Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ОБРАБОТКИ ПРИЗАБОЙНОЙ ЗОНЫ СКВАЖИНЫ

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и предназначено для обработки призабойной зоны скважин с применением устройств, содержащих газогенерирующий при сгорании композиционный материал.

Известен способ обработки призабойной зоны скважины, включающий доставку в забой на кабель-тросе устройства, состоящего из воздушной камеры, заканчивающейся приемной камерой с расположенной в ней газогенерирующей при сгорании композицией из смеси, выделяющей при термодеструкции соляную кислоту, сгорание газогенерирующей композиции и образование нагретых газообразных продуктов при повышенном давлении в интервале обработки, осуществление технологической выдержки для более глубокого реагирования соляной кислоты с породой, раскрытие через заданный промежуток времени воздушной камеры путем срабатывания установленной на ее дне сгораемой диафрагмы с воспламенителем и вынос загрязнений из призабойной зоны пласта. Отличительной особенностью способа является то, что в качестве газогенерирующей композиции используют смесь, каждый из компонентов которой при термодеструкции выделяет соляную кислоту, при этом смесь включает, мас.%:

[см. Патент РФ №2234599, кл. Е21В 43/27, опубл. 20.08.2004, Бюл. №23].

Недостатком способа является низкая эффективность обработки призабойной зоны пласта, сложенного из терригенных пород, из которых преимущественно состоят месторождения нефти. Способ неэффективен также для обработки призабойной зоны скважины, в частности, для растворения загрязняющего силикатного материала, поглощаемого пластом в процессе бурения и последующего цементирования скважины (глинистого материала и цемента), что имеет место в призабойной зоне пласта, сложенного как из терригенных, так и из карбонатных пород. Используемый в способе газогенерирующий материал, кроме того, является взрывчатым веществом (смесевое топливо на основе перхлората аммония) и представляет взрывоопасность при эксплуатации, хранении и перевозке.

Известен способ обработки призабойной зоны скважины, включающий доставку в забой на кабель-тросе устройства, состоящего из воздушной камеры, заканчивающейся приемной камерой с расположенной в ней газогенерирующей при сгорании композиции из смеси, выделяющей при термодеструкции соляную кислоту, сгорание газогенерирующей композиции и образование нагретых газообразных продуктов при повышенном давлении в интервале обработки, осуществление технологической выдержки для более глубокого реагирования соляной кислоты с породой, раскрытие через заданный промежуток времени воздушной камеры путем срабатывания установленной на ее дне сгораемой диафрагмы с воспламенителем и вынос загрязнений из призабойной зоны пласта. Отличительная особенность способа состоит в том, что в качестве газогенерирующей при сгорании композиции с выделением соляной кислоты используют смесь нитрата аммония марки Б и гексахлорбензола при следующем их соотношении, мас.%:

[см. Патент РФ №2330157, опубл. 27.07.2008, Бюл. №21]. Предлагаемая композиция не является взрывчатым материалом, что существенно повышает безопасность способа. Недостатком способа является низкая эффективность химической обработки призабойной зоны пласта, сложенного из терригенных пород, и неэффективность его для удаления загрязняющих силикатных материалов, снижающих коллекторские свойства призабойной зоны скважины.

Наиболее близким к изобретению является способ обработки скважины, включающий доставку в забой на кабель-тросе устройства, состоящего из воздушной камеры, заканчивающейся приемной камерой с расположенным в ней газогенерирующим при сгорании материалом из смеси композиции, выполненным с прочностью на сжатие не менее 30 МПа и выделяющим при термодеструкции соляную кислоту, сгорание газогенерирующей композиции и образование нагретых газообразных продуктов при повышенном давлении в интервале обработки, осуществление технологической выдержки для более глубокого реагирования кислоты с породой, раскрытия через заданный промежуток времени воздушной камеры путем срабатывания установленной на ее дне сгораемой диафрагмы и вынос загрязнений из призабойной зоны пласта. При этом в способе в качестве газогенерирующей при сгорании композиции с выделением соляной кислоты используют смесь нитрата аммония марки Б, гексохлорэтана и поливинилхлоридной смолы хлорированной марки ПСХ-ЛС при следующем их соотношении, мас.%:

Для осуществления способа используют известное устройство [см. напр. Патент РФ №32173775 от 20.09.2001, Бюл. №26].

Преимуществом способа-прототипа с использованием газогенерирующей при сгорании композиции является обеспечение более высоких показателей по выделению соляной кислоты и прочности на сжатие материала композиции по сравнению с аналогами.

Недостатком способа-прототипа является низкая эффективность обработки призабойной зоны пласта из терригенных пород, а также неэффективность химического воздействия для удаления силикатных загрязнений в виде глинистых и цементных материалов, поглощенных пластом в процессе бурения и цементирования скважины.

В предлагаемом изобретении решается задача повышения эффективности химического воздействия на скелет призабойной зоны пласта, сложенного как из карбонатных, так и терригенных пород, а также на силикатные загрязнения, образованные в призабойной зоне в процессе бурения и последующего цементирования скважины.

Задача решается тем, что в способе обработки призабойной зоны скважины, включающем доставку в забой на кабель-тросе устройства, состоящего из воздушной камеры, заканчивающейся приемной камерой с расположенным в ней газогенерирующим при сгорании материалом из смеси композиции, выполненным с прочностью на сжатие не менее 30 МПа и выделяющим при термодеструкции соляную кислоту, сгорание газогенерирующей композиции и образование нагретых газообразных продуктов при повышенном давлении в интервале обработки, осуществление технологической выдержки для более глубокого реагирования кислоты с породой, раскрытие через заданный промежуток времени воздушной камеры путем срабатывания установленной на ее дне сгораемой диафрагмы и вынос загрязнений из призабойной зоны пласта, согласно изобретению в качестве газогенерирующей при сгорании материала используют композицию из нитрата аммония марки Б, гексохлорэтана и фторопласта марки ФП-4, выделяющей при деструкции смесь соляной и плавиковой (фтористоводородной) кислот, при следующем их соотношении, мас.%:

с возможностью химического воздействия на скелет призабойной зоны пласта, сложенного как из карбонатной, так и из терригенной породы, а также на силикатные загрязнения, образованные в призабойной зоне в процессе бурения и цементирования скважины.

Как отмечалось, большая часть нефтяных залежей связана с терригенными отложениями, состоящими из песка, песчаника и глины. Для таких залежей использование соляной кислоты малоэффективно, т.к. она, взаимодействуя с песчаником и цементом, образует гель кремневой кислоты, а с глинами - гели алюминия, выпадающие в осадок. Для химического воздействия на терригенные породы наиболее целесообразным является использование плавиковой (фтористоводородной) кислоты HF, которая обладает исключительно высокой способностью взаимодействовать с песками, песчаниками и глинами, основу которых составляет диоксид кремния

SiO₂+4HF=SiF₄↑+2H₂O,

а в случае алюмосиликатов

H₂Al₂Si₂O₉+4HF=2SiF₄+2AlF₃+9H₂O

В растворе плавиковой кислоты выделение газообразного фторида кремния практически не успевает происходить, т.к. он сразу взаимодействует с молекулами плавиковой кислоты с образованием хорошо растворимой кремнефтористоводородной кислоты

SiF₄+2HF=H₂SiF₆

Для предупреждения (по мере снижения кислотности) образования в поровом пространстве пласта геля кремневой кислоты, а также для обеспечения более полного завершения реакции разложения силикатов плавиковая кислота для обработки скважин применяется только в смеси с соляной кислотой. Эту смесь принято называть глинокислотой. В практике обработки скважин используется массовое отношение в глинокислоте соляной и плавиковой кислот, равное или более 2:1, так, чтобы концентрация соляной кислоты в растворе была не менее 8-10%, а плавиковой - не менее 3-5%.

В предлагаемой газогенерирующей композиции, включающей, мас.%:

используется смесь, где нитрат аммония NH₄NO₃ является окислителем, в качестве которого применяется гранулированный нитрат аммония (аммиачная селитра) марки Б (ГОСТ 2-85) сельскохозяйственного назначения. Гексохлорэтан, C₂Cl₆ (ГОСТ 9991-74) является в смеси образователем соляной кислоты и выполняет одновременную роль горючего и окислителя. Гексохлорэтан содержит необходимый для образования соляной кислоты 90 мас.% хлора, т.е. имеет наиболее высокое содержание его из всех применяемых образователей соляной кислоты. В качестве образователя плавиковой (фтористоводородной) кислоты в предлагаемой смеси применяется порошкообразный фторопласт марки ФП-4 (C₂F₄), который при деструкции в волне горения выделяет 76 мас.% фтора. При этом материал смеси с содержанием 15% фторопласта ФП-4 приобретает прочность на сжатие, составляющую не менее 30,4 МПа, т.е. по этому показателю находится на уровне материала композиции по способу-прототипу. Смесь соляной и плавиковой кислот образует глинокислоту, активно химически взаимодействующую со скелетом терригенной породы.

Содержание гексохлорэтана, как образователя соляной кислоты, в предлагаемой композиции взято величиной, большей чем 2:1 по отношению к образователю плавиковой кислоты - фторопласту ФП-4 в связи с целесообразностью использования этой композиции и для обработки пластов, состоящих из карбонатных пород, особенно загрязненных силикатными материалами.

Количество глинокислоты, выделяемой при сгорании композиции, составляет 0,59 кг на 1 кг смеси, т.е. находится на уровне этого показателя для соляной кислоты в композиции по способу-прототипу. Из этого количества глинокислоты на соляную кислоту приходится 0,48 кг и на плавиковую кислоту - 0,11 кг на 1 кг смеси.

Для осуществления способа используют известное устройство [см., напр., Патент РФ №32173775 от 20.09.2001, Бюл. №26], включающее воздушную камеру с атмосферным давлением, диафрагму с воспламенителем и приемную камеру из пластмассового корпуса с размещенной в ней газогенерирующей композицией. Между сгораемой диафрагмой и газогенерирующей композицией выполнена полость с технологическими окошками для проникновения скважинной жидкости в воздушную камеру. Выполняют доставку в забой на кабель-тросе устройства, сгорание газогенерирующей композиции и образование нагретых газов при повышенном давлении в интервале обработки. Перед раскрытием воздушной камеры осуществляют технологическую выдержку для более полного расплавления кольматирующих отложений и более глубокой реакции смеси соляной и плавиковой кислот с терригенной породой и силикатными загрязнениями. Длительность технологической выдержки обеспечивают своевременной подачей электрического импульса с устья скважины по кабель-тросу к воспламенителю сгораемой диафрагмы. Последняя сгорает и раскрывает воздушную камеру. За счет потока жидкости в воздушную камеру на забое создается снижение давления. Загрязнения в виде отложений и продуктов реакции смеси соляной и плавиковой кислот с породой более полно выносятся из призабойной зоны пласта. Затем выполняют операцию извлечения устройства из скважины.

Работоспособность и преимущества предлагаемого способа подтверждены стендовыми испытаниями используемого в изобретении в качестве газогенерирующего при сгорании материала композиции из смеси, состоящей, мас.%:

выделяющей при деструкции смесь соляной и плавиковой кислот, а также, для сравнения, со смесью композиции по способу-прототипу, включающей, мас.%:

Для испытаний использовалась известная стендовая установка [см напр. Патент РФ №2114984 от 10.07.1998, Бюл. №19], имитирующая скважинные условия и представляющая удлиненный цилиндрический сосуд-скважину высокого давления, заполненный водой до определенного уровня и герметизированный крышкой. В сосуде размещается в количестве 0,525 кг образец газогенерирующего материала с воспламенителем, герметично формируемый в пластмассовый корпус. Сосуд заполняется водой в объеме 2,5 л с тем, чтобы при сгорании материала создавалась заданная концентрация кислоты. В сосуде создавалось предварительное давление, равное 10 МПа.

Химическому воздействию при сгорании испытываемых образцов композиций подвергались керны пласта, подвешенные в сосуде, массой 0,1 кг, последовательно из терригенной и карбонатной пород, а также из карбонатной породы, загрязненной силикатными отложениями.

Оценка результатов производилась по определению убыли массы (в %) керна через 40 минут после окончания сгорания образца композиционного материала.

Результаты, представленные в таблице, подтверждают эффективность и преимущество предлагаемого в изобретении газогенерирующего при сгорании материала, который способен с высокими показателями химически воздействовать на терригенную и карбонатную породы, а также на карбонатную породу, загрязненную силикатными отложениями. В этих же условиях газогенерирующая композиция по способу-прототипу эффективна только для обработки пласта из карбонатной породы и малоэффективна для обработки терригенной породы и карбонатной породы, загрязненной силикатными отложениями.