Способ нейтрализации и изоляции проявлений сероводорода Советский патент 1988 года по МПК E21B37/00 

00

О

sl

Изобретение относится к нефтега- эойой промьшшенности, а именно к способам нейтрализации и изоляции проявлений сероводорода и других кислых газов при бурении и эксплуатации скважин и горных выработок.

Цель изобретения - повьппение эффективности способа за счет интенсификации реакционной способности закачиваемых реагентов.

На фиг.1 представлена схема нейтрализации и обвязки поверхностного оборудования; на фиг.2 - кривые кинетики объемной сорбции жидкого реагента-нейтрализатора отверждающей- ся газожидкостной смесью.

Нейтрализация и изоляция проявлеНИИ сероводорода осуществляются следующим образом.

В емкости 1 приготавливают раствор карбамидоформальдегидной смолы, пенообразователя и твердого реагента-нейтрализатора сероводорода, в емкости 2 - раствор кислотного от- вердителя, в емкости 3 - раствор жидкого реагента-нейтрализатора сероводорода, в емкости 4 - продавочную жидкость. Перемешивание при приготовлении растворов осуществляют при помощи насоса 5, при этом кр.ан 6 закрыт, кран 7 открыт, а рукава 8 и 9 опущены в соответствующую емкость.

После приготовления растворов производят нагнетание в интервал проявлений пенопласта, для чего закрывают кран 7, открывают краны 6, 10 и 11 н пропуск смеси в колонну труб 12, в нижней части которых установлен па- кер 13 для герметизации затрубного пространства в процессе нагнетания смеси, включают насос 5, источник 14 сжатого газа (компрессор или баллон с газом), насос 15, подающий кислотный отвердитель во вспененную при помощи пеногенератора 16 смесь. Образовавшаяся отверждающаяся газожидкостная смесь (ОГЖС) поступает в интервал проявлений. Нагнетание ОПКС чередуют с нагнетанием раствора жидкого реагента-нейтрализатора. Для этого отключают кислотоподающий насос 15 и источник 14 сжатого газа, закрывают кран 10, перебрасывают всасывающий рукав 8 в емкость 3 с жидким реагентом-нейтрализатором. Переменное гидравлическое давление создается пульсатором 17. Полученный в пезультате реакции смолы, пенооб

0

5

разователя и отвердителя пенопласт представляет собой отверждающуюся газожидкостную смесь (ОГЖС). Нагнетание раствора реагента-нейтрализатора чередуют с нагнетанием отверж- дающейся газожидкостной смеси, стабилизированной твердым реагентом-нейтрализатором.

При нейтрализации и изоляции проявлений сероводорода в обводненных или сухих интервалах ствола скважины, когда происходит подсос и катастрофическое поглощение нейтрали- 5 зующих и изолирующих составов, нагнетание раствора реагента-нейтрализатора (пропитывание отверждающей- ся газожидкостной смеси раствором реагента-нейтрализатора) осуществляют во временном интервале максимальной интенсивности.его объемной сорбции отверждающейся газожидкостной смесью, определяемом по кривой кинетики объемной сорбции.

Количество раствора реагента-нейтрализатора в каждой нагнетаемой порции принимают не меньше одинарного и не больще тройного количества жидкой фазы в предшествующей порции JQ отверждающейся газожидкостной смеси. Газонаполнение отверждающ.ейся газожидкостной смеси осуществляют инертным газом.

С целью интенсификации процесса пропитки отверждающейся газожидкостной смеси раствором реагента-нейтрализатора на закаченную нейтрализукицую систему воздействуют переменным гидравлическим давлением.

Пропитка вспененной отверждающейся газожидкостной смеси, склонной к объемной сорбции, раствором реагента-нейтрализатора приводит к его рассредоточению в объеме отвержден- ной вспененной структуры. Это позволяет резко увеличить его реакционно- способную поверхность и обеспечивает рассредоточение и удержание реагента-нейтрализатора в зонах нейтрализации и изоляции проявлений сероводорода.

Использование пенопластов на основе карбамидоформальдегидных смол в качестве ОГЖС обусловлено тем, что они склонны к объемной сорбции раз- личньк жидкостей, в том числе жидких реагентов-нейтрализаторов. Эти пе- нопласты также стойки к действию большинства агрессивных сред (кроме

35

40

45

50

55

313684274

сильных кислот и щелочей), в том чис- забойную зону пласта, не должна ухудшать его коллекторские свойства. Таким требованиям отвечает ОГЖС,

ле и HjS. Поскольку жидкие реагенты- нейтрализаторы представляют собой растворы на водной основе, то следует отметить, что целостность структуры ячеек пенопластов на основе кар- бамидоформальдегидных смол не нарушается даже после 8 лет пребывания под водой.

В качестве носителя сорбируемого жидкостного реагента-нейтрализатора сероводорода возможно использование растворов реагента Т-66, Т-80, по- лиакриламида (ПАА), карбоксиметил- целлюлозы (КМЦ), а также миделярных растворов.

Высокая пенообразующая способность и совместимость с органическими жидкостями реагента Т-66, наряду с се- роводородонейтрализующини свойствами, позволяют использовать его не только в качестве пропитывающего нейтрализующего агента, но и в качестве пенообразователя при получении ОГЖС, а его низкая вязкость и легко- подвижность позволяют повысить проникающую способность и снизить вяз10

стабилизированная частичками твердого реагента-нейтрализатора, что позволяет удерживать частицы нейтрализатора во взвешенном, а затем в фиксированном состоянии и распределить их равномерно в объеме в виде тонкого слоя в пленках каркаса ОГЖС.

В качестве твердых реагентов-нейтрализаторов сероводорода, одновременно выполняющих функции дисперсно- 1g го стабилизатора (наполнителя) рт- .верждающейся газожидкостной системы, целесообразно применять тонкодис- пергированные водонерастворимые оксиды металлов, например ЖС-7 (тонкодисперсный железный сурик ), СНУД (магнетит специального помола Fe,jO ) ,ВНИИТБ-1 (МпО) ,а также очень малорастворимые карбонаты железа, меди, цинка и др.

Благодаря высоким структурно- механическим свойствам и удерживающей способности ОГЖС твердые дисперсные частицы реагента-нейтрализа- тора равномерно распределяются в объ20

25

0

стабилизированная частичками твердого реагента-нейтрализатора, что позволяет удерживать частицы нейтрализатора во взвешенном, а затем в фиксированном состоянии и распределить их равномерно в объеме в виде тонкого слоя в пленках каркаса ОГЖС.

В качестве твердых реагентов-нейтрализаторов сероводорода, одновременно выполняющих функции дисперсно- g го стабилизатора (наполнителя) рт- .верждающейся газожидкостной системы, целесообразно применять тонкодис- пергированные водонерастворимые оксиды металлов, например ЖС-7 (тонкодисперсный железный сурик ), СНУД (магнетит специального помола Fe,jO ) ,ВНИИТБ-1 (МпО) ,а также очень малорастворимые карбонаты железа, меди, цинка и др.

Благодаря высоким структурно- механическим свойствам и удерживающей способности ОГЖС твердые дисперсные частицы реагента-нейтрализа- тора равномерно распределяются в объ0

5

Изобретение относится к нефтегазовой пром-ти. Цель изобретения - повышение эффективности способа за счет интенсификации реакционной способности закачиваемых реагентов. В емкости готовят раствор карбамидоформальдегидной смолы, пенообразователя и твердого реагента-нейтрализатора сероводорода. Перемешивание при приготовлении растворов осуществляют насосом. Предварительно проводят определение кривой кинетики объемной сорбции пенопласта. Нагнетают периодически в зону проявлений сероводорода стабилизированный твердым реагентом-нейтрализатором пенопласт на основе карбамидоформальдегидной смолы, затем реагент-нейтрализатор сероводорода. Объем последнего в каждой нагнетаемой порции принимают не меньше одинарного и не больше тройного объема жидкой фазы в предшествующей порции пенопласта. Нагнетание раствора-нейтрализатора осуществляют во временном интервале его максимальной сорбции пенопласта, :на закаченные sj скважину реагенты воздействуют пере- .менным гидравлическим давлением. Газонаполнение пенопласта осуществляют инертным газом. 4 з.п. ф-лы, 2 ил. (Л

кость чрезмерно вязких нейтрализующих о ОГЖС за счет прилипания к пузырь- смесей на основе, например, ПАА и КМЦ при пропитывании и нагнетании.

кам газовой фазы, а затем при формировании пенопласта остаются в фиксированном состоянии, организуя ней- трализирующую проникающий сероводород завесу. Конце нтрация твердых реагентов-нейтрализаторов в ОГЖС определяется известными методами в зависимости от известной поглощающей способности реагента и поступления сероводорода.

Пропитка ОГЖС раствором эластичного полимера (ПАА, КМЦ) приводит такж к повьппению прочностных и упругих свойств нейтрализующего изолирующего пенопласта, что позволяет ему дольше и зффективнее срабатывать как нейтрализующей системе.

Для газонаполнения ОГЖС возможно использование негорючих газов, например дифтордихлорметана, или газов, резко уменьшающих опасность взрыва потенциально взрывчатого вещества, например азота, аргона, неона и других инертных газов.

Известно, что твердые, реагенты- нейтрализаторы сероводорода являются в основном окислами металлов, имеют значительную плотность и, быстро ; осаждаясь в воде, снижают или вообще теряют эффективность. Для удержания частиц нейтрализатора во взвешенном состоянии и увеличения времени контакта нейтрализатора и сероводорода рабочая среда должна иметь определенные структурно-механические свойства Кооме того, эта среда, попадая в прио ОГЖС за счет прилипания к пузырь-

5

0

кам газовой фазы, а затем при формировании пенопласта остаются в фиксированном состоянии, организуя ней- трализирующую проникающий сероводород завесу. Конце нтрация твердых реагентов-нейтрализаторов в ОГЖС определяется известными методами в зависимости от известной поглощающей способности реагента и поступления сероводорода.

В качестве водорастворимых реагентов-нейтрализаторов сероводорода возможно использование известных реагентов, в том числе Т-66 и Т-80, метал- лил сульфоната натрия (C H-jOjNa), медного купороса (), железного купороса (FeSO ) , буры (тетраборат натрия), силикатов натрия или калия и др.

Количество (объем) раствора реагента-нейтрализатора в каждой нагнетаемой порции принимает не меньше одинарного и не более тройного количества (объема) жидкой фазы в предшествующей порции ОГЖС, что обусловлено следующим.

Закачивание меньшего объема раствора реагента-нейтрализатора, как следует из данных фиг.2, может при0

5

вести практически к полной его объ eNrtioft сорбции ОГЖС, имеющей большее газожидкостное соотношение (кратность) . При этом, особенно в начальный период формирования пространственной сетчатой структуры пенопласта, когда система сохраняет подвижность, эта малая порция водного раствора реагента-нейтрализатора переходит, в жидкую фазу (матрицу) ОГЖС, несколько снижая газожидкостное соотношение. В этих условиях очередная порция водного раствора ОГЖС перестает выполнять функции разделительной (буферной) жидкости, компенсирующей упругость ОГЖС, и очередные порции ОГЖС образуют после отверждения (поликонденсации смолы) практически связанную ячеистую структуру во всей зоне проникновения в газопрояв- ляющий пласт.Таким образом,не обеспечивается долговременная способность жидкого раствора реагента-нейтрализатора, находящегося между слоями (порциями) пенопласта, нейтрализоват сероводород в случае его прохождения через ОГЖС в конечной стадии отверждения или после формирования пенопласта.

Закачивание объема раствора ре- агейта-нейтрализатора, превьшающего тройной объем жидкой фазы в предшествующей порции ОГЖС, также не обеспечивает достижения цели изобрете- ния. Оптимальной кратностью ОГЖС при изоляции газопроявляющих зон является 3-50, так как при меньших значениях реако снижаются упругие свойства системы, т.е. сжимаемость, необходимая для блокирования газоперетока в начальный период отверждения, а при больших значениях снижается механическая прочность и увеличивается газопроницаемость образующегося пенопласта за счет открытоячеистой структуры.

Нетрудно показать, что при низкой кратности предшествующей порции ОГЖС закачивание объема водного раствора реагента-нейтрализатора, превышающего объем жидкой фазы ОГЖС в 3 раза (VP / 3V), может привести за счет разбавления к снижению газожидкостного соотношения всей системы в 4 и более раз.

Например, если начальное соотношение (к) объема газа (Vj. ) к жидкой фазе (Vj) в ОГЖС составляло 10, то

при закачивании объема раствора

составит

Yx-

V + 3V.

--- 25 /.

4

Vp (30 5

0

5

0

5

0

5

0

5

a с учетом сорбции части 40 об.%) К 3,

Кроме того, особенно при малопорционном нагнетании ОГЖС и раствора реагента-нейтрализатора значительно увеличивается объем жидких неотвердевающих слоев,в зоне их про- никновения в пласт, а следовательно , уменьшается надежность изоляции проявления сероводорода при снятии внешнего давления, так как жидкая фаза может быть вытеснена под действием порового давления газоносного пласта.

На закаченную в газопроявляющий пласт нейтрализующую,и изолирующую систему, состоящую из чередующихся порций или слоев ОГЖС, стабилизиро- . ванной твердым реагентом-нейтрализатором сероводорода и водного раствора реагента-нейтрализатора, воздействуют переменным или пульсирующим по величине гидравлическим давлением, что вызывает ряд положительных эффектов.

В первой стадии отверждения ОГЖС, когда смесь еще достаточно подвижна, облегчается ее проникновение в блокируемые трещинно-поровые коллекторы, так как за счет переменного давления система испытывает сдвиговые напряжения,скорость которых определяется частотой пульсации. Поскольку газожидкостные системы относятся к псевдопластичным жидкостям, то с ростом скорости сдвига резко падает их вязкость и возрастает радиус проникновения в газопроявляющий пласт.

По мере формирования жесткой пространственной структуры пенопласта возрастает влияние фактора переменного давления на интенсивность его пропитывания раствором реагентов.

Под действием градиента переменного гидравлического давления и возникающих сдвиговых напряжений происходит разрушение дефектных связей в структуре отверждающейся ОГЖС и развитие упорядоченной в объеме открыто пористой структуры, что интенсифицирует сравнительно равномерное по объему проникновение раствора реагента- нейтрализатора.

. Кроме того, под действием переменного давления на водный раствор реагента в проницаемом пласте он испытывает знакопеременные с частотой пулъсаций давления изменения направления движения, поскольку является несжимаемой жидкостью. При увеличении давления движение происходит в пласт, а при уменьшении - в обратную сторону, что также способствует хорошему перемешиванию раствора реагента в зоне контакта с предыдущей и последующей порциями ОГЖС и более равномерному распределению при глощении в объеме пенопласта.

Пропитывание отверждающейся газожидкостной смеси раствором реагента- нейтрализатора во временном интервале максимальной интенсивности его объемной сорбции в условиях интенсив ного подсоса обеспечивает более полное и равномерное рассредоточение реагента-нейтрализатора в объеме ОГЖС. В этих условиях временной интервал между -нагнетанием ОГЖС и последующим пропитыванием реагентом- . нейтрализатором способствует также повышению надежности и качества установки пенопластового каркаса для последующей пропитки.

Построение кинетики объемной сорбции различных жидкостей отверждаюп ей- ся газожидкостной смесью или конечным продуктом - пенопластом может быть осуществлено с использованием известных методик.

Данные по кинетике водопоглощения карбамидных пенопластов показывают, .что с уменьшением кажущейся плотности (увеличением газожидкостного соотношения или кратности ОГЖС) водопоглощение увеличивается ввиду возрастания доли открытых ячеек. Поэтому поглощение для состава ОГЖС с большим газожидкостным соотношением будет больше (фиг.2). Отсчет времени при построении кривых кинетики объемной сорбции производился с момента ввода кислотного отвердите- ля во вспененную смолу при получении ОГЖС.

- В отношении газонаполнения ОГЖС,. необходимо отметить следующее. Свойства газовой фазы в ОГЖС по предлагаемому способу в большей степени определяют долговечность (старение) изоляционной перемычки. При использовании в качестве газовой фазы воздуха, содержащего кислород,особенно при локально повьш1енных температурах за счет сжатия воздушных пузырьков в процессе продавливания в изолируемый сероводородопроявляющий пласт,возможна реакция

ZHgS

+ 30.

250 +

.

0

0

5

Образующийся сернистый газ (диоксид серы) является сильным окислителем, имеет удушливый запах и токсичен. Наибольшая вероятность такой реакции существует при закачивании в ci-шьнопроницаемые пласты больших объемов ОГЖС с высоким газожидкост- 5 ным соотношением.

Применение в качестве газовой фазы малоактивных или инертных газов (азот, неон, аргон и др.) позволяет предупредить образование сернистого газа и снижение надежности изоляции сероводородопроявляющих пластов.

Под термином в интервале максимальной интенсивности его объемной сорбции принят временной интервал от начала отверждения ОГЖС, в течение которого отмечается максимальная объемная сорбция водных растворов пенопластом, полученным при конкретной рецептуре ОГЖС и газожидкостном соотношении. Временной интервал максимальной объемной сорбции определяется по кривым кинетики объемной сорбции (фиг.2) и соответствует интервалу времени, в котором угол наклона кривой: к оси абсцисс (время) является максимальным, так как при нагнетании раствора в более цозд- ний период времени интенсивность сорбции резко уменьшается, что отражается выполаживанием кривых.

Методика определения кривой кинетики объемной сорбции заключается в следующем, В стеклянном мерном сосуде приготавливается исходная полимерная смесь (смола + пенообразую- раствор) и вспенивается до заданного газожидкостного соотношения. Затем вводится отвердитель и в этот же сосуд заливается водный раствор

0

5

0

5

реагента-нейтрализатора объемом от одйого до трех объемов жидкой фазы в ОГЖС. После этого через определенные промежутки времени фиксируется по рискам мерного сосуда объем поглощенного (сорбированного) раствора реагента-нейтрализатора. Поскольку набухание карбамидной пены в водных растворах незначительно, то интенсивность объемной сорбции за данным промежутком времени W определяется из выражения

W.

uV

v

100 дб.%

где

AV,объем поглощенного раство-

ра, см

УГ.С объем ОГЖС (пенопласта). По полученным данным для конкрет- |ной рецептуры ОГЖС получают кривые I кинетики объемной сорбции водного раствора реагента-нейтрализатора (фиг.2) в зависимости от газожидкостного соотношения образующегося пенопласта и типа реагента.

Пропитывание ОГЖС в период време- ;ни максимальной объемной сорбции ха- рактеризуется более полным и равномерным рассредоточением водорастворимого реагента-нейтрализатора в объеме пористо-ячеистой структуры ОГЖС, которая имеет в зтот период формирования наиболее развитую и открытую для капиллярного всасывания и поглощения систему. Доказательством этого является форма кривых кинетики поглощения раствора реагента (фиг.2).

Пример. Исходные данные: глубина скважины, пробуренной в горной выработке - 100 м, интервал нейтрализации и изоляции проявлений сероводорода в зоне забоя представлен трещиноватыми, пористыми, напорными (проявляющими) и поглощающими жидкость породами. После каждых 2 мин нагнетания ОГЖС с расходом жидкой фазы 16 л/мин производят нагнетание раствора реагента-нейтрализатора сероводорода в количестве 32 л. Цикл повторяют до максимальной величины давления, развиваемого нагнетательным оборудованием, с учетом того, чтобы это давление не привело к гидроразрыву пласта, что нежелательно и фиксируется резким падением давления.

Дня данных геолого-технических условий было проведено 4 цикла нагне

тания ОГЖС и реагента-нейтрализатора с возрастанием давления без по- . следующего его падения до 2,0 Ша (20 кгс/см ). При этом газожидкостное соотношение регулировалось таким образом, чтобы его истинная величина в скважинных условиях находилась в пределах 20.

После нагнетания стабилизированных твердым реагентом-нейтрализатором порций ОГЖС и жидкого реагента-нейтрализатора производят воздействие на закаченную смесь переменным по

g величине гидравлическим давлением при помощи пульсатора 17, при этом кран 11 закрыт для предотвращения вредного воздействия гидравлических пульсаций на оборудование.

0 Для осуществления воздействия переменным гидравлическим давлением возможно использование поршневого или плунжерного бурового насоса, у которого демонтирован нагнетательный

5 клапан, а всасьшающий клапан или патрубок заглушен. В этом случае при возвратно-поступательном движении поршня или плунжера насоса происходит возвратно-поступательное движение

0 столба продавоЧной жидкости, воздействующего переменным давлением на закаченную смесь.

После нейтрализации и изоляции проявлений, сероводорода в призабой- ной зоне возникла необходимость установить искусственный сероводородо- нейтрализующий и изолирующий забой на глубине 50 м в обводненном, сухом интервале ствола скважины.

Для этого в интервал нагнетают . ОГЖС при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Карбамидоформаль- дегидная смола 5 КФ-Б. 40

Однопроцентный

раствор сульфонола40

Кислота ортофос- 0 форная ХЧ HjPO 2

Активированный

(измельченный)

магнетит18

Причем газонаполнение отверждаю- щейся газожидкостной смеси осуществлено азотом.

После начала интенсивной объемной сорбции жидкого реагента-нейтрализатора отверждающейся газожидкост5

0

55

л

ной смесью, определяемой по кривой кинетики объемной сорбции (для предложенного состава это время лежит в интервале 50-125 мин при газожидкостном соотношении 20, фиг.2), производят нагнетание жидкого реагента- нейтрализатора 1-66, введенного в концентрации 2 мас.% в 1-2%-ный раствор полиакриламида.

При этом количество жидкой фазы в закаченной порции ОГЖС составило 24 л, а количество закаченного затем реагента-нейтрализатора - 40 л.

Предлагаемый способ особенно эф- 15 одинарного и не больше тройного фективен при значительной мощности и объемов жидкой фазы в предшествую- газовом факторе сероводородопроявля- щей порции пенопласт. ющих пластов, расположенных в сильно- 3. Способ по п.1, отличат

проницаемых трещиноватых коллекторах, когда требуется закачивание большого объема реагентов-нейтрализаторов, в то время как известные способы не обеспечивают предотвраще-- ния прорыва сероводорода в скважину.

Формула и з.о бретения

36842712

шения эффективности способа за счет интенсификации реакционной способности закачиваемых реагентов, перед . нагнетанием раствора реагента-нейтрализатора в скважину закачивают стабилизированный твердым реагентом-нейтрализатором пенопласт на основе карбамид оформальде гид ных смол, причем 10 закачку ведут периодически.

ю щ и и с я тем, что предварительно проводят определение кривой кинетики объемной сорбции пенопласта, а нагнетание раствора-нейтрализатора осуществляют во временном интервале его максимальной объемной сорбции

пенопластом.

Фиг.1

,)

50

т150

Время tj мин

200

Фиг. 2