Способ увеличения гидрофильности карбонатных коллекторов Российский патент 2023 года по МПК E21B43/25 E21B43/22 E21B43/27 C09K8/60 

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, а именно к способам повышения нефтеотдачи пластов в карбонатных коллекторах за счет улучшения фильтрационных свойств призабойных зон нефтегазовых скважин.

Известен способ добычи высоковязкой нефти из карбонатных коллекторов (патент RU № 2349743, МПК Е21В 43/22, опубл. 20.03.2009) с использованием физико-химических методов воздействия, включающий бурение нагнетательных и добывающих скважин с поверхности по определенной сетке, монтаж в них насосно-компрессорных труб, нагнетание вытесняющего агента и отбор нефти по добывающим скважинам, перед нагнетанием вытесняющего агента в карбонатный коллектор закачивают насыщенный водный раствор нашатыря в объеме 0,08 порового объема, затем буферную жидкость - 5%-ный раствор хлорида натрия в объеме, равном 2-3 м по высоте насосно-компрессорных труб, после чего подают 35-40%-ный водный раствор формалина в объеме 0,07 порового объема, после него нагнетают раствор катализатора - гидроксида натрия или гидроксида калия в размере 7% от объема предварительно поданной жидкости, который продавливают в коллектор с помощью ацетатного буфера в объеме, равном 2-3 м по высоте насосно-компрессорных труб, затем подают 30%-ную перекись водорода в объеме 0,1 порового объема, ацетатный буфер в объеме, равном 2-3 м по высоте насосно-компрессорных труб, затем 5%-ный раствор марганца в качестве катализатора перекиси водорода, нагнетаемый в пласт вытесняющим агентом, подаваемым в объеме, равном одному объему насосно-компрессорных труб, выдерживают и возобновляют нагнетание вытесняющего агента с одновременным отбором нефти по добывающим скважинам.

Недостатками являются сложность последовательных операций при большом наборе химических реагентов, смешивание которых с пластовой водой и реагирование с насыщающими её компонентами, может приводить к образованию нерастворимых осадков, ухудшающих фильтрационные характеристики межскважинной зоны коллектора.

Также известен способ (патент RU № 2715407, МПК С09K 8/74, опубл. 27.02.2020), включающий закачку состава для интенсификации разработки низкопродуктивных залежей высоковязкой нефти с карбонатным коллектором, маc.%: комплексное поверхностно-активное вещество Нефтенол ВВД или смесь неионогенного поверхностно-активного вещества АФ 9-12 или NP-40, или NP-50 и анионного поверхностно-активного вещества волгоната в соотношении 2:1 1,0-4,0; фосфорную кислоту 1,0-10,0; карбамид 5,0-10,0; глицерин 10,0-50,0; воду - остальное.

Недостатком известного способа является использование кислоты, способствующей снижению рН и развитию коррозии конструкционной стали, в случаях, исключающих паротепловое воздействие.

Наиболее близким является способ интенсификации добычи нефти из пласта (патент RU № 2780194, МПК Е21В 43/267, C09K 8/80, опубл. 20.09.2022), включающий строительство добывающих и нагнетательных скважин по заданной схеме в продуктивный пласт, закачку вытесняющего агента в нагнетательные скважины для поддержания пластового давления и отбор продукции пласта из добывающих скважин, последовательную закачку через выбранную скважину для увеличения фильтрационно-емкостных свойств призабойной и межскважинной зон пласта натрийсодержащих элементов и агента реакции с натрийсодержащими элементами с продавкой в пласт с выделением продуктов химической реакции, перед закачкой производят гидроразрыв пласта с получением трещин, в которые закачивают натрийсодержащие элементы, состоящие из проппанта и 10–35% металлического натрия, заключённые в кислоторастворимую защитную оболочку, при этом защитные оболочки имеют разную толщину для увеличения времени реакции, в качестве агента реакции применяют водный раствор кислоты в объемах и концентрации, достаточной для растворения защитной оболочки, продуктами реакции является водород, выделяющийся с выделением теплоты при реакции металлического натрия с водой, находящейся в пласте.

Недостатками являются геологические ограничения для выполнения гидроразрыва пласта в карбонатных коллекторах небольшой толщины, близость расположения или переслаивание с водоносными пропластками, а также закачка в карбонатный коллектор кислоты, которая при взаимодействии с породными минералами может приводить к образованию нерастворимых осадков, ухудшающих фильтрационно-емкостные характеристики коллектора.

Технической задачей является повышение нефтеотдачи за счет снижения межфазного натяжения на границе раздела фаз «нефть - порода» и увеличения смачиваемости породы водой.

Техническая задача решается способом увеличения гидрофильности карбонатных коллекторов, включающим последовательную закачку натрийсодержащих элементов и агента реакции с натрийсодержащими элементами с продавкой в пласт с выделением продуктов химической реакции.

Новым является то, что предварительно выбирают скважины с обводненностью продукции в среднем по участку не более 90% и проницаемостью в призабойной зоне пласта не менее 100 м³/сут, в выбранные скважины осуществляют последовательную закачку натрийсодержащих элементов, в качестве которых используют металлический натрий в виде гранул, заключённый в щелочнорастворимую защитную оболочку, и агента реакции - гидроксида натрия в соотношении 1:1,5 соответственно, дальнейшую продавку в пласт жидкостью системы поддержания пластового давления, при этом защитные оболочки выполняют из алюминия.

Способ увеличения гидрофильности карбонатных коллекторов осуществляют следующим образом.

На участке залежи карбонатных коллекторов с эксплуатируемыми скважинами после вскрытия коллектора и разработки методом заводнения часто нарушается исходное равновесное состояние пластовой системы, и смачиваемость пород видоизменяется в сторону понижения гидрофильности поверхности. Эффекты особенно усиливаются при повышенной вязкости пластовых флюидов, значительные запасы нефти удерживаются капиллярными силами в межпоровом пространстве коллектора и остаются не вовлечёнными в разработку. Для увеличения (улучшения) смачиваемости и фильтрационно-емкостных свойств карбонатного коллектора предлагается проведение ряда технологических операций.

Способ включает выбор скважин с обводненностью продукции в среднем по участку не более 90% и проницаемостью в призабойной зоне пласта не менее 100 м³/сут. В выбранные скважины осуществляют последовательную закачку натрийсодержащих элементов и агента реакции с натрийсодержащими элементами. В качестве натрийсодержащих элементов используют металлический натрий в виде гранул, капсулированных в щелочнорастворимую защитную оболочку -алюминиевую оболочку. Массу капсулированных гранул выбирают из расчета 1-3 кг на метр выбранного для взаимодействия интервала. В качестве агента реакции используют гидроксид натрия. Металлический натрий в виде гранул, капсулированных в алюминиевую оболочку, и гидроксид натрия (при концентрации 100 %) берут в соотношении 1:1,5 соответственно.

Далее осуществляют продавку металлического натрия в виде гранул, капсулированных в алюминиевую оболочку, в пласт с созданием водной оторочки жидкостью из системы поддержания пластового давления с выделением продуктов химической реакции. Продуктами реакции являются гидроксид натрия, тетрагидроксоалюминат натрия, водород, выделяющийся с образованием теплоты при реакции металлического натрия с водой, находящейся в скважине и пласте.

Изначально приготавливают капсулированный (заключенный в щелочнорастворимую защитную оболочку) металлический натрий. Причем в качестве защитной оболочки применяют алюминий. Металлический натрий измельчают и наносят защитное покрытие. На способы нанесения покрытия авторы не претендуют. После нанесения защитного покрытия капсулированный натрий просеивают через сито с получением капсул, соответствующих характеристикам:

- Диаметр от 50 нм до 0,2 мкм;

- Физические размеры от 0,1 мкм – до 1 мм;

- Соотношение натрия к массе капсулы – до 90%.

Выбирают скважину для проведения технологических операций. Обычно выбирают скважину в призабойной зоне пласта, у которой проницаемость составляет не менее 100 м³/сут, обводненность продукции в среднем по участку не более 90%. Закачивают натрийсодержащие элементы в защитной щелочнорастворимой (алюминиевой) оболочке. После чего закачивают гидроксид натрия, растворяющий защитную оболочку и освобождающий металлический натрий. Так как толщина защитного слоя незначительна, то растворение защитной оболочки и освобождение металлического натрия для взаимодействия с водой, находящейся в призабойной зоне скважины и в пласте, не требует выдержки на реакцию.

При этом происходит два вида химических реакций:

1. взаимодействие гидроксида натрия и алюминия:

2Al + 2NaOH + 6H2O → 2Na[Al(OH)4] + 3H2↑ [1],

2. взаимодействие натрия с водой:

2Na + 2H2O → 2NaOH + H2↑ + 168 кДж [2].

Активный водород, имея очень маленькие размеры, легко проникает в поры коллектора пласта, а повышение постепенное (из-за растворения защитных оболочек) температуры (до 40°С и более), выделяемой при этой химической реакции, увеличивает объем газа в порах и делает более текучими в том числе парафины и асфальтены (при 40°С: 55 – 67 мПа⋅с и 73 – 85 мПа⋅с соответственно). При контакте ионов NaOH с нефтью происходит взаимодействие щелочи и органических кислот, содержащихся в составе нефти (в основном это нафтеновые кислоты), в результате чего образуются поверхностно-активные вещества, способствующие снижению межфазного натяжения на границе раздела фаз «нефть - водная фаза» и увеличивающие смачиваемость породы водой. Для парафинов и асфальтенов (тяжелых фракций нефти) этот процесс может идти по сульфидным мостикам, что приведет к снижению их молекулярной массы:

Изменение параметров смачивания водой карбонатного пласта в сторону увеличения происходит также за счёт изменения заряда на поверхности породообразующих минералов карбонатного коллектора (известняков), которые изначально имеют положительный заряд, а в процессе разработки залежи заряд их меняется в связи с адсорбцией на поверхности преимущественно кислотных компонентов нефти (нафтеновая, олеиновая и другие кислоты).

Для ускорения очистки межскважинной зоны пласта от тяжелых фракций в добывающих скважинах, гидродинамически связанных с обрабатываемой скважиной, снижают уровень жидкости ниже пластового давления для отбора из них продуктов реакции с парафинами и/или асфальтенами, что позволяет ускорить процесс очистки призабойной и межскважинной зон пласта с 3 – 4 дней до 1,5 – 2 дней, то есть практически в 2 раза. При этом содержание сырой нефти в продукции скважин возрастает на 30%, т.е. увеличивается нефтеотдача.

Предлагаемый способ увеличения гидрофильности карбонатных коллекторов позволяет повысить нефтеотдачу за счет снижения межфазного натяжения на границе «нефть – порода» и воздействия на карбонатный коллектор путем использования низкоагрессивных реагентов, позволяет улучшить фильтрационно-емкостные свойства призабойных зон скважин и межскважинных пространств пласта, а также предотвратить преждевременный коррозионный износ насосно-компрессорных труб.

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, а именно к способам повышения нефтеотдачи пластов в карбонатных коллекторах за счет улучшения фильтрационных свойств призабойных зон нефтегазовых скважин. Способ увеличения гидрофильности карбонатных коллекторов включает последовательную закачку натрийсодержащих элементов и агента реакции с натрийсодержащими элементами с продавкой в пласт с выделением продуктов химической реакции. Предварительно выбирают скважины с обводненностью продукции в среднем по участку не более 90% и проницаемостью в призабойной зоне пласта не менее 100 м³/сут. В выбранные скважины осуществляют последовательную закачку натрийсодержащих элементов, в качестве которых используют металлический натрий в виде гранул, заключённый в щелочнорастворимую защитную оболочку, и агента реакции - гидроксида натрия в соотношении 1:1,5 соответственно. Осуществляют дальнейшую продавку в пласт жидкостью системы поддержания пластового давления. При этом защитные оболочки выполняют из алюминия. Техническим результатом является повышение нефтеотдачи за счет снижения межфазного натяжения на границе «нефть – порода» и воздействия на карбонатный коллектор путем использования низкоагрессивных реагентов, улучшение фильтрационно-емкостных свойств призабойных зон скважин и межскважинных пространств пласта, предотвращение преждевременного коррозионного износа насосно-компрессорных труб.

Способ увеличения гидрофильности карбонатных коллекторов, включающий последовательную закачку натрийсодержащих элементов и агента реакции с натрийсодержащими элементами с продавкой в пласт с выделением продуктов химической реакции, отличающийся тем, что предварительно выбирают скважины с обводненностью продукции в среднем по участку не более 90% и проницаемостью в призабойной зоне пласта не менее 100 м³/сут, в выбранные скважины осуществляют последовательную закачку натрийсодержащих элементов, в качестве которых используют металлический натрий в виде гранул, заключённый в щелочнорастворимую защитную оболочку, и агента реакции - гидроксида натрия в соотношении 1:1,5 соответственно, дальнейшую продавку в пласт жидкостью системы поддержания пластового давления, при этом защитные оболочки выполняют из алюминия.