Способ обработки карбонатного продуктивного пласта Советский патент 1992 года по МПК E21B43/22 E21B43/27 

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, конкретно к физико-химическим способам интенсификации добычи нефти из карбонатных пластов.

Известен способ обработки приза- бойной зоны скважины, включающий последовательную закачку в скважину органического растворителя, деэмульгатора и гидрофобной нефтекислотной эмульсии. Способ повышает эффективность кислотной обработки за счет замедления скорости взаимодействия кислоты с породой пласта и тем самым увеличивает глубину проникновения кислоты в пласт.

Недостаток этого способа - низкая эффективность в скважинах, в которых продуктивные пласты сложены низкопроницаемыми породами. В этих случаях гидрофобная эмульсия не может проникать вглубь пласта из-за своей высокой вязкости. Этому препятствует также то, что размеры дисперсий (глобул) кислоты в эмульсии больше диаметра фильтрационных пор и каналов в породе пласта. Поэтому этот способ находит применение лишь для обработок трещиноватых высокойроницэемых пластов.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ кислотной обработки призябойной зоны нефтяного пласта, включающий закачку в пласт гидрофобной эмульсии и раствора кислоты. При этом достигается временное

1

ю о

1КЭ

ГО

I

закупоривание высокопроницаемых про- пластков эмульсией и обработка кислотой оставшихся низкопроницаемых интервалов пласта.

Существенным недостатком данного способа, снижающим его эффективность, является малая глубина проникновения кислоты в пласт. Закачиваемая кислота сразу реагирует с породой пласта непосредственно в призэбойной зоне, образуя каналы растворения (полости) вблизи стенки скважины. Увеличение объема закачивае- мой кислоты в пласт не приводит к увеличению глубины обработки пласта, а ведет лишь к возрастанию объема этих полостей в зоне перфорационных каналов около скважины. Кроме того, водный раствор кислоты не может полностью удалять из пласта продукты химических реакций, особенно нерастворимых твердых частиц (сульфатов кальция, магния); осаждающихся на стенках пор и каналов и закупоривающих их.

Цель изобретения - повышение эффективности обработки пласта за счет увеличения глубины проникновения кислоты и полного удаления из пласта продуктов реакции.

Указанная цель достигается тем, что согласно способу обработки карбонатного пласта, включающему закачку в него гидрофобной эмульсии и кислоты, поле закачки кислоты в пласт последовательно вводят смесь кислоты с моносульфатным щелоком при соотношении кислоты к щелоку от 5:1 до 1:1 и нефтекислотную эмульсию, дисперсная фаза которой представлена смесью кислоты с моносульфитным щелоком при указанных соотношениях.

Закачка технологических жидкостей в пласт по предлагаемому способу сопровождается следующими физико-химическими процессами.

Гидрофобная эмульсия с высокой вязкостью, величину которой регулируют измене- нием концентрации водной фазы и эмульгатора, при закачке в пласт блокирует высокопроницаемые трещиноватые про- пластки и тем самым предохраняет их от ненужного воздействия кислоты. Объектом воздействия кислоты остаются относительно низкопроницаемые прослои, в каналы и поры которых гидрофобная эмульсия войти не может по своим физико-дисперсным свойствам, В результате обработки химически активной кислотой этих прослоев образуются каналы растворения в призабойной зоне - своеобразные надрезы в пласте. Увеличение объема кислоты при этом не приводит к увеличению протяженности образующихся каналов растворения, а лишь

создает каверны в приствольной зоне скважины. Поэтому объем закачиваемой кислоты незначителен и составляет общепринятую на практике величину - 0,3-1,0 м3

на 1 м вскрытой толщины пласта.

Смесь кислоты с моносульфитным щелоком (МСШ), закачиваемая вслед за обычной кислотой, через надрезы в призабойной зоне пласта проникает в глубь

0 пласта и начинает контактировать с кисло- торастворимым материалом.Предлагаемая рецептура кислотной смеси обладает низкой химической активностью по отношению к карбонатам (скорость реакции снижена в

5 30-60 раз). В основном за счет этого достигается постепенная глубокая кислотная обработка пласта.

Механизм замедления химического- действия кислотной смеси на карбонаты

0 следующий. Высокоактивные компоненты МСЩ мгновенно адсорбируются на породе, образуя при этом защитную пленку, которая резко замедляет скорость реакции. Усилению этого замедления и увеличению прони5 кающей способности кислоты способствует сильное снижение поверхностного натяжения кислотной смеси за счет наличия в составе МСЩ, Низкое поверхностное натяжение (меньшее, чем у пластовой неф0 ти), улучшенные смачивающие свойства по- зволяют кислотной смеси хорошо растекаться и фильтроваться по гидрофобной поверхности породы.

Комплекс этих физико-химических

5 свойств позволяет кислотной смеси замедленного действия образовывать в плотной породе хорошо развитую глубоко проникающую в пласт сеть каналов растворения. Нефтекислотная эмульсия, дисперсная

Q фаза которой представлена смесью кислоты с МСЩ, закачиваемая вслед за кислотной смесью замедленного действия, задавлива- ет эту смесь еще глубже в пласт. Далее неф- текислотная эмульсия достигает не

5 обработанных кислотной смесью удаленных участков пласта, где начинается постепенное выделение из эмульсии кислотной смеси замедленного действия. Так достигается транспортирование новой порции кисg потной смеси замедленного действия в глубь пласта без ее потерь в объеме и активности. За счет этого доставленная кислотная смесь еще более удлиняет протяженность обработанных участков. Та5 к.им образом, развитая сеть новых фильтрационных каналов проникает еще глубже в пласт.

Своеобразная транспортная функция нефтекислотной эмульсии на этом не кончается. При фильтрации эмульсии в пласте

происходит перемешивание ее с растворимыми и не растворимыми в воде продуктами реакции кислоты с карбонатным материалом в пласте. За счет наличия в составе эмульсии, а также в составе кислотных смесей и на породе пласта повышенных концентраций мицеллообразующих ПАВ с высокой межфазной активностью происходит связывание и внедрение продуктов реакции, частичек породы пласта в нефтекислотную эмульсию. Таким образом, из состава нефтекислотной эмульсии постепенно выделяются водные дисперсии кислотной смеси, а параллельно происходит процесс наполнения эмульсии водными дисперсиями солей кальция, магния, а также твердых мелкодисперсных продуктов реакции. Тиксотропные свойства нефтекислотной эмульсии позволяют надежно транспортировать эти продукты реакций из пласта в скважину по окончании процесса обработки пласта и пуска скважины в работу.

Таким образом, предлагаемый способ обеспечивает не только глубокую кислотную обработку продуктивного пласта (что особенно важно в низкопроницаемых неф- тенасыщенных интервалах этого пласта), но и практически полный вынос продуктов химреакций из пласта, неизбежно снижающих проницаемость вновь образованных фильтрационных каналов.

При сравнении предлагаемого способа с известными выявлены способы обработки пластов, заключающиеся в закачке в пласт кислотных смесей замедленного действия (загущение кислоты, добавки, снижающие фильтрацию, добавка хлористого кальция, добавка ПАВ), а также способы, основанные на закачке в пласт гидрофобной нефтекислотной эмульсии.

Преимущество сочетания двух технологических жидкостей (кислотной смеси замедленного действия и гидрофобной нефтекислотной эмульсии), закачиваемых последовательно одна за другой после предварительного блокирования высокопроницаемых пропластикоа и вскрытия кислотой низкопроницаемых интервалов продуктивного пласта, по сравнению с известными в технике раздельными операциями их применения заключается в том, что это сочетание дает новый технический эффект.

Новый технический эффект проявляется в следующем.

Глубина воздействия на низкопроницаемые нефтенасыщенные интервалы пласта возрастает в 3-4 раза (сверхсуммарный эффект). Это достигается за счет снижения реакционной способности попой кислотной смеси по сравнению с известными составами аналогичною назначения в 2 -4 разя, л также за счет последующей доставки в глубь 5 пласта кислоты в виде дисперсной фазы гидрофобной нефтекислотной эмульсии, где эта кислота после выделения из состава эмульсии не мгновенно реагируете породой (как в известных рецептурах нефтекислот- 10 ных эмульсий), а процесс растворения карбонатов также замедляется в 30-60 раз.

Одновременно с этим достигается очистка образующейся развитой сети глубоких фильтрационных каналов от продуктов ре- 5 акций как жидких, так и твердых дисперсий за счет замедленного процесса реакции кислоты, выделяющейся из нефтекислотной эмульсии, что обеспечивает возможность протекания параллельного процесса напол0 нения объема пока неразложившейся эмульсии жидкими и твердыми продуктами реакций. Быстрый спонтанный.процесс выделения активной (обычной)кислоты из состава известных рецептур нефтекислотных

5 эмульсий, применяющихся сейчас на практике, и, как следствие, протекание вслед за этим быстрых экзотермических реакций, не позволяют известными способами значительно увеличить глубину воздействия. При

0 этом транспортирование вредных продуктов реакций исключается из-за очень быстрого процесса разрушения эмульсии на составляющие компоненты.

Таким образом, принципиальное отли5 чие предлагаемого способа заключается в том, что впервые после глубокой обработки пласта кислотной смесью замедленного действия (традиционно на этом обработка пласта считалась завершенной) дополниQ тельно закачивают нефтекислотную эмульсию, которая не только доставляет новую порцию кислотной смеси замедленного действия в относительно удаленную зону пласта, но и выполняет новую Функцию 5 обратного транспорта, но уже вредных продуктов реакций из вновь образованных каналов растворения в скважину.

В результате лабораторных исследога- ний в качестве замедлителя химических реQ акций соляной кислоты с карбонатами выбран МСЩ - отход целлюлозно-бумажного производства, предел.ч пляющий собой вязкую темно-коричневую жидкость (ТУ 13- 7308001-453-84), который не находит целес вого применения, а в малых количествах используется в литейном деле.

В табл. 1 приведены результаты исследований по изучению влияния МСЩ на замедление скорости ролкнин соляной кислоты с карбонатами. В срдмнительных

опытах используют 24%-ную соляную кислоту по ТУ 6-01-714-87.

При относительно малой дозировке в кислоту МСЩ (соотношения кислота:МСЩ 11:1, 6:1) относительное замедление скорости реакции кислотных смесей характеризуется небольшими величинами. В то же время увеличение доли МСЩ в кислотных смесях по отношению к доле кислоты (соотношения кислота : МСЩ 1:2, 1:3) не приводит к возрастанию величины относительного замедления химического процесса растворения. Если первое объясняется недостаточным количеством МСЩ в смеси, то второе - перенасыщением смеси этим реагентом. При этом снижение величины относительного замедления скорости реакции происходит из-за.критического разбавления кислоты в смеси раствором МСЩ, а химическая активность этой разбавленной смеси уже недостаточна для эффективной обработки карбонатной породы. Поэтому оптимальным соотношением кислоты и МСЩ в смеси, обеспечивающим технологически целесообразные и приемлемые величины замедления реакции, является предел от 5:1 до 1:1. При этом относительное замедление реакции в 30-60 раз является тем положительным свойством новой кислотной смеси, которое в 2-4 раза превосходит аналогичное свойство известных кислотных смесей замедленного действия.

Сравнительные испытания предлагаемого способа проведены в лабораторных условиях на литейных моделях неоднородного трещиноватопорового пласта. Длина модели 2 м, давления закачки реагентов от 0,2 до 3,0 МПа. Естественный карбонатный материал и другие параметры экспериментов обеспечивают соблюдение общепринятых критериев автомодельности процесса в лаборатории со скважинными. и пластовыми условиями.

Методика испытаний заключается в следующем. В модель пласта последовательно закачивают гидрофобную эмульсию (состав, %: нефть 35; раствор хлористого кальция 63; эмульгатор ЭС-2 2). соляную кислоту 15,5%- ной концентрации, кислотную смесь (соотношение кислоты п МСЩ 5:1) и нефтекислотную эмульсию (состав, %: нефть 44, кислотная смесь при соотношении кислоты и МСЩ 2:1 55,5; эмульгатор ЭС-2 0.5). Фиксируют глубину химической обработки карбонатной породы в модели пласта при определенных давлениях закачки химреагентов. Аналогично проводят эксперименты по закачке в модели химреагентов по известным способам, конкретно, закачивают отдельно только соляную кислоту, отдельно - соляную кислоту

в смеси с раствором хлористого кальция (известная кислотная смесь замедленного действия - относительное замедление в Ю-15 раз), отдельно закачивают гидрофобную

нефтекислотную эмульсию (состав, %: нефть 39,5; соляная кислота 60; амины 0,5), а также испытывают способ обработки согласно прототипу, т.е. последовательно закачивают водонефтяную гидрофобную

0 эмульсию (аналогичную по составу эмульсии, взятой в первом опыте), а затем соляную кислоту. Глубину обработки модели пласта фиксируют по наличию и обьему углекислого газа, выделяющегося при реак5 ции по длине модели,.

В табл. 2 приведена глубина обработки модели карбонатного пласта кислотосодер- жащими жидкостями.

Результаты экспериментов убедитель0 но доказывают высокую эффективность обработки карбонатной породы по -предлагаемому способу. Глубина воздействия возрастает в 3-4 раза и более по сравнению с известными способами кислотной

5 обработки. Причем глубина обработки по предлагаемому способу больше суммарной глубины обработки карбонатной породы кислотной смесью известной рецептуры и гидрофобной нефтекислотной эмульсией

0 известного состава.

Эффективность удаления продуктов реакции из карбонатной породы определяют следующим образом. Опыты 1. 3 и 4 повторяют на моделях пласта 0,5 м, причем для

5 сравнения во всех трех опытах глубину делают одинаковой и равной 0,35 м. Затем модели поворачивают на 180° и через них фильтруют нефть до стабильного процесса. Так как начальные проницаемости моо делей практически одинаковы, одинакова также во всех опытах глубина кислотной обработки и остальные условия, то конечную проницаемость моделей определяют только качеством выноса продуктов реак5 Ции из породы, из числа которых наибольший вред представляют наиболее трудноизвлекаемые твердые частички гипса и ангидридов.

В табл. 3 показано изменение проница0 емостей моделей после кислотных обработок карбонатов.

Сравнительные опыты показали, что в одинаковых условиях эксперимента эффективность предлагаемого способа выше в

5 1.7-2 раза по сравнению с известными, причем этот эффект достигается не за счет глу- бины обработки, а лишь за счет качественного удаления продуктов реакции из породы. Удалению из пласта гипса, образующегося s результате реакций соляной

кислоты с карбонатными породами, дополнительно способствует обнаруженный эффект замедления роста кристаллических зародышей сульфатов кальция с последующим их рэстр.орением в МСЩ.

В табл. 4 приведены результаты исследования сравнительной растворимости сульфатов кальция в МСЩ, кислоте и воде в зависимости от температуры.

Как видно, в МСЩ эффект растворения сульфатов кальция в 2-4 раза выше, чем е соляной кислоте, и в 4-6 раз выше, чем в воде, как при пониженных температурах (охлаждение пласта при закачке холодных реагентов), так и при повышенных (экзотермические реакции соляной кислоты в пласте).

Пример. Предлагаемый способ обработки карбонатного пласта испытан на нефтяной скважине N 17914 Ромашкинского месторождения. Некоторые геолого-технические данные скважины: глубина искусственного забоя 796 м, диаметр колонны 169 мм, эксплуатационный горизонт - С2, интервал перфорации 783-795, тип насоса - НГН-32, глубина установки насоса 760 м.

После подъема оборудования из скважины была спущена колонна НКТ до нижних перфорационных отверстий. По НКТ закачали 18 м гидрофобной эмульсии вязкостью 602 сП (состав, %: нефть 35; пластовая вода 62; эмульгатор СНПХ-6016 3). Давление закачки при этом возросло с 5,0 (начало процесса) до 12,0 МПа. На этом тампонирование высокопроницаемой зоны пласта было закончено. Вслед за этим в пласт по НКТ закачали 6 м 15%-ной соляной кислоты. Давление с 12,0 снизилось в конце закачки до 3,0 МПа (вскрытие нового неработающего интервала пласта). Затем в пласт закачали 13 м смеси 24%-ной соляной кислоты с МСЩ в соотношении кислота : МСЩ 1:1. Давление при закачке изменялось от 3,0 до 6,0 МПа. Вслед за этим осуществили закачку в пласт 12м3 неф- текислотной эмульсии (состав, %: нефть 41; кислота в смеси с МСЩ в соотношении 1:1 58; эмультал 1). Давление при закачке составило (начало процесса) 9,0 МПа, а в конце

процесса - 3,0 МПа. Эмульсию продавили м пласт нефтью. Скважину оставили в покое на реагирование из 24 ч. Зягем забой промыли нефтью. На этом обработку пласта зя- вершили. Через 1 сут скважину пустили « эксплуатацию.

В табл. 5 приведены результаты обработки карбонатного пласта на скв. NS 17914 предлагаемым способом.

Предлагаемый способ обработки карбонатного продуктивного пласта обеспечивает:

увеличение работающей толщины пласта в 2,0-2.4 раза:

увеличение проницаемости не только призабойной зоны пласта в 9-10 раз, но и удаленной зоны пласта в 2 раза. т.е. достигается глубокая обработка продуктивного пласта;

эффективное удаление продуктов реакции из новых фильтрационных каналов, что повышает их нефтепроницаемость:

уменьшение притока воды за счет вскрытия и вовлечения в эксплуатацию новых нефтенасыщенных интервалов и нефтеносных зон продуктивного пласта;

кратное увеличение производительности скважин по нефти.

Гарантированный экономический эффект при внедрении способа в нефтяную промышленность составит 7-8 тыс.руб. на одну скважино-операцию.

Формулаизобретения- Способ обработки карбонатного продуктивного пласта, включающий закачку в него гидрофобной эмульсии и кислоты, о т- ли чающийся тем, что, с целью повышения эффективности обработки за счет увели- чения глубины проникновения кислоты в пласт и полного удаления из него продуктов реакции, после закачки кислоты в пласт последовательно вводят смесь кислоты с моносульфитным щелоком при соотношении кислоты к моносульфитному щелоку от 5.1 до 1:1 и нефтекислотную эмульсию, дисперсная фаза которой представлена смесью кислоты с моносульфыгным щелоком при указанных соотношениях.

Таблица 1

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, конкретно к физико-химическим способам интенсификации добычи нефти из карбонатных пластов. Цель изобретения - повышение эффективности обработки за счет увеличения глубины проникновения кислоты и полного удаления из пласта продуктов реакций. В пласт последовательно закачивают гидрофобную эмульсию, соляную кислоту, кислотную смесь (кислота и моносульфидный щелок (МСЩ) при соотношении кислота : МСЩ от 5:1 до 1:1) и гидрофобную нефтекислотную эмульсию. Смесь кислоты с МСЩ, закачиваемая вслед за кислотой через трещинки в призэбойной .зоне, проникает вглубь пласта и начинает контактировать с кисло- ортаство.римым материалом. Высокоактивные компоненты МСЩ адсорбируются на породе, образуя защитную пленку, которая замедляет скорость реакции. 5 табл. сл

По сравнению со скоростью реакции кислотных растворов эквивалентных концентраций.

Таблица 2

Таблица 3

Таблица 4

Таблица 5