Состав для гидравлической перфорации пластов Российский патент 2021 года по МПК C09K8/60 C09K8/528 

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к составам для проведения работ по гидравлической перфорации пластов методами щелевой или геликоидной резки. Наибольшее применение может найти на месторождениях, вскрытие продуктивных пластов осуществляется на утяжеленных растворах на месторождениях с карбонатным коллектором или терригенным имеющим в составе цемента карбонатную или глинистую составляющие.

Одним из наиболее эффективных методов вскрытия продуктивных пластов является метод щелевой резки пласта, основанный на прокачке под высоким давлением через сопло перфоратора жидкости, которая за счет гидромониторного эффекта размывает горную породу с образованием пустот в виде щелей. Развитие этого метода осуществляется путем создания новых, более эффективных перфораторов и совершенствования технологии их применения (Патент РФ № 2597392, МПК Е21В43/11, опубл. 09.10.2016, Патент РФ №2365742, МПК Е21В43/11, опубл. 27.08.2009, Патент РФ №2282714, МПК Е21В43/114, опубл. 27.08.2006) без указания какую рабочую среду при этом они используют.

Известен состав для проведения работ по щелевой перфорации пластов содержащий: водные растворы хлористого натрия, хлористого кальция и хлористого магния с добавлением 0,3 – 0,5% ПАВ и 3,5 – 5,0% карбоксиметил-целлюлозы (Кудинов В.И. Интенсификация добычи вязкой нефти из карбонатных коллекторов. / Кудинов В.И., Сучков Б.М. – Самара: Самарское книжное издательство, 1996. – 438 с.), а также, известен состав жидкости-песконосителя для гидравлического разрыва пласта, который по своим свойствам может применяться и для щелевой гидропескоструйной перфорации, содержащий (мас.%): бентонитовый глинопорошок ПБМА 3,0 – 5,0, карбоксиметилцеллюлоза 0,6 – 1,5, кремнийорганическая жидкость ГКЖ-10 0,5 – 1,0, целлотон-Ф 1,0 – 1,1, сульфат алюминия 0,15 – 0,8, вода остальное.

Недостатком этих составов является то, что, они нацелены только на удержание в себе песка или проппанта с сохранением фильтрационных свойств призабойной зоны пласта за счет введения поверхностно-активных веществ без дополнительного химического воздействия на карбонатную или глинистую составляющие продуктивного пласта с целью их растворения (диспергации) и, соответственно, повышения эффективности намыва каверны.

Наиболее близким техническим решением – прототипом является состав жидкости-песконосителя для реализации щелевой гидропескоструйной перфорации содержащий (мас.%): ксантановая камедь (0,2 – 0,25), кальцинированная сода (0,1 – 0,2), формиат натрия (5 – 20), ПАВ ГФ-1 марки К (0,1 – 0,25) и вода остальное (Патент RU 2593154, МПК С09К 8/60, опубл. 27.07.2016). В данный состав добавлен формиат натрия для предотвращения набухания глинистого вещества при контакте с водой.

Недостатком указанного состава является отсутствие диспергации глинистых минералов, отсутствие взаимодействия состава с карбонатами, повышенная вязкость состава для удержания песка.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение эффективности гидравлической перфорации пластов за счет дополнительной диспергации (разрушения) породы пласта при химическом взаимодействии состава с карбонатной или глинистой составляющей пласта.

Указанная задача решается тем, что состав для гидравлической перфорации пластов содержит хелат, поверхностно-активное вещество, хлорид натрия и воду, отличающийся тем, что в качестве хелата содержит тетранатриевую соль этилендиаминтетрауксусной кислоты, а в качестве поверхностно-активного вещества содержит вторичный алкансульфонат (другое название – алкилсульфонат) натрия, при следующем соотношении компонентов, мас.%: тетранатриевая соль этилендиаминтетрауксусной кислоты 1,0 – 10,0, вторичный алкансульфонат натрия 0,1 – 1,0, хлорид натрия 1,9 –19,0, вода – остальное.

В ходе лабораторного тестирования реагентов с содержанием хелатов в Филиале ООО «ЛУКОЙЛ-Инжиниринг» «ПечорНИПИнефть» в г. Ухте было неожиданно выявлено дополнительное свойство реагента – растворение глинистого материала из глинистой буровой корки.

В заявленном реагенте основным действующим компонентом является тетранатриевая соль этилендиаминтетрауксусной кислоты (4Na-EDTA). Можно предположить, что 4Na-EDTA образует с молекулами ПАВ координационно ненасыщенные промежуточные комплексы, которые в свою очередь легко вступают во взаимодействие с алюмосиликатами, переводя их в растворимые соединения путем замены ионов Al²⁺ на Na⁺ образуя силикат натрия и хелатный комплекс с ионом алюминия внутри (алюминиевая соль этилендиаминтетрауксусной кислоты). Дальнейшие работы по тестированию взаимодействия 4Na-EDTA с карбонатом кальция так же подтвердили его диспергирующую способность. Особенностью данного вещества является щелочная среда, что обеспечивает низкую коррозионную активность состава и высокую степень совместимости с нефтью.

Для повышения эффективности взаимодействия 4Na-EDTA с породой пласта, которая покрыта пленкой нефти, в состав добавлено поверхностно-активное вещество на основе вторичных алкансульфонатов, которые по результатам лабораторных тестов (https://chemagent.su/prodavtsy/download/1568/826/19) показывают наилучшие отмывные способности (табл. 1).

Таблица 1 – Качественное сравнение эффективности ПАВ по отмывным свойствам

ПАВ Моющая способность, % Степень белизны ткани Время смачивания, сек Пенообразующая способность (высота пены), мм Вторичный алкансульфонат натрия 55,3 65,4 9 170 Линейный алканбензолсульфонат 51,2 64,5 15 155 Натрий лауретсульфат 46,7 63,7 85 140 Альфа олефинсульфонат 34,4 62,2 39 175

Для получения рабочих растворов для выполнения работ по гидравлической перфорации необходимой плотности в диапазоне 1,05 – 1,17 г/см3 в состав добавлен хлорид натрия.

Рабочий раствор содержит (мас.%): 4Na-EDTA 1,0 – 10,0, вторичный алкансульфонат 0,1 – 1,0, хлорид натрия 1,9 –19,0, вода – остальное.

Эффективность состава была подтверждена лабораторными исследованиями. Изучено влияние объема рабочего раствора 4Na-EDTA на величину/степень диспергации глинистых минералов в составе глинопорошка марки ПБМБ и карбоната кальция в составе мрамора.

ПРИМЕРЫ

Пример 1 (Прототип).

Глинистые минералы – нерастворимые в воде горные породы, содержащиеся в глинопорошке марки ПБМБ. Жидкость-песконоситель, предлагаемая для использования в щелевой перфорации пластов на основе формиата натрия, имеющая состав (мас.%):

ксантановая камедь 0,25 кальцинированная сода 0,2 формиат натрия 20,0 ПАВ ГФ-1 марки К 0,25 Вода остальное

Цель испытаний: проверка возможности растворения и удаления глинистых минералов жидкостью-песконосителем на основе формиата натрия.

Методика проведения исследований:

В мерные стеклянные цилиндры помещалась навеска глинистого вещества весом 4 г, добавлялась жидкость-песконоситель на основе формиата натрия разной массы, содержимое цилиндров перемешивалось и отстаивалось в течение 20 минут. После этого измерялась исходная высота выпавшего плотного осадка (нерастворимый в воде глинистый материал). Результаты фиксировались как базовые значения. Цилиндры с осадком в течение 10 часов выдерживались при температуре 90^оС, при периодическом помешивании. Через 10 часов замерялась высота выпавшего из раствора осадка.

Результаты исследований представлены в таблице 2.

Растворимость глинистых минералов

при воздействии жидкости-песконосителя на основе формиата натрия

Таблица 2.

№
п/п Навеска глинистого материала, г Исходная высота осадка, мм Масса жидкости-песконосителя, г Высота нижнего слоя после реакции, мм Доля растворенных глинистых минералов от исходных, % 1 3,9 16,2 60 15,8 2,2 2 4,0 16,4 40 16,1 1,8 3 4,1 16,7 30 16,4 1,6 4 3,9 16,3 20 16,1 1,0

Как следует из представленных данных (табл. 2), при воздействии жидкости-песконосителя на основе формиата натрия количество растворенного глинистого материала за одно и то же время уменьшается со снижением объема жидкости-песконосителя.

Пример 2.

Глинистые минералы – нерастворимые в воде горные породы, содержащиеся в глинопорошке марки ПБМБ. Реагент на основе 4Na-EDTA, предлагаемый для использования с целью диспергации глинистых минералов, имеющий состав (мас.%):

4Na-EDTA 10,0 Вторичный алкансульфонат 1,0 Хлорид натрия 19,0 Вода остальное

Цель испытаний:

Проверка полноты растворения и удаления глинистых минералов реагентом на основе 4Na-EDTA при вскрытии пласта.

Методика проведения исследований соответствует примеру 1.

Результаты исследований представлены в таблице 3.

Растворимость глинистого материала при воздействии состава на основе 4Na-EDTA при разных объемах состава

Таблица 3.

№ п/п Навеска глинистого материала, г Исходная высота осадка, мм Масса состава на основе 4Na-EDTA, г Высота нижнего слоя после реакции, мм Доля растворенного глинистого материала от исходного, % 1 3,9 16,1 60 11,5 28,7 2 4,0 16,4 40 13,0 20,5 3 3,9 16,2 30 13,7 15,4 4 3,8 15,9 20 14,2 10,7

Как следует из представленных данных (табл.3), при воздействии разного объема активного реагента на основе 4Na-EDTA количество растворенного (диспергированного) глинистого материала за одно и то же время уменьшается со снижением объема раствора. Активность раствора на основе 4Na-EDTA высокая счет взаимодействия 4Na-EDTA с алюмосиликатами, переводя их в растворимые соединения путем замены ионов Al³⁺ на Na⁺ образуя силикат натрия и хелатный комплекс с ионом алюминия внутри (алюминиевая соль этилендиаминтетрауксусной кислоты). По сравнению с составом на основе формиата натрия состав на основе 4Na-EDTA обладает более чем в 10 раз лучшей реакционной способностью по диспергации глинистого материала.

Пример 3 (прототип).

Карбонат кальция в виде мраморной крошки и жидкость-песконоситель из примера 1.

Цель испытаний: проверка возможности растворения карбоната кальция жидкостью-песконосителем на основе формиата натрия.

Методика проведения исследований:

В мерные стеклянные цилиндры помещалась навеска мраморной крошки весом 5 г, добавлялась жидкость-песконоситель на основе формиата натрия разной массы, содержимое цилиндров перемешивалось и отстаивалось в течение 20 минут. Результаты фиксировались как базовые значения. Цилиндры с осадком в течение 10 часов выдерживались при температуре 90^оС, при периодическом помешивании. Через 10 часов производили декантацию, а мраморную крошку высушивали до постоянной массы.

Результаты исследований представлены в таблице 4.

Растворимость карбоната кальция

при воздействии жидкости-песконосителя на основе формиата натрия

Таблица 4.

№ п/п Навеска мраморной крошки, г Масса жидкости-песконосителя, г Масса мраморной крошки после реакции, г Доля растворенного карбоната кальция от исходного, % 1 5,0562 60 5,0557 0,010 2 5,0328 40 5,0321 0,014 3 4,9743 30 4,9738 0,010 4 5,0782 20 5,0781 0,002

Как следует из представленных данных (табл. 4), при воздействии жидкости-песконосителя на основе формиата натрия количество растворенного карбоната кальция ничтожно мало и находится в пределах инструментальной погрешности измерений.

Пример 4.

Карбонат кальция в виде мраморной крошки, реагент на основе 4Na-EDTA из примера 2.

Цель испытаний:

Проверка полноты растворения карбоната кальция реагентом на основе 4Na-EDTA при вскрытии пласта.

Методика проведения исследований соответствует примеру 3.

Результаты исследований представлены в таблице 5.

Растворимость карбоната кальция при воздействии состава на основе 4Na-EDTA при разных объемах состава

Таблица 5.

№ п/п Навеска мраморной крошки, г Масса состава на основе 4Na-EDTA, г Масса мраморной крошки после реакции, г Доля растворенного карбоната кальция от исходного, % 1 5,0562 60 4,8514 4,050 2 5,0328 40 4,8962 2,715 3 4,9743 30 4,8726 2,045 4 5,0782 20 5,0044 1,453

Как следует из представленных данных (табл.5), при воздействии разного объема активного реагента на основе 4Na-EDTA количество растворенного карбоната кальция за одно и то же время уменьшается со снижением объема раствора. Активность раствора на основе 4Na-EDTA высокая счет взаимодействия 4Na-EDTA с карбонатом кальция, переводя его в растворимые соединения путем замены ионов Са²⁺ на Na⁺ образуя водорастворимые карбонат натрия и хелатный комплекс с ионом кальция внутри (кальциевая соль этилендиаминтетрауксусной кислоты).

Результаты лабораторных исследований свидетельствуют о том, что полученный состав обладает растворяющими и диспергирующими свойствами состава по отношению к карбонату кальция в отличии от прототипа и такой состав может быть рекомендованы к применению при вскрытии пласта как при перфорации, так и при самостоятельных обработках призабойной зоны пластов, содержащих карбонат кальция.

Таким образом, заявленный состав обеспечивает повышение эффективности проводимой на скважине гидравлической перфорации за счет химического взаимодействия хелатов с карбонатной или глинистой составляющей пласта за счет реакции 4Na-EDTA с карбонатами переводя их в растворимые соединения путем замены ионов Са²⁺ на Na⁺ образуя карбонат натрия и хелатный комплекс с ионом кальция внутри (кальциевая соль этилендиаминтетрауксусной кислоты) и с алюмосиликатами, переводя их в растворимые соединения путем замены ионов Al³⁺ на Na⁺ образуя силикат натрия и хелатный комплекс с ионом алюминия внутри (алюминиевая соль этилендиаминтетрауксусной кислоты), а также способствует последующему извлечению растворенных продуктов реакции из призабойной зоны и повышению степени ее очистки.

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, наибольшее применение может найти на месторождениях, вскрытие продуктивных пластов которых осуществляется на утяжеленных растворах, на месторождениях с карбонатным коллектором или терригенным коллектором, имеющим в составе цемента карбонатную или глинистую составляющую. Технический результат - повышение эффективности гидравлической перфорации пластов за счет дополнительной диспергации породы пласта при химическом взаимодействии состава для гидравлической перфорации с карбонатной или глинистой составляющей пласта, облегчение последующего извлечения растворенных продуктов реакции из призабойной зоны, повышение степени ее очистки. Состав для проведения работ по гидравлической перфорации пластов методами щелевой или геликоидной резки содержит, мас.%: тетранатриевую соль этилендиаминтетрауксусной кислоты 1,0-10,0; вторичный алкансульфонат натрия 0,1-1,0; хлорид натрия 1,9-19,0; воду - остальное. 5 табл., 4 пр.

Состав для проведения работ по гидравлической перфорации пластов методами щелевой или геликоидной резки, включающий хелат, поверхностно-активное вещество, хлорид натрия и воду, отличающийся тем, что в качестве хелата содержит тетранатриевую соль этилендиаминтетрауксусной кислоты, а в качестве поверхностно-активного вещества содержит вторичный алкансульфонат натрия, при следующем соотношении компонентов, мас.%: тетранатриевая соль этилендиаминтетрауксусной кислоты 1,0 – 10,0, вторичный алкансульфонат натрия 0,1 – 1,0, хлорид натрия 1,9 –19,0, вода – остальное.