность выполнения расчетов необходимого количества реагентов.

Объем композиции– Vк, м³, необходимый для проведения продавки вычисляют по формуле:

Vк = hобр × qк (1)

где hобр – мощность интервала перфорации пласта, м.

qк – удельный расход композиции на 1 погонный метр обрабатываемого интервала, м³/м.

Удельный расход композиции qк, м³/м, определяется разработчиком технологии для каждой конкретной скважины на основании ретроспективного анализа истории эксплуатации и ОПЗ скважины, и с учетом ее текущих геолого-промысловых характеристик (параметров).

Концентрацию щелочи необходимой для проведения продавки, находим по графику зависимости рН среды от концентрации кальцинированной соды в технологической жидкости.

Пример выполнения расчета.

В скважине, выбранной для обработки, интервал перфорации составляет 3 м. Необходимо провести обработку всего интервала, т.е. hобр=3 м. Удельный расход композиции qк, м3, на обработку 1 погонного метра, принимаем равным 4 м³/м, т.е. qк = 4,0 м3/м тогда, согласно (1)

Vк = 3 × 4,0 = 12,0 м³ – расход композиции на интервал перфорации.

Зная Vк согласно графика (до доведения рН = 6) вычисляем необходимый объем кальцинированной соды для создания композиции

V(Na2CO3) = 10 кг×12 м³=120 кг.

Критерии для выполнения технологии.

Определяют допустимое давление закачки – Рдоп, при котором не происходит нарушения целостности пласта (гидроразрыва).

Необходимый объем кислотного состава закачивают в пласт при давлении Р ≤ 0,8×Рдоп.

После реагирования кислотного состава в пласте (технологической выдержки), заполняют ствол скважины, а затем продавливают в пласт расчетный объем щелочной композиции при давлении Р ≤ 0,8×Рдоп.

После нейтрализации (до доведения рН = 6) кислотного состава в пласте (технологической выдержки) производят продавку продуктов реакции в пласт

из призабойной зоны пласта технологической жидкостью (пресной или минерализованной водой).

В результате проведенных работ проницаемость повысилась на 11 – 12 %, время освоения бригадами текущего и капитального ремонта скважин снизилось более чем в 2 раза, при этом транспортные расходы затраты также снизились на 30 – 40% за счет отказа от свабных установок. Способ показал свою эффективность.

Предлагаемый способ кислотной обработки продуктивного пласта эффективен в применении благодаря использованию реагентов, воздействующих на пласт, и реагентов, нейтрализующих вещества после воздействия, подбираемых исходя из свойств продуктивного пласта для возможности работы с различными по составу коллекторами.

Изобретение относится к нефтяной промышленности и может найти применение при разработке нефтяной залежи с низкопроницаемым коллектором. Технический результат – повышение эффективности способа кислотной обработки продуктивного пласта, возможность работы с различными по составу коллекторами. В способе кислотной обработки продуктивного пласта, включающем последовательную закачку в пласт щелочной композиции и кислотного состава в сочетании с технологическими выдержками, а также продавку продуктов реакции в пласт, перед закачкой составов проводят исследования для определения допустимого давления закачки, кислотного состава, позволяющего повысить проницаемость пласта как минимум на 10%, и химического состава продуктов реакции с породой, рассчитывают необходимый объем закачки на единицу толщины вскрытого продуктивного пласта и проводят исследования для определения щелочной композиции, наиболее эффективно нейтрализующей кислотный состав до рН, допустимого для данной скважины, и ее объема на единицу толщины вскрытого продуктивного пласта для растворения при этом продуктов реакции до величины, достаточной для дальнейшей продавки в пласт. Сначала в пласт закачивают выбранный кислотный состав в необходимом объеме, рассчитанном исходя из длины вскрытого продуктивного пласта, и с давлением не выше 80% от допустимого. После технологической выдержки, достаточной для реагирования с породой пласта, закачивают выбранную щелочную композицию необходимого объема с давлением не выше 80% от допустимого. Продавку продуктов реакции дальше в пласт в удалённые зоны, которые не задействованы в разработке на данном этапе, производят после технологической выдержки, достаточной для нейтрализации кислотного состава. 1 пр.

Способ кислотной обработки продуктивного пласта, включающий последовательную закачку в пласт щелочной композиции и кислотного состава в сочетании с технологическими выдержками, а также продавку продуктов реакции в пласт, отличающийся тем, что перед закачкой составов проводят исследования для определения допустимого давления закачки, кислотного состава, позволяющего повысить проницаемость пласта как минимум на 10%, и химического состава продуктов реакции с породой, рассчитывают необходимый объем закачки на единицу толщины вскрытого продуктивного пласта и проводят исследования для определения щелочной композиции, наиболее эффективно нейтрализующей кислотный состав до рН, допустимого для данной скважины, и ее объема на единицу толщины вскрытого продуктивного пласта для растворения при этом продуктов реакции до величины, достаточной для дальнейшей продавки в пласт, сначала в пласт закачивают выбранный кислотный состав в необходимом объеме, рассчитанном исходя из длины вскрытого продуктивного пласта, и с давлением не выше 80% от допустимого, после технологической выдержки, достаточной для реагирования с породой пласта, закачивают выбранную щелочную композицию необходимого объема с давлением не выше 80% от допустимого, продавку продуктов реакции дальше в пласт в удалённые зоны, которые не задействованы в разработке на данном этапе, производят после технологической выдержки, достаточной для нейтрализации кислотного состава.