Способ термохимической обработки пласта Советский патент 1992 года по МПК E21B43/27 E21B43/24 

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к способам воздействия на призабойную зону пласта.

Известны способы теплового воздействия на призабойную зону скважин с целью удаления парафиновых и асфальто-смолистых отложений, ухудшающих нефтепроницаемость призабойной зоны, путем электропрогрева призабойной зоны и закачки в скважину теплоносителей - насыщенного или перегретого пара, горячей воды и т.п.

При электропрогреве призабойной зоны недостатками этих способов являются необходимость использования специального оборудования - глубинных электронагревателей, необходимость извлечения из скважины глубинно-насосного оборудования; длительность электропрогрева, которая составляет 3-7 сут, что влечет большой расход электроэнергии и длительный простой скважины, при этом глубина интервала продуктивного пласта не должна превышать 1200 -1400 м.

При закачке в скважину теплоносителей недостатки следующие: также необходи- мость использования специального оборудования для нагрева теплоносителей, большие потери тепла при закачке теплоносителей в скважину, что снижает эффективность обработки, ограниченная глубина скважин, в которых может использоваться данный способ (до 1000 м).

Известен также способ термохимического воздействия на призабойную зону пласта с применением гранулированного магния и соляной кислоты, взаимодействующих между собой с выделением тепла.

Недостатки этого способа следующие. При контакте с соляной кислотой (соляная кислота - реагент, обладающий высокими коррозионными свойствами) нефтепромысловое оборудование подвергается соляноVI

со ю о

кислотной коррозии с образованием солей железа, которые после нейтрализации кислоты, гидролизуясь, выпадают в осадок, закупоривая поровое пространство пласта, снижая, тем самым, его проницае- мость и, соответственно, продуктивность скважины.

При проведении термохимических обработок с применением гранулированного магния может наблюдаться образование в скважине и пласте нежелательных пробок на основе магния и его гидроксида вследствие нарушений технологического режима этих процессов и вследствие гидролиза магния, протекающего при его контакте с нагретым нейтрализованным соляно-кис- лотным раствором. Все это приводит к аварийным ситуациям в скважинах и требует дополнительных мероприятий для их ликвидации.

Известна самогенерирующая пенная система, включающая карбамид, нитрит натрия и соляную кислоту, компоненты которой вступают между собой в реакцию с выделением тепла и двух газов - азота и углекислого газа - по следующему суммарному уравнению:

2NaNOa + 2HCI + CO(NH2)2 - - 2NaC + 2№ + COz + ЗН20

Так как данная система содержит также ПАВ, то выделяющиеся в ходе реакции газы вспенивают ее.

Недостатком данной пенной системы является использование в качестве одного из компонентов соляной кислоты, вызывающей кислотную коррозию нефтепромыслового оборудования и закупорку порового пространства пласта продуктами коррозии. Соляная кислота -в отличие от азотной кислоты не образует с карбамидом малорастворимых комплексов и поэтому не может быть переведена перед закачкой в скважину в неактивную форму, лишенную коррозионных СВОЙСТВ.

Целью изобретения является повышение эффективности обработки за счет предотвращения коррозии нефтепромыслового оборудования и закупорки порового пространства пласта продуктами коррозии.

Поставленная цель достигается тем, что в качестве кислоты используют азотную кислоту в неактивной форме в виде ее ком- плекса с карбамидом, при этом комплекс получают предварительным смешением азотной кислоты и карбамида на поверхности.

Предлагаемый способ основывается на проведении экзотермической химической реакции непосредственно в призабойной зоне скважины между предварительно полученным на поверхности комплексным соединением азотной кислоты и карбамида и нитритом натрия.

Комплексное соединение азотной кислоты и карбамида (азотнокислый карбамид) получают смешением на поверхности концентрированной азотной кислоты (60% и более) и насыщенного раствора карбамида

CO(NH2)2 + НМОз - - Н2НСОМНз+ МОз

(2)

10 15 20

25

30

35

4045 5055 или упрощенно tCO(NH2)2 НМОз.

Для образования данного комплекса карбамид и азотную кислоту смешивают в стехиометрическом соотношении по основному веществу.

-Комплексная соль азотнокислого карбамида малорастворима в воде и выпадает в виде объемистого осадка, практически равного по объему суммарному объему азотной кислоты и карбамида.

Азотная кислота по своим химическим свойствам чрезвычайно агрессивный и кор- розионноактивный реагент. Однако, будучи связанной в комплексную соль с карбами-- дом, она полностью утрачивает свои кислот- ные и коррозионные свойства, не взаимодействует ни с карбонатами пород, ни с железом (нефтепромысловое оборудование). Таким образом, азотная кислота переводится в неактивную форму.

Нитрит натрия по своей химической природе является восстановителем. При добавлении раствора нитрата натрия к осадку азотнокислого карбамида последний тотчас же разрушается, образуя исходные продукты (азотную кислоту и карбамид), и происходит их окислительно-восстановительное взаимодействие с выделением тепла

2NaN02 + 2HN03 + CO(NHa)2 -

- 2J JaNOs + 2N2 + C02 + 3H2O + Q , (3)

где Q - тепловой эффект реакции, рассчитанный по закону Гесса и равный 789 кДж.

Для проведения реакции по уравнению (3) карбамид, нитрит натрия и азотную кислоту берут в эквимолярном соотношении, в результате чего половина карбамида после разложения комплекса не вступает в реакцию с остальными реагентами. Это необходимо для того, чтобы полностью связать азотную кислоту в неактивный комплекс, в поотивном случае половина кислоты окажется в несвязанном состоянии и не будет достигнуто упреждение коррозии нефте- промыслового оборудования и закупорки перового пространства пласта. Избыточный карбамид не может вызвать каких-либо осложнений в ходе реализации способа. После того, как основная часть реагентов вступит в реакцию и будет достигнута высокая температура (выше 200°С), избыточный, карбамид будет разлагаться с выделением аммиака и образованием биуретовой кислоты.

В расчете на 1 кг карбамида тепловой эффект реакции (3) составит 13150 кДж (на карбамид, принимающий участие в реакции). В расчете на весь карбамид, в том числе и избыточный, тепловой эффект сни- жается вдвое.

Однако в расчете на все три реагента, участвующих в реакции, получим следующее.

Если рассчитать количество тепла в расчете на 1 м3 смеси всех трех реагентов, то в случае азотной кислоты 60%-ной концентрации получим (0,353 м3 карбамида + + 0,263 м3 азотной кислоты + 0,384 м3 нитрита натрия) 1367,5 МДж. Прирост темпера- туры 256°С.

Растворы карбамида и нитрита натрия берут максимально возможных концентраций при данной температуре.

При 20°С растворимость карбамида и нитрита натрия составляет соответственно 1047 и 829 кг на 1 м3 воды. .

Плотность таких растворов составляет соответственно 1,145 и 1,356, а их массовая концентрация 51,2 и 45,3%. Целесообраз- ным является использование именно таких растворов, так как применение более разбавленных растворов приводит к увеличению доли воды в растворе и, тем самым, к снижению температурного эффекта.

В случае азотной кислоты 95%-ной концентрации на 1 м3 смеси реагентов (0,172 м3 азотной кислоты + 0,394 м3 карбамида + + 0,434 м3 нитрита натрия) получим 1547,7 МДж тепла. Расчетный прирост тем- пературы 284°С.

. Таким образом, за счет тепла, выделяющегося в ходе реакции, температура в обрабатываемой зоне возрастает на 250 - 280°С, что позволяет полностью удалить отложе- ния смол и парафинов со стенок скважин и в призабойной зоне пласта.

По известному способу реакция гто уравнению (1) Дает тепловой эффек, равный 854,3 кДж.

В расчете на 1 кг карбамида количество выделяющегося тепла составляет 14238,5 кДж.

Если для реакции применяют все реагенты максимально возможных концентраций - 51,2%-ный раствор карбамида, 45,3%-ный раствор нитрита натрия и 31%- ную соляную кислоту (промышленностью выпускается соляная кислота с концентрацией 27,5 и 31 %), to в расчете на 1 м смеси растворов всех трех реагентов (0,427 м карбамида + 0,195 м нитрита натрия + 0,378 м3 соляной кислоты) количество полученного тепла составит 1627,38 МДж. Прирост температуры в результате реакции 1 м3 реагентов составит порядка 330°С.

Таким образом, по известному „способу тепловой эффект и прирост температуры несколько выше, чем по предлагаемому способу.

Однако соляная кислота не образует с карбамидом комплексов, подобных азотно- кислому карбамиду и, следовательно, не может быть переведена в неактивную форму. Соляную кислоту закачивают в скважину в виде исходного раствора, что приводит к коррозии нефтепромыслового оборудования и выпадению закупоривающих пласт продуктов коррозии.

Подобные малорастворимые комплексы с карбамидом из всех минеральных кислот образует только азотная кислота высокой концентрации, другие кислоты (соляная, серная, фосфорная, плавиковая и т.д.) таких комплексов не образуют.

Уже указывалось, что половина,всей массы карбамида после образования комплекса, доставки его в скважину и разложения при контакте с нитритом натрия дальнейшего участия в реакции не принимает, поэтому тепловой эффект реакции в расчете на весь карбамид снижается вдвое, соответственно, происходит снижение и температурного эффекта.

Однако с учетом всех трех реагентов расчеты показывают следующее.

Для 60%-ной азотной кислоты с учетом избытка карбамида прирост температуры составляет 256°С без учета избытка расчетный прирост температуры составил бы 302°С, для 95%-ной азотной кислоты - соответственно 284 и 344°С.

Таким образом-, потери в приросте температуры составят от 15,2 до 17,4%.

Для расплавления и удаления парафинов и смол достаточен прирост температуры ,ив80- 100°С.

Таким образом, некоторые потери тепла из-за избытка карбамида не окажут како- го-л,ибо существенного влияния на

эффективность удаления парафиновых и смолистых отложений в пласте.

Соотношения реагентов в расчете на 1 м3 азотной кислоты разных концентраций, а также тепловые эффекты и прирост температуры в расчете на данные количества реагентов приведены в таблице.

Реакция по уравнению (3) протекает непосредственно в обрабатываемой зоне ниже башмака подъемных труб. Все реагенты и продукты реакции хорошо растворимы в воде, поэтому исключается возможность закупорки перового пространства пласта или каких-либо других осложнений при реализации способа.

В зависимости от горно-геологических условий предлагаемый способ может быть реализован по двум технологическим схемам.

В скважинах с низкой приемистостью {ориентировочно до 50 м /ч) или небольшим объемом ствола скважины ниже башмака подъемных труб способ целесообразно осуществлять параллельной закачкой суспензии азотнокислого карбамида и раствора нитрита натрия через затрубное пространство и насосно-компрессорные трубы. Выбор канала , по которому идет закачка первого или второго реагента, не имеет принципиального значения, так как оба реагента коррозионнопассивны, а потребные их объемы близки. В слабопоглощающих скважинах такая схема обеспечивает эффективное смешение реагентов на базе скважины ниже башмака подъемных труб, а объем закачиваемых реагентов не ограничивается объемом подбашмачного пространства скважины.

В скважинах с высокой приемистостью и достаточным объемом подбашмачного пространства способ реализуют последовательной закачкой сначала суспензии азотнокислого карбамида, затем раствора нитрита натрия. В процессе закачки суспензия азотнокислого карбамида оседает на забое скважины, образуя хорошо проницаемый слой соли, ее дисперсный характер ограничивает ее проникновение в пласт. За- . качиваемый в последующем раствор нитрата натрия легко контактирует с солью и вступает с ней в экзотермическую реакцию. При необходимости нагретый раствор продавливают в пласт.

Обе технологические схемы могут быть реализованы с получением азотнокислого карбамида в стволе скважины путем смешения на устье азотной кислоты и раствора карбамида. Для этого к устью скважины через тройник подсоединяют две нагнетательные линии, через которые насосными

агрегатами подают расчетные количества (см. таблицу) азотной кислоты и раствора карбамида. Смешиваясь после тройника, реагенты вступают во взаимодействие и образуют азотнокислый карбамид. Реакция протекает практически мгновенно, и в стволе скважины движется уже водная суспензия азотнокислого карбамида. В этом случае отпадает вероятность осложнений

при закачке суспензии, а способ реализуется обычными насосными агрегатами, перекачивающими чистые жидкости.

Пример1.В скважине глубиной 2500 м производят термохимическую обработку с целью удаления отложений парафинов и смол. Внутренний диаметр эксплуатационной колонны 122 мм. Скважина оборудована насосно-компрессорными трубами диаметром 73 мм, которые спущены на глубину 2300 м, Интервал перфорации 2320 - 2470 м.

Для проведения работ с получением азотнокислого карбамида в скважине ее устье обвязывают следующим образом: к затрубному пространству подсоединяют линию для нагнетания раствора нитрита натрия, а к насосно-компрессорным трубам через тройник - две линии для нагнетания азотной кислоты и раствора карбамида.

Затем начинают одновременно закачку через затрубное пространство 1,1,5 м3 раствора нитрита натрия 45,3%-ной концентрации с расходом 13,0-10 м3/с и через насосно-компрессорные трубы 7,9 м3

60%-ной азотной кислоты с расходом 2,23 103 м3/с и 10,6 м3 51,2 %-ного раствора карбамида с расходом 3,0-103 м3/с. Такие расходы обеспечивают одновременное поступление реагентов к башмаку подъемных

труб.

После закачки 11,5м3 раствора нитрита натрия его продавку ведут пресной водой объемом 5,7 м .

Через 22 мин реагенты достигают баш-

мака подъемных труб, после яего расход через затрубное пространство снижают до 3,25-10 м/с, а закачку через Насосно-компрессорные трубы продолжают с начальным расходом для обеспечения смешения и

полного реагирования раствора нитрита натрия и суспензии азотнокислого карбамида ниже башмака подъемных труб встехиомет- рическом соотношении.

Прореагировавший нагретый раствор

продавливают в пласт закачкой в насосно- компрессорные трубы и затрубное пространство по 1,1 мэ пресной воды.

После этого скважину осваивают и пускают в эксплуатацию.

Пример 2. В скважине глубиной 2000 м производят термохимическую обработку. Внутренний диаметр эксплуатационной колонны 122 мм, насосно- компрессорные трубы диаметром 73 мм спущены на глубину 1500 м. Интервал перфорации 1600- 1980м. К насосно-компрессорным трубам через тройник подсоединяют две линии, через которые одновременно закачивают 1,64 м 80%-ной азотной кислоты и 3,11 м 51,2%- ного раствора аммиака. Растворы, смешиваясь в насосно-компрессорных трубах, образуют суспензию азотнокислого карбамида.

IО

Затем закачиваютт 1,5 м нефти в качестве буферной жидкости, чтобы предотвратить преждевременное взаимодействие азотнокислого карбамида и нитрита натрия. После этого с тем же расходом закачивают 3,4 м3 45,3%-ного раствора нитрита натрия.

Далее суспензию азотнокислого карбамида и раствор нитрита натрия пресной водой продавливают в интервал ниже башмака подъемных труб. Суспензия оседает, заполняя весь обрабатываемый интервал, после чего через нее проходит раствор нитрита натрия. При этом происходит их реагирование и нагрев всего объема жидкости, которую затем продавливают в пласт пресной водой. Далее скважину осваивают и пускают в эксплуатацию.

Положительный эффект от использования предлагаемого способа заключается в следующем.

Вследствие того, что азотная кислота

доставляется на забой скважины в неактивной форме, упреждается коррозия нефтепромыслового оборудования, закупорка порового пространства пласта, тем самым, повышается эффективность термохимической обработки.

В результате этого после освоения и пуска скважины в эксплуатацию дополнительная добыча нефти оценивается в 1000 - 2000 т за время действия эффекта.

По известным способам может быть достигнута такая же эффективность, но при возрастании в 2 - 3 раза текущих затрат на обработки с коррозией и т.д.

Формула изобретения

Способ термохимической обработки пласта, включающий закачку в пласт карбамида, нитрита натрия и кислоты, отличающийся тем, что, с целью повышения

эффективности обработки за счет предотвращения кислотной Коррозии нефтепромыслового оборудования и закупорки порового пространства пласта продуктами коррозии, в качестве кислоты используют

азотную кислоту в неактивной форме в виде ее комплекса с карбамидом, при этом комплекс получают предварительным смешением азотной кислоты и карбамида на поверхности.

Перед закачкой в пласт азотную кислоту смешивают с карбамидом. Получают азотную кислоту в неактивной форме в виде ее комплекса с карбамидом. При добавлении раствора нитрита натрия к осадку азотнокислого карбамида последний сразу разрушается, образуя исходные продукты - азотную кислоту и карбамид. Реакция идет с повышением температуры. 1 табл. т С

Процентная концентрация раствора «Твиномй эффект реакции.