Способ получения структурированной жидкости для разрыва пласта Советский патент 1992 года по МПК E21B43/26 C09K7/02 

СО

с

Цель - улучшение технологических свойств жидкости в процессе эксплуатации путем снижения ее вязкости, содержания твердой фазы и полной деструкции под воздействием соляной кислоты при одновременном уменьшении ее расхода, а также сокращение времени приготовления и расширения номенклатуры используемых реагентов. Способ заключается в обработке минерализованной воды, содержащей от 119 г -ион/дм3 ионов кальция идо насыщения фосфорной кислотой или дигидрофос- фатами аммония, или щелочных металлов, или продуктами, содержащими их в своем составе, в концентрации 0,8 - 0,9 мас.% (в пересчете на PaOs) с последующим введением водного раствора едкого натра или аммиака до значений рН 6 - 8. В качестве источников ионов кальция используют хлорид, нитрат или бромид кальция или их смеси между собой. 1 табл.

Изобретение относится к нефтегазовой промышленности, конкретно к способам получения структурированной жидкости на водной основе, которая может быть использована в качестве жидкости - песконосите- ля для проведения операции разрыва нефтегазовых пластов, жидкости глушения скважин или надкамерной жидкости.

Известен способ получения жидкости на водной основе для разрыва газовых пластов, заключающийся в механическом смешивании 20%-ного раствора хлористого натрия с концентратом сульфит-спиртовой барды (ССБ) в объемном соотношении 1 : 1 1.

Образующаяся жидкость имеет значения плотности 1165 кг/м3, динамической вязкости 37,3 МПа с, водоотдачи 2 см3/30 мин. Песок фракциями 0,8 - 1,2 мм осаждается из такой жидкости со Скоростью 66 м3/ч.

Известен способ получения структурированной жидкости для разрыва пласта, включающий смешение водного раствора хлорида цинка с 40%-ным раствором едкого натра до рН 2 - 5,7 с образованием гидро- ксида цинка в виде конденсированной твердой фазы и последующее введение сухой карбоксиметилцеллюлозы (КМЦ-600) при перемешивании до ее полного растворения при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:

Хлорид цинка5-55

Едкий натр2,5 - 15

КМЦ-600 1,5-3,0

ВодаОстальное

На приготовление 20 м3 такого состава в производственных условиях затрачивается 5-7 ч.

Полученная этим способом структурированная жидкость обладает значениями

NJ 0 GJ

Os

N

плотности 1090 - 1800 кг/м , условной вязкости - 33 - 200 с, водоотдачи - 0 - 8 см3/30 мин, СНС через 1 и 10 мин покоя - 0,8(1 - 21)33 дПа соответственно. Расчеты свидетельствуют, что проведенное в составе ко- личество едкого натра образует от 3,1 до 18,6 мас.% конденсированной твердой фазы. Деструкция состава в трещине разрыва достигается за счет нейтрализации конденсированной твердой фазы соляной кислотой 27%-ной концентрации. Согласно проведенным расчетам на полное растворение такого количества твердой фазы требуется от 85 до 508 кг 27%-ной соляной кислоты на 1 т состава.

Конкретный пример получения состава в лабораторных условиях по данному способу.

Для этого к 405 см3 40%-ного водного раствора хлорида цинка плотностью 1417 кг/м3 при перемешивании на смесителе Воронеж-2 с частотой вращения вала мешалки 3 103 в течение 10 мин вливали 218 см3 40%-ного раствора едкого натра, а затем вводили 17,4 г (2 мас.%) КМЦ-600 и продолжали перемешивание до полного растворения КМЦ в течение 6 ч. При этом по уравнению проходящей в составе реакции образовалось 153 г гидроксида цинка в виде конденсированной твердой фазы,

Полученный состав при 20°С имел значения плотности 1421 кг/м3, рН 6, СНС - 10/33 дПа и эффективной вязкости при градиенте сдвига 739 - 186,7 мПа с. На деструкцию 100 г состава (растворение кон- денсированной твердой фазы) было израсходовано 37 г 27%-ной соляной кислоты до его полного осветления, При 20°С деструк- тированный состав имел значение эффективной вязкости при градиенте сдвига 145,8 с 1 -43,1 мПас.

Недостатки данного способа получения структурированной жидкости заключаются в следующем:

Эти недостатки снижают технологические свойства получаемой жидкости в условиях ее получения и эксплуатации, особенно в глубоких скважинах с низкопроницаемыми коллекторами.

Цель изобретения - улучшение технологических свойств жидкости в процессе эксплуатации путем снижения ее вязкости, содержания твердой фазы и полной деструкции под воздействием соляной кислоты при одновременном уменьшении ее расхода, а также сокращения времени приготовления и расширения номенклатуры используемых реагентов.

Поставленная цель достигается тем, что в способе получения структурированной жидкости для гидроразрыва пласта, включающем смешение водного раствора минерализованного ионами двухвалентных металлов и ще- лочнго агента при постоянном перемешивании до рН 2 - 5,7, предварительно водный раствор, минерализованный ионами двухвалентных металлов обрабатывают фосфорной кислотой или продуктами, содержащими в своем составе PaOs в концентрации 0,8 - 0,9 мас%, а в качестве водного раствора минерализованного ионами двухвалентного металла используют хлорид и/или нитрат и/или бромид кальция в стехиомет- рическом соотношении компонентов

В качестве источников ионов кальция используют хлорид, нитрат или бромид кальция, или их смеси между собой.

Хлорид кальция производится Славянским и другими ПО Химпром по ГОСТ 450- 77.

Кристаллический нитрат кальция производится Днепродзержинским ПО Азот по ТУ 6-03-367-74.

Аммонизированный раствор нитрата кальция (АРНК) производится Россошанским химическим заводом по ТУ 113-03-0901-87 и представляет собой водный раствор нитрата кальция с плотностью от 1400 до 1550 кг/мэ. Поставляется в больших количествах в основные нефтяные регионы страны.

Водный раствор бромида кальция с плотностью до 1857 кг/м3 производится опытным заводом ВНИИйодбром (г. Саки) для нужд нефтяной промышленности.

Фосфорная кислота 73%-ной концент- рации производится Джамбульским НПО Химпром по ГОСТ 10678-76 и поставляется для потребностей нефтегазовой промышленности.

Дигидрофосфаты аммония (МНЦНаРОз) калия (КН2Р04) и натрия (NaH2P04 2НаО) производятся Чимкентским ПО Фосфор по ГОСТ 3771-74, ГОСТ 4198-75 и ГОСТ 245- 76 соответственно.

Аммофос представляет собой широко распространенное минеральное удобрение с содержанием дигидрофосфата аммония около 90%.

Нитроаммофоска является сложным минеральным удобрением с содержанием дигидрофосфата аммония около 17 - 18% (в пересчете на PaOs).

Аммофос и нитроаммофоска производятся Черкасским, Ровенским и др. ПО Азот,по ГОСТ 18918-85 и ГОСТ 19691-84 соответственно.

В качестве водногл раствора аммиака используют 25%-ный раствор по ГОСТ 9-77, который поставляется нефтегазовой промышленности.

В качестве водного раствора едкого натра используют серийно производимый 40%-ный раствор по ГОСТ 2263-71.

Пример 1. К 750 г 35%-ного раствора

110 г -

г

60%-ной фосфорной кислоты (0,8 мас.% в пересчете на P20s) и при постоянном перемешивании на смесителе Воронеж-2 с частотой вращения вала мешалки 310 мин вводят 18 см3 40%-ного раствора едкого натра. При этом раствор мутнеет и повышается его вязкость. Происходящие при этом процессы объясняются происхождением следующих реакций.

5Са(МОз)2 + ЗНзРО/j + SNaOH 1,5Са(Н2Р04)2 + 2NaN02 + 3,5Са(МОз)2 - +ЗН20

1,5Са(Н2Р04)2 + 3,5Са(МОз)2 + SNaOH + +ЗН20 3(СаНР04 2Н20) + ЗМаМОз + +2Са(МОз)

Образовавшуюся вязкую жидкость перемешивают в течение 1 мин, а затем охлаждают до 20°С и подвергают испытаниям,

нитрата кальция, содержащего ион/дм3 ионов кальция прибавляют 14

Плотность жидкости (р) при 20°С определяют пикнометром после ее вакуумирова- ния для удаления следов газовой фазы.

Эффективную вязкость ( г}э ) при 20°С определяют на приборе Rheotest-2 при градиенте сдвига 729 (характерном для закачки жидкостей в пласт по трубам при разрыве пласта) как произведение двух постоянных прибора на считывающую цену деления на шкале регистратора.

Статическое напряжение сдвига через 1 и 10 мин покоя жидкости ( ©Vio) при 20°С определяют на приборе ВСН-3 при градиенте сдвига 0,2 как произведение посто- янной прибора на считываемую цену деления на лимбе прибора.

Значения рН жидкости регистрируют по индикаторной бумаге.

Количество конденсированной твердой фазы определяют путем фильтрации 100 г жидкости, разбавленной в 4-кратном количестве дистиллированной воды, на воронке Бюхнера через фильтр с синей полосой с последующей промывкой осадка до нейтральной реакции на ион кальция, количественным сбором осадка, сушкой его при 105°С до постоянной массы и взвешиванием на аналитических весах.

Количество соляной кислоты, необходимой для полной нейтрализации конденсированной твердой фазы, определяют прямым титрованием 100 г жидкости 27%-ной соляной кислотой до ее визуального обесцвечивания.

Динамическую вязкость (%) деструкти- рованной жидкости определяют при 20°С на приборе Rheotest-2 при градиенте сдвига 145,8 (характерен для движения жидкости по трещине разрыва).

Результаты испытаний по этому и другим примерам приведены в таблице.

Пример 2. К 750 г насыщенного (45%-ного) раствора нитрата кальция прибавляют 9,6 г дигидрофосфата аммония (0,8 мас.% на P20s) в виде 15%-ного водного раствора и при постоянном перемешивании на смесителе Воронеж-2 вводят 16 см3 25%-ного раствора аммиака, дополнительно перемешивают в течение 1 мин, охлаждают до 20°С и подвергают испытаниям. Ход происходящих в жидкости химических реакций в присутствии аммиака можно представить в следующем виде:

Ca(N03k + 2NH4H2P04 Са(НаР04)2 + +2IMH4N03

Са(Н2Р04)2 + 2МНз + 2Н20 - СаНР04 (МН4)2 НР04

Ca(N03)2 + (NH4bHP04 + 2H20 CaHP04 2H20 +2NH4N03

П р и м.е р 3. К 750 г 25%-ного раствора хлорида кальция, содержащего 110 г - ион/дмЗ ионов кальция, прибавляют 15,7 г 60%-ной фосфорной кислоты (0,9 мас.% на P20s) и при постоянном перемешивании на смесителе Воронеж-2 вводят 24 см 25%- ного раствора аммиака, дополнительно перемешивают в течение 1 мин, охлаждают до 20°С и подвергают испытаниям.

Пример 4. К 750 г насыщенного (40%-ного) раствора хлорида кальция прибавляют 12 г аммофоса (0,9 мас.% на Р20б) в виде 20%-ного водного раствора и при постоянном перемешивании на смесителе Воронеж-2 вводят 15 см3 40%-ного рас- твора едкого натра- дополнительно перемешивают в течение 1 мин, охлаждают до 20°С и подвергают испытаниям.

Пример 5. К750гЗЗ%-ногораствора хлорида кальция, содержащего 158 г - ион/дм3 ионов кальция, прибавляют 12,3 г дигидрофосфата калия (0,85 мас.% на PzOs) в виде 25%-ного водного раствора и при постоянном перемешивании на смесителе Воронеж-2 вводят 14 см3 25%-ного рас- твора аммиака, дополнительно перемешивают в течение 1 мин, охлаждают до 20°С и подвергают испытаниям.

Пример 6. К 750 г 35%-ного раствора кальция, содержащего 110 г

нитрата

ион/дм ионов кальция, прибавляют 15 г дигидрофосфата натрия (0,9 мас.% на Pads) в виде 50%-ного раствора и при постоянном перемешивании на смесителе Воронеж-2 вводят 16 см3 25%-ного раствора аммиака, дополнительно перемешивают в течение 1 мин, охлаждают до 20°С и подвергают испытаниям.

Пример 7. К 1000 г смеси нитрата и хлорида кальция с содержанием 272 г - ион/дм3 ионов кальция прибавляют 44,2 г нитроаммофоски (0,8 мас.% на P20s) в виде 25%-ного водного раствора и при постоянном перемешивании на смесителе Воронеж-2 вводят 12 см3 25%-ного раствора аммиака, дополнительно перемешивают в течение 1 мин, охлаждают до 20°С и подвергают испытаниям.

Пример 8. К 1000 г насыщенного (55%-ного) раствора бромида кальция при- бавляют 20,5 г 60%-ной фосфорной кислоты (0,9 мас.% на P20s) и при постоянном перемешивании на смесителе Воронеж-2 вводят 24 см 40%-ного раствора едкого натра, дополнительно перемешивают в течение 1 мин, охлаждают до 20°С и подвергают испытаниям.

Пример 9. К 750 г 35%-ного раствора нитрата кальция, содержащего 110 г - ион/дм ионов кальция, прибавляют 16 см3

5

0 5

0 5

0

5

0 5

0 5

25%-ного раствора аммиака и при постоянном перемешивании на смесителе Воронеж-2 вводят 15 г дигидрофосфата натрия (0,9 мас.% на Р20б) в виде 50%-ного раствора, дополнительно перемешивают в течение 1 мин, охлаждают до 20°С и подвергают испытаниям.

Пример 10. К 750 г 35%-ного раствора нитрата кальция, содержащего 110 г - ион/дм3 ионов кальция, прибавляют 12,3 г 60%-ной фосфорной кислоты (0,7 мас.% на P20s) и при постоянном перемешивании на смесителе Воронеж-2 вводят 16 см3 40%- ного раствора едкого натра, дополнительно перемешивают в течение 1 мин, охлаждают до 20°С и подвергают испытаниям.

Пример 11. К 750 г насыщенного раствора хлорида кальция прибавляют 13,3 г аммофоса (1,0 мас.% на P20s) в виде 25%- ного водного раствора и при постоянном перемешивании на смесителе Воронеж-2 вводят 16 см3 40%-ного раствора едкого натра, дополнительно перемешивают в течение 1 мин, охлаждают до 20°С и подвергают испытаниям.

Пример 12. К750г32%-ногораствора нитрата кальция, содержащего 10 г - ион/дм ионов кальция, прибавляют 14 г 60%-ной фосфорной кислоты (0,8 мас,% на P20s) и при постоянном перемешивании на смесителе Воронеж-2 вводят 98 см3 40%- ного раствора едкого натра, дополнительно перемешивают в течение 1 мин, охлаждают до 20°С и подвергают испытаниям.

Пример 13. К 750 г25%-ного раствора хлорида кальция, содержащего 110 г - ион/дм3 ионов кальция, прибавляют 15,7 г 60%-ной фосфорной кислоты (0,9 мас.% на P20s) и при постоянном перемешивании на смесителе Воронеж-2 вводят 20 см3 25%- ного раствора аммиака, дополнительно перемешивают в течение 1 мин, охлаждают до 20°С и подвергают испытаниям.

Пример 14. К 750 г25%-ного раствора хлорида кальция, содержащего 110 г - ион/дм ионов кальция, прибавляют 15,7 г 60%-ной фосфорной кислоты (0,9 мас.% на P20s) и при постоянном перемешивании на смесителе Воронеж-2 вводят 28 см3 25%- ного раствора аммиака, дополнительно перемешивают в течение 1 мин, охлаждают до 20°С и подвергают испытаниям.

Как следует из данных таблицы, нижним концентрационным пределом ионов кальция в растворе является 110 г - ион/дм3. Снижение этой концентрации (пр. 12) вызывает резкое снижение значений СНС в жидкости. Содержание вводимых фосфатов наиболее приемлемо в диапазоне 0,8 - 0,9 мас.% (на P20s). Так, снижение их концентрации (пр, 10) значительно уменьшает значения СНС в жидкости, а увеличение (пр. 11) - интенсивное гелеобразование жидкости, что делает ее труднопрокачиваемой по трубам. Снижение значений рН состава менее 6 (пр. 13) не позволяет получить структурированную жидкость, а рост его более 8 (пр. 14) не улучшает качество жидкости и экономически нецелесообразен. Получение состава путем предварительного ввода в минерализованную воду щелочного агента, а затем фосфата (пр. 9) также приводит к снижению структурно-механических свойств жидкости.

Как следует из сравнительных данных свойств структурированных жидкостей, полученных по известному и предлагаемому способам, предлагаемое решение позволяет получить жидкость для гидроразрыва пласта с вязкостью ниже в 4,1 - 9,2 раза, содержанием конденсированной твердой фазы ниже в 8,2 - 13,3 раза, на нейтрализацию которой требуется в 7,9 - 12,4 раза меньше 27%-нрго раствора соляной кислоты и обладающей после деструкции в 2,7 - 14,4 раза более низкой вязкостью при сопоставительных значениях диапазонов по плотности и СНС,

При этом использование предлагаемого способа позволяет расширить номенклатуПредлагаемый способ

ру реагентов для получения жидкости разрыва, в десятки раз сократить время ее приготовления в производственных условиях.

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я

Способ получения структурированной жидкости для разрыва пласта, включающий смешение водного раствора минерализованного ионами двухвалентных металлов и

щелочного агента при постоянном перемешивании до рН 5-7, отличающийся тем, что, с целью улучшения технологических свойств жидкости в процессе эксплуатации путем снижения ее вязкости,

содержания твердой фазы и полной деструкции под воздействием соляной кислоты при одновременном уменьшении ее расхода, а также сокращения времени приготовления и расширения номенклатуры используемых реагентов, предварительно водный раствор, минерализованный ионами двухвалентных металлов, обрабатывают фосфорной кислотой или продуктами, содержащими в своем составе PaOs в концентрации 0,8 - 0,9 мас.%, а в качестве водного раствора, минерализованного ионами двухвалентного металла, используют хлорид, и/или нитрат, и/или бромид кальция в сте- хиометрическом соотношении компонентов.