Результат интеллектуальной деятельности: ОБЛЕГЧЕННЫЙ СПИРТОВО-СОЛЕВОЙ РАСТВОР ДЛЯ РАСТЕПЛЕНИЯ ГАЗОВЫХ СКВАЖИН В ЗОНЕ МНОГОЛЕТНЕМЕРЗЛЫХ ВЫСОКОЛЬДИСТЫХ ГОРНЫХ ПОРОД

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к растеплению ствола в процессе эксплуатации или ремонта газовых и газоконденсатных скважин, расположенных в зоне многолетнемерзлых высокольдистых горных пород, связанного с наличием гидратно-ледяных пробок в стволе скважин, особенно в условиях аномально низких пластовых давлений (АНПД).

Известны солевые растворы для растепления газовых скважин, включающие водные растворы хлорида кальция (CaCl₂) [Патент РФ №2176724 С2, МПК7 Е21В 43/00, опубл. 2001] и хлоркалия-электролита (KCl-электролит) [Патент РФ №2254447, МПК7 Е21В 37/06, опубл. 20.05.2005].

Недостатками этих растворов является низкая эффективность разрушения гидратно-ледяной пробки и большая вероятность получения высоковязкой суспензии при взаимодействии хлорида кальция с буровым раствором, которая дополнительно перекроет ствол скважины.

Наиболее близким техническим решением, выбранным за прототип, является облегченный солевой раствор для растепления газовых скважин, включающий, масс. %: хлоркалий-электролит 8-10, неионогенное поверхностно-активное вещество НПАВ 0,2-0,5 и воду [RU 2319725 C1, С09К 8/524 (2006.01), опубл. 20.03.2008].

Недостатком является низкая эффективность разрушения гидратно-ледяной пробки из-за наличия низкотемпературных многолетнемерзлых и высокольдистых горных пород, окружающих скважину, и недостаточная выносящая способность частиц разрушаемой гидратно-ледяной пробки из-за достаточно высокой плотности раствора.

Задача, стоящая при создании изобретения, состоит в повышении надежности растепления ствола скважины, расположенной в зоне многолетнемерзлых высокольдистых горных пород, и эффективности удаления разрушенной гидратно-ледяной пробки, особенно в условиях АНПД.

Достигаемый технический результат, который получается в результате создания изобретения, состоит в создании условий для растепления гидратно-ледяной пробки в стволе скважины, раположенной в зоне многолетнемерзлых высокольдистых горных пород, и выноса на дневную поверхность частиц разрушаемой гидратно-ледяной пробки в условиях АНПД при низкой энергии пласта.

Поставленная задача и технический результат достигаются тем, что в известном солевом растворе для растепления газовых скважин, включающем водный раствор хлоркалия-электролита и неионогенное поверхностно-активное вещество (НПАВ), в отличие от прототипа он дополнительно содержит водометанольный раствор, при следующем соотношении компонентов, масс. %: хлоркалий-электролит 8,0-10,0; НПАВ 0,2-0,4; водометанольный раствор при объемном соотношении метанол : вода 40:60 - остальное.

В качестве НПАВ в условиях низкотемпературных высокольдистых ММП можно использовать дисолван, а при АНПД - образователь пены ОП-10.

Сравнительный анализ с прототипом позволяет сделать вывод, что заявляемый спиртово-солевой раствор для растепления газовых и газоконденсатных скважин отличается от известного тем, что он дополнительно содержит метиловый спирт (метанол), то есть затворение хлоркалия-электролита осуществляется в отличие от прототипа и аналогов водометанольным раствором при объемном соотношении метанол : вода 40:60, а не водой. Помимо этого, в качестве облегчающей добавки используется НПАВ как дисолван, так и ОП-10, обладающий повышенным выталкивающим усилием за счет более мощной пенной составляющей.

В предлагаемом изобретении состав компонентов позволяет получить облегченный спиртово-солевой раствор с удовлетворительными технологическими параметрами для проведения работ по растеплению и выносу разрушенной гидратно-ледяной пробки из ствола газовых и газоконденсатных скважин, расположенных в многолетнемерзлых высокольдистых низкотемпературных горных породах в условиях АНПД при низкой энергии пласта.

Затворение хлоркалия-электролита водометанольным раствором (BMP) в водосмесевом соотношении метанола и технической воды, равном 40:60, позволяет повысить эффективность разрушения достаточно прочных гидратно-ледяных пробок за счет введения метилового спирта. Метанол по своей молекулярной структуре способен более тесно внедряться между твердыми частицами - кристалликами льда - и разрушать гидратноледяную пробку изнутри. Увеличение водосмесительного соотношения BMP менее 0,6 снижает эффект разрушения гидратно-ледяной пробки, а более 0,6 концентрация метанола становится опасной в применении даже с учетом средств защиты. Метанол выпускается по ГОСТ 2222-95 (Метанол технический), относится к 3 группе опасности по газу и к 4 группе по жидкости (например, класс опасности наиболее распространенных при АНПД видов ремонта скважин - водоизоляционных работ - относится также к 4 группе опасности).

Введение в раствор дополнительного компонента, поверхностно-активного вещества (ПАВ), например, вместо дисолвана, такого же НПАВ - ОП-10 позволяет получить более мощную пенную систему, а значит, более сильную выносящую способность, облегчающую вынос не только частей разрушающейся гидратно-ледяной пробки, но и облегчает проведение циркуляции раствора в стволе скважины при наличии в нем значительного количества твердой фазы хлоркалия-электролита.

Таким образом, заявляемый состав придает солевому раствору новые качества, что позволяет сделать вывод об изобретательском уровне.

Результаты лабораторных исследований сведены в таблицу.

Анализ технологических параметров исследуемых растворов показал, что наиболее оптимальным составом для растепления газовых скважин в зоне многолетнемерзлых высокольдистых горных пород является состав №4 с условной вязкостью 15,5 с, мгновенной фильтрацией, кислотностью 7,9 и температурой замерзания 15°C. Возможно применение раствора №5 с более низкой плотностью за счет использования в растворе вместо дисолвана образователя пены ОП-10, но с несколько более высокой температурой замерзания - минус 14°C.

Облегченный спиртово-солевой раствор в лабораторных условиях готовился следующим образом: сначала готовится BMP в водосмесевом соотношении 40:60; далее засыпают в подогретый до температуры плюс 20°C BMP необходимое количество KCl-электролита, перемешивая концентрат на лабораторной мешалке до полного растворения соли.

Затем в водоспиртосолевой раствор добавляется требуемый объем сухого дисолвана и полученная смесь перемешивается на лабораторной мешалке до его полного растворения.

Технологические параметры раствора замеряют на стандартных приборах, в том числе на ротационном вискозиметре «OFITE- 800».

Введение в водосолевой раствор KCl-электролита водометанольной составляющей способствует увеличению эффективности разрушения газогидратных пробок, еще более эффективна она в гидратно-ледяных пробках.

Метанол по своей молекулярной структуре способен более тесно внедриться между твердыми частицами ледяных частиц и разрушить гидратно-ледяную пробку изнутри. Увеличение водосмесительного соотношения BMP менее 0,6 снижает эффект разрушения газогидратно-ледяной пробки, а более 0,6 концентрация метанола становится опасной в применении даже с учетом средств защиты.

Метанол выпускается по ГОСТ 2222-95 (Метанол технический), относится к 3 группе опасности по газу и к 4 группе по жидкости (класс опасности ВИР - 4 группа).

Метанол представляет собой бесцветную прозрачную жидкость без нерастворимых примесей. Плотность при 20°C составляет 791-792 кг/м³. Смешивается с водой без следов помутнения и опалесценции. Метанол - особо опасная легковоспламеняющая жидкость, температура вспышки - 6°C, температура воспламенения - 13°C. Чистый метанол по степени воздействия на организм человека относится к умеренно опасным веществам (3-й класс опасности) по ГОСТ 12.1.005. Предельно-допустимая концентрация (ПДК) в воздухе рабочей среды - 5 мг/м³.

При снижении концентрации дисолвана менее 0,1 масс. % условная вязкость и температура замерзания облегченного спиртово-солевого раствора снижаются также незначительно, а при содержании более 0,5 масс. % - резко снижается.

Облегченный спиртово-солевой раствор на основе хлоркалий-электролита и дисолвана лучше разрушает гидратно-ледяную пробку по сравнению с аналогичными растворами, такими как растворы CaCl₂, KCl и даже KCl-электролит. Он обеспечивает за счет наличия в растворе дисолвана и метанола вынос разрушенных частиц газогидратной и гидратно-ледяной пробки из скважины. За счет присутствия NaCl и MgC1₂ он не создает высоковязкую суспензию, тем самым облегчает циркуляцию и вынос твердых частиц из скважины.

Использование вместо пожароопасного дисолвана другого НПАВ - образователя пены ОП-10, применяемого при тушении пожаров, помимо снижения класса опасности способствует получению более устойчивой пены, которая значительно снижает плотность раствора и повышает выталкивающее усилие раствора на твердые частицы гидратно-ледяной пробки.

Приготовление предложенного облегченного спиртово-солевого раствора несложно даже на скважине, а значит, он технологичен, но тем не менее требует к себе безопасного и осторожного обращения.

Приготовление облегченного спиртово-солевого раствора на скважине заключается в следующем:

- в чанок насосной установки, например ЦА-320, необходимо залить расчетное количество BMP с концентрацией воды 0,6 (60 об %), при необходимости подогретой до плюс 30-40°C;

- в чанок с BMP необходимо засыпать расчетное количество, приведенное в таблице, сухого хлоркалия-электролита, после этого смесь следует перемешать до полного растворения соли;

- в чанок с водно-солевым раствором необходимо засыпать расчетное количество ПАВ, например дисолвана или ОП-10, приведенное в таблице, после этого смесь следует перемешать до полного растворения полимера;

- нагревают приготовленный раствор до температуры плюс 60°C с помощью передвижной пароподогревательной установки, например ППУ-ЗМ.

Хлоркалий-электролит поставляется на скважины в готовом, сухом, виде. Хлоркалий-электролит выпускается по ТУ 1714-453-05785388-99 и представляет собой гранулы серого цвета с размером частиц от 3 до 5 мм. Хлоркалий-электролит является побочным продуктом при производстве магния электролизом из карналита, используется в качестве флюсов в металлургическом производстве, а также в сельском хозяйстве для внесения в почву при выращивании сельскохозяйственных культур. Состав товарного продукта хлоркалия-электролита, мас. %: хлорида калия (KCl) не менее 68 (в пересчете на оксид калия К₂O не менее 43); хлорида магния (MgCl₂) не менее 4-9 (в пересчете на оксид магния MgO не менее 1,7-3,8); хлорида натрия (NaCl) не менее 12-24 (в пересчете на оксид натрия Na₂O не менее 6-13); хлорида кальция (CaCl₂) не менее 0,7-1,4 (в пересчете на оксид кальция СаО не менее 0,4-0,7); воды не более 4. Он не смерзается, токсичных соединений в воздушной среде не образует, не горюч, пожаровзрывобезопасен, гигроскопичен. По степени воздействия на организм относится к 3 классу опасности. Сертификат об использовании данного продукта в нефтяной и газовой отраслях промышленности: 153.39 RU. 245860.00.560.10.03 от 08.10.2003 г.

Перемешивание следует проводить с помощью гидропистолета и насосной установкой, например ЦА-320, круговой циркуляцией («на себя») в течение 30 минут до получения раствора, требуемого состава и свойств, приведенных в таблице, достаточных для выноса на поверхность разрушенной гидратно-ледяной пробки и твердых частиц самого раствора.

В скважину, в которой имеется гидратно-ледяная пробка, закачивают горячий (до плюс 60°C) облегченный спиртово-солевой раствор на основе хлоркалия-электролита и НПАВ, затворенный на BMP, и промывают им ствол скважины созданием циркуляции в кольцевом пространстве между промывочными и лифтовыми трубами, разрушая гидратно-ледяную пробку и вымывая разрушенные части пробки на поверхность.

Технологический раствор на основе хлоркалия-электролита с НПАВ, например с дисолваном или ОП-10, более эффективно разрушает гидратно-ледяную пробку, нежели аналогичные растворы, например, раствор хлористого кальция. Он не создает высоковязкую суспензию, дополнительную перекрывающую ствол скважины. Обеспечивает вынос разрушенных частиц гидратно-ледяной пробки на дневную поверхность и облегчает циркуляцию технологического раствора за счет создания более мощного выталкивающего усилия, выносящего твердые частицы солевого раствора на дневную поверхность.

После разрушения гидратно-ледяной пробки и растепления ствола скважины скважину осваивают и пускают в эксплуатацию.

Предлагаемый облегченный спиртово-солевой раствор для растепления газовых скважин в зоне многолетнемерзлых высокольдистых горных пород достаточно простой в приготовлении на скважине, технологичен. Предлагаемые материалы являются доступными, выпускаются отечественной промышленностью в достаточном количестве.

7