Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ТЕРМОХИМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ПЛАСТА

Предложение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности, к способам термохимической обработки призабойной зоны нефтяного пласта.

Известен способ термохимической обработки нефтяного пласта (пат. RU №2401941, МПК Е21В 43/22, Е21В 43/24, С09К 8/524, опубл. 20.10.2010 г., бюл. №29), включающий раздельную закачку компонентов горюче-окислительного состава (ГОС) и инициатора горения (ИГ).

В качестве ГОС используют водный раствор с водородным показателем рН 4-7, включающий, мас. %: селитру - 5-25, карбамидно-аммиачную смесь КАС-32 - остальное, в качестве ИГ используют водный раствор с водородным показателем рН 12-14, включающий, мас. %: нитрит щелочного металла - 15-45, воду - остальное.

Недостатком известного способа является низкая эффективность из-за ограниченной зоны обработки пласта, а также сложность приготовления растворов с необходимыми параметрами в промысловых условиях.

Известны термохимический состав и способ применения для обработки призабойной зоны и удаленной зоны продуктивного пласта (пат. RU №2525386, МПК Е21В 43/24, С09К 8/592, опубл. 10.08.2014 г., бюл. №22), включающий последовательную закачку в скважину термогазохимического состава, содержащего горюче-окислительный бинарный состав (ГОБС) и инициатор реакции.

Недостатком известного способа является низкий охват пласта термическим воздействием вследствие того, что в пласте не происходит полное перемешивание оторочек ГОБС и инициатора реакции. Термохимическая реакция протекает лишь на границе соприкосновения оторочек друг с другом, основная часть состава остается в пласте непрореагировавшей.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ термохимической обработки нефтяного пласта (пат. RU №2203411, МПК Е21В 43/25, Е21В 37/06 опубл. 27.04.2003 г., бюл. №12), включающий закачку в пласт термохимического состава, содержащего водный раствор нитрита натрия при следующем содержании компонентов, мас. %:

и водный раствор инициатора реакции при следующем соотношении компонентов, мас. %:

Водный раствор инициатора реакции дополнительно содержит реагент, нейтрализующий сульфаминовую кислоту до степени не более 97%, в качестве такого реагента используют технический водный аммиак, карбонат или гидрокарбонат аммония, гидроксид, карбонат или гидрокарбонат щелочного металла или их смесь, объемное соотношение органического растворителя и остальных компонентов термохимического состава составляет (0,5-3):1, в качестве органического растворителя используют алифатический или ароматический углеводород, или нефть, или их смесь, а состав содержит дополнительно эмульгатор.

Недостатком способа является малая эффективность теплового воздействия на пласт из-за интенсивного взаимодействия сульфаминовой кислоты с нитритом натрия.

Технической задачей предложения является повышение эффективности теплового воздействия на пласт за счет увеличения времени достижения максимальной температуры разогрева реакционной смесью водных растворов нитрита натрия и сульфаминовой кислоты.

Техническая задача решается способом термохимической обработки пласта, включающим закачку в пласт водного раствора нитрита натрия при следующем соотношении компонентов, мас. %:

Новым является то, что водный раствор сульфаминовой кислоты с рН=4,0-5,0 дополнительно содержит уксуснокислый аммоний при следующем соотношении реагентов, мас. %:

причем закачку в пласт указанных водных растворов осуществляют в объемах, обеспечивающих стехиометрическое взаимодействие нитрита натрия и сульфаминовой кислоты.

Для осуществления способа термохимической обработки пласта используют:

- нитрит натрия, выпускаемый по ГОСТ 19906-74;

- сульфаминовую кислоту, представляющую собой белые негигроскопичные кристаллы без запаха с молекулярной массой 97,1 г/моль;

- гидроксид натрия (натр едкий технический), выпускаемый по ГОСТ 2263-79;

- аммиак водный, выпускаемый по ГОСТ 9-92;

- уксуснокислый аммоний, представляющий собой бесцветные гигроскопические кристаллы, легко растворимые в воде и спирте, выпускаемые по ГОСТ 3117-78;

- воду пресную.

Для увеличения растворимости сульфаминовой кислоты в воде, для повышения теплового эффекта термохимической обработки пласта используют сульфаминовую кислоту с добавкой аммиака водного или гидроксида натрия. Реакция нейтрализации сульфаминовой кислоты сопровождается образованием натриевой или аммонийной соли сульфаминовой кислоты:

NaOH+NH₂SO₃H→NaNH₂SO₃+H₂O;

NH₄OH+NH₂SO₃H→NH₄NH₂SO₃+Н₂O.

В кислой среде (при рН<5,0), при взаимодействии нитрита натрия с натриевой или аммонийной солью сульфаминовой кислоты протекает окислительно-восстановительная экзотермическая реакция:

NaNH₂SO₃+NaNO₂→Na₂SO₄+H₂O+N₂+Q;

NH₄NH₂SO₃+2NaNO₂→Na₂SO₄+3H₂O+2N₂+Q.

Соль сульфаминовой кислоты содержит амидную группу, которая окисляется в кислой среде нитритом натрия.

При взаимодействии аммонийной соли сульфаминовой кислоты с нитритом натрия кроме окисления амидной группы сульфаминовой кислоты окисляется и катион аммония.

Экспериментально установлено, что при взаимодействии нитрита натрия и соли сульфаминовой кислоты при рН>4,0 увеличивается время достижения максимальной температуры разогрева реакционной смесью водных растворов нитрита натрия и сульфаминовой кислоты. Увеличение времени достижения максимальной температуры разогрева реакционной смесью водных растворов нитрита натрия и сульфаминовой кислоты удалось достигнуть путем дополнительного введения в водный раствор сульфаминовой кислоты уксуснокислого аммония.

Дополнительное введение в водный раствор сульфаминовой кислоты определенного количества уксуснокислого аммония приводит к образованию сложной буферной системы, поддерживающей рН раствора от 4,0 до 5,0.

Способ осуществляют в следующей последовательности.

Для приготовления водного раствора нитрита натрия в пресную воду при постоянном перемешивании механической мешалкой дозируется нитрит натрия в товарной форме.

Для приготовления водного раствора сульфаминовой кислоты в пресную воду при постоянном перемешивании механической мешалкой дозируется сульфаминовая кислота и гидроксид натрия или водный аммиак в товарной форме. Реакция нейтрализации сульфаминовой кислоты сопровождается выделением тепла, поэтому необходимо предусмотреть охлаждение емкости, в которой происходит смешивание. Далее к полученному водному раствору сульфаминовой кислоты добавляют уксуснокислый аммоний в количестве, обеспечивающем достижение водородного показателя раствора сульфаминовой кислоты в пределах 4,0-5,0.

Указанные водные растворы нитрита натрия и сульфаминовой кислоты смешивают в объемах, обеспечивающих стехиометрическое взаимодействие нитрита натрия и сульфаминовой кислоты, секундомером фиксируют время достижения максимальной температуры реакционной смесью водных растворов нитрита натрия и сульфаминовой кислоты, электронным термометром фиксируют максимальную температуру разогрева реакционной смеси.

Пример конкретного выполнения.

Готовят водный раствор нитрита натрия со следующим содержанием компонентов, мас. %:

В стакан наливают 41,5 г пресной воды и при постоянном перемешивании механической мешалкой растворяют в ней 8,5 г нитрита натрия. Получают 43 см³ водного раствора нитрита натрия.

Готовят водный раствор сульфаминовой кислоты со следующим содержанием компонентов, мас. %:

В стакан наливают 34,5 г пресной воды и при постоянном перемешивании механической мешалкой добавляют 10 г сульфаминовой кислоты и 4 г гидроксида натрия. Далее к полученному раствору добавляют 2 г уксуснокислого аммония. Объем полученного водного раствора сульфаминовой кислоты составляет 43 см³ с рН=4,58.

Полученные растворы смешивают. Время достижения максимальной температуры реакционной смесью водных растворов нитрита натрия и сульфаминовой кислоты составляет 510 с. Максимальная температура разогрева реакционной смеси водных растворов нитрита натрия и сульфаминовой кислоты составляет 99°С (таблица, опыт 4). Результаты, представляющие практический интерес, получаются при содержании нитрита натрия в водном растворе нитрита натрия 17-46 мас. % и содержании сульфаминовой кислоты в водном растворе сульфаминовой кислоты 20-50 мас. %. Уменьшение содержания нитрита натрия в водном растворе нитрита натрия и сульфаминовой кислоты в водном растворе сульфаминовой кислоты снижает эффективность термохимической обработки пласта из-за низкой температуры разогрева реакционной смеси водных растворов нитрита натрия и сульфаминовой кислоты (таблица, опыт 1), увеличение содержания нитрита натрия в водном растворе нитрита натрия и сульфаминовой кислоты в водном растворе сульфаминовой кислоты не приводит к увеличению разогрева реакционной смеси и повышению эффективности термохимической обработки пласта и экономически нецелесообразно (таблица, опыт 16).

Таким образом, при смешивании указанных в наиболее близком аналоге соотношений компонентов реакционной смеси водных растворов нитрита натрия и сульфаминовой кислоты протекает скоротечная реакция с достижением максимальной температуры разогрева реакционной смесью через 9-12 секунд. При этом значительная часть тепла будет расходоваться на прогрев обсадной колонны скважины и цементного камня.

В предлагаемом способе при смешивании такого же соотношения компонентов реакционной смеси водных растворов нитрита натрия и сульфаминовой кислоты протекает реакция с замедленной скоростью с достижением максимальной температуры разогрева реакционной смеси через 7,8-8,5 минут.

Предлагаемый способ термохимической обработки пласта повышает эффективность теплового воздействия на пласт за счет увеличения времени достижения максимальной температуры разогрева реакционной смесью водных растворов нитрита натрия и сульфаминовой кислоты.