Результат интеллектуальной деятельности: Состав для химической обработки прискважинной зоны пласта

Изобретение относится к области нефтедобычи, в частности к составам для проведения физико-химической обработки в ходе эксплуатации и освоения скважин, и может быть использовано для интенсификации притока нефти из пласта за счет химического воздействия, в том числе растворения и диспергации карбонатной и/или терригенной составляющей породы, деструкции и диспергирования глинистой и полимерглинистой составляющих, баритового утяжелителя, кольматирующего прискважинную зону пласта (ПЗП).

Основным методом восстановления естественной проницаемости карбонатной и/или терригенной составляющей породы коллектора в ПЗП в добывающих скважинах является использование кислотной обработки - закачка соляной кислоты или глинокислоты. Использование кислотных обработок приводит к частичному растворению глинистой корки, карбонатного цемента породы и другого кольматирующего материала, который поступает в ПЗП в ходе первичного вскрытия пласта при бурении. Основным недостатком использования глинокислот различных модификаций является процесс вторичного осадкообразования из-за наличия в составах плавиковой (фтористоводородной) кислоты. Ионы фтора образуют с алюмосиликатами нерастворимые осадки, кольматирующие поровое пространство коллекторов, поэтому для нефтедобывающей промышленности актуальна задача разработки бесфтористых химических составов.

Известен состав для разглинизации пласта (см. «Инструкция по технологии разглинизации с целью повышения производительности скважин». Разработчик - Научно-технологический центр ВНИИнефть, г. Москва, 1999), включающий неионогенное поверхностно-активное вещество (ПАВ), едкий натр и воду. В качестве неионогенного ПАВ используют неонол, проксамин, дисолван. Состав содержит следующее соотношение компонентов, мас. %:

Состав удаляет кольматирующие вещества с поверхности породы, переводит их в объем состава и удерживает частицы кольматирующего вещества во взвешенном состоянии. Он обладает низкой степенью разрушения и декольматации глинистых и полимерсодержащих образований и характеризуется вторичным осаждением кольматирующих веществ в поровом пространстве коллектора. Поэтому у состава низкая эффективность при воздействии на продуктивные пласты, вскрытые на полимерных или полимерглинистых буровых растворах, содержащие барит, так как компоненты состава действует в основном на глинистую составляющую бурового раствора и коллектора.

Известен состав для обработки призабойной зоны пласта (патент RU №2232879, МПК Е21В 43/22, опубл. 20.04.2004 в бюл. №20), получаемый растворением гидроксида щелочного металла в воде, затем введением комплексона трилона-Б при перемешивании до полного растворения и введением оставшейся воды при следующем соотношении компонентов, мас. %:

Указанный состав эффективен только при его циклической закачке с использованием щелочного буферного раствора на метанольной или углеводородной основе при коэффициенте соотношения буферного раствора и состава, равном 1-1,5, и при длительности выдержки как буферной жидкости, так и указанного состава. Кроме того, для применения данного состава требуется значительный объем промывочных растворов, при этом увеличиваются длительность процесса и эксплуатационные затраты на его проведение. Содержание в растворе трилона-Б более 15,0% экономически и технологически неэффективно, так как при этом количество растворяющегося сульфата бария увеличивается весьма незначительно и возникают сложности при приготовлении растворов такой концентрации, к тому же при соответствующей концентрации растворов по щелочи требуются дополнительные затраты при регенерации.

Кроме этого, известный состав характеризуется вторичным осаждением кольматирующих веществ в поровом пространстве коллектора, низкой эффективностью при воздействии на продуктивные пласты, вскрытые на полимерных или полимерглинистых буровых растворах, содержащих барит, так как гидроксиды щелочных металлов действуют в основном на глинистую составляющую бурового раствора и коллектора. Это снижает эффективность химической обработки.

Наиболее близким аналогом является состав для обработки призабойной зоны пласта (патент RU №2581859, МПК С09K 8/528, опубл. 20.04.2016 в бюл. №11), включающий комплексон трилон-Б, гидроксид щелочного металла, добавку - ПАВ - и воду. В составе следующее соотношение компонентов, мас. %:

Состав получен приготовлением в процессе приготовления товарной формы - концентрата - с последующим его разбавлением водой в соотношении 1:0,6-111. Концентрат получают растворением 3,1 мас. % гидроксида щелочного металла в 46 мас. % воды добавлением при перемешивании 23 мас. % комплексона трилона-Б, нагревают до 60°С, добавляют при перемешивании оставшуюся часть комплексона трилона-Б и затем последовательно добавляют оставшуюся часть гидроксида щелочного металла.

Основной недостаток этого состава - низкая растворяющая и диспергирующая способность природных материалов как карбонатного, так и терригенного коллекторов из-за низкой смачиваемости и неглубокого проникновения в поровое пространство растворяемого материала, вторичного осаждения кольматирующих веществ.

Кроме этого, процесс приготовления состава характеризуется сложностью и многостадийностью (предварительное приготовление концентрата с последующим его растворением водой).

Техническими задачами изобретения являются повышение эффективности и технологичности состава для химической обработки ПЗП за счет повышения растворяющей способности состава воздействовать на природную составляющую коллектора, повышения эффективности диспергирования полимерглинистой, армированной частицами барита фильтрационной корки, сформированной в поровом пространстве ПЗП, предотвращение (минимизация) процесса вторичного осаждения кольматирующих веществ в поровом пространстве коллектора, повышение эффективности химического воздействия на пласт, а также достижение технологичности приготовления состава.

Технические задачи решаются составом для химической обработки прискважинной зоны пласта, включающим комплексон, гидроксид щелочного металла, добавку и воду.

Новым является то, что состав дополнительно содержит изопропиловый спирт или кубовые остатки бутиловых спиртов - КОБС, в качестве комплексона используют трилон-Б или гидроксиэтилендифосфоновую кислоту - ГОЭДФК, в качестве гидроксида щелочного металла - гидроксид натрия и гидроксид калия, в качестве добавки - ТН-МС-2 или Сурфасол при следующем соотношении компонентов, мас. %:

Для приготовления состава используют следующие компоненты:

- комплексон трилон-Б (двунатриевая соль этилендиаминтетрауксусной кислоты) - представляет собой белый кристаллический порошок. Хорошо растворяется в воде и щелочах, рН 1%-ного водного раствора - 4,5, удельная растворимость в воде при 20°С - 100 г/дм³;

- комплексон ГОЭДФК - кристаллический порошок белого цвета, обладает хорошей химической стабильностью при высоком показателе рН. Устойчив к гидролизу и разложению при стандартных условиях освещения и температурном режиме, а также устойчив к окислению хлоридом, воздействию кислот и оснований. Массовая доля основного вещества в высушенном продукте не менее 97%;

- гидроксид натрия (NaOH) - белое твердое вещество, сильное химическое основание, с Т_пл=323°С, Т_кип=1403°С. Сильно гигроскопичен, на воздухе «расплывается», активно поглощая пары воды из воздуха. Хорошо растворяется в воде, при этом выделяется большое количество теплоты;

- гидроксид калия (КОН) - представляет собой бесцветные, очень гигроскопичные кристаллы с Т_пл=380-406°С, Т_кип=1327°С, является сильным основанием;

- добавку - ТН-МС-2 - композицию из анионных и неионогенных ПАВ в водно-спиртовом растворителе, содержащую следующие компоненты, мас. %: натрий сульфоэтоксилат - до 25, натрий сульфид - до 25, октаоксиэтиленовый эфир нонилфенола - 10-60, 2-Аминоэтанол - до 5, метанол - 10-50, изопропанол - до 10, вода - 5-45. Представляет собой прозрачную бесцветную жидкость с массовой долей сухого остатка не менее 30,0%, кинематической вязкостью при температуре 20°С не более 30 мм²/с, температурой застывания не выше минус 40°С (ТУ 20.59.42-005-13004554-2017, ПАСПОРТ БЕЗОПАСНОСТИ ХИМИЧЕСКОЙ ПРОДУКЦИИ РПБ №13004554 20 49772 от «25» декабря 2017 г.);

- добавку - Сурфасол, сложную сбалансированную композицию ПАВ и синергетических добавок, содержащую следующие компоненты, мас.%: этиленгликоль - 30-40, альфа-(Нонилфенил)-омега-гидроксиокта (окси-1,2-этандиил) - до 5, 1-Гидроксиэтилиден-дифосфоновая кислота (ОЭДФК) - 1-5, кокоамидопропилбетаин - до 15, вода - остальное. Это однородная жидкость от светло-желтого до темно-коричневого цвета плотностью при 20°С в пределах 900-1100 кг/м³, температурой застывания не выше минус 50°С. Обладает высокой проникающей способностью в поровое пространство и растворяющей способностью по отношению к солям (ТУ 2458-012-91222887-2014, ПАСПОРТ БЕЗОПАСНОСТИ ХИМИЧЕСКОЙ ПРОДУКЦИИ РПБ №91222887 24 43900 от «12» октября 2016 г.);

- изопропиловый спирт - органическое соединение, простейший вторичный одноатомный спирт алифатического ряда, бесцветная жидкость с характерным спиртовым запахом, более резким, чем у этанола. Т_пл=90°С, Т_кип=83°С. Динамическая вязкость при стандартных условиях - 2,4 мПа⋅с;

- КОБС - имеют сложный компонентный состав, мас.%: алифатические спирты - С8 60,1, сложные эфиры - 17,5, кетоны - 15,0, альдегиды - 7,4. Кинематическая вязкость при 20°С - 2,4 мПа⋅с;

- воду техническую пресную.

Сущность предложения заключается в создании состава для химической обработки ПЗП. Повышение эффективности состава обеспечивается следующим механизмом его воздействия на ПЗП: комплексон извлекает ионы металла из нерастворимых солей металлов в коллекторе и замещает их на ионы натрия и калия, которые находятся в компонентах состава. Почти все соли натрия и калия растворимы в воде, что снижает вторичное осадкообразование и растворяет (точнее комплексирует, связывает) ионы металлов, в частности ионы бария (сульфат бария (барит), кальция (сульфат кальция, оксалаты). Применение в качестве комплексона трилона-Б или ГОЭДФК в составе приводит к одинаковому техническому результату.

NaOH и КОН усиливают растворяющую (разглинизирующую) способность состава для химической обработки ПЗП за счет обменных катионов натрия и калия. При этом отдельные глинистые компоненты, находящиеся в полимерглинистой, армированной частицами барита фильтрационной корке самопроизвольно переходят в контактирующий с ними состав. Такая дезагрегация глинистых компонентов и является целью химической обработки составом ПЗП.

Когда NaOH и КОН вступают в контакт с химически активными глинистыми компонентами, благодаря своему малому ионному радиусу натрия и калия они приближаются к поверхности глинистых компонентов на очень небольшое расстояние, благоприятное для энергетической кинетики.

Ион калия - лучший материал для катионообмена на глинах из-за того, что он имеет меньшую энергию гидратации, чем ионы натрия, поэтому легче теряет слой адсорбированной воды. Радиус иона калия в растворе меньше, чем расстояние между слоями кристаллической решетки основных минералов коллектора. Для экономичности компонентов в состав для химической обработки ПЗП ввели NaOH, так как он более дешевый, чем КОН.

Вследствие низкого межфазного натяжения на границе «состав - растворяемый материал», высокой поверхностной активности, высокой растворяющей способности по отношению к солям в коллекторе добавка предназначена для более глубокого проникновения состава для химической обработки ПЗП в поры пласта и загрязняющие, кольматирующие материалы в пласте (полимерглинистую, армированную частицами барита фильтрационную корку). ПАВ в добавке способствует предотвращению образования осадков и стойких эмульсий. Применение в качестве добавки ТН-МС-2 или Сурфасол в составе приводит к одинаковому техническому результату.

Изопропиловый спирт или КОБС являются водорастворимыми спиртами-смачивателями. В выбранном диапазоне концентраций усиливается эффект смачивания за счет дополнительного снижения межфазного натяжения поверхности растворяемых материалов.

Поэтому совокупность свойств этих компонентов усиливает синергетический эффект предлагаемого состава. После вымывания продуктов реакции восстанавливается проницаемость ПЗП, увеличивается приток нефти к забою скважины.

В лабораторных условиях состав для химической обработки ПЗП в объеме 100 см³ готовят следующим образом. В химический стакан на 250 мл помещают расчетное количество порошковых компонентов: комплексон - 5 г (5 мас. %), NaOH - 2,5 г (2,5 мас. %), КОН - 2,5 г (2,5 мас. %). Далее приливают добавку - 3,5 г (3,5 мас. %) и изопропиловый спирт или КОБС - 3 мл (3 мас. %). Затем в химический стакан к порошковым компонентам с добавкой и изопропиловым спиртом или КОБС доливают расчетный объем воды - 83,5 мл (83,5 мас. %). Состав для химической обработки ПЗП перемешивают при комнатной температуре на лопастной мешалке при числе оборотов 100-180 мин^-1 до достижения однородности состава за 20-30 мин. Оптимальное количество компонентов и их соотношение в составе для химической обработки ПЗП установлено опытным путем и представлено в табл. 1.

Пример приготовления состава №1 для химической обработки ПЗП в объеме 100 см³. В химический стакан на 250 мл помещают расчетное количество порошковых компонентов: комплексон (трилон-Б) - 5,0 г (5,0 мас. %), NaOH - 2,5 г (2,5 мас. %), КОН - 2,5 г (2,5 мас. %). Далее приливают добавку Сурфасол - 3,5 г (3,5 мас. %) и КОБС - 3,0 мл (3,0 мас. %). Затем в химический стакан к порошковым компонентам с добавкой и КОБС доливают расчетный объем воды - 83,5 мл (83,5 мас. %). Состав для химической обработки ПЗП перемешивают при комнатной температуре на лопастной мешалке при числе оборотов 100-180 мин^-1 до достижения однородности состава за 20-30 мин. Остальные составы для химической обработки ПЗП по табл.1 готовят аналогично составу №1.

Для испытания предлагаемого состава для химической обработки ПЗП были использованы два вида образцов кернового материала со скважин Тюгеевского и Северо-Елтышевского месторождений, турнейского горизонта.

Химический стакан с предварительно взвешенным образцом кернового материала и составом для химической обработки ПЗП помещали в вытяжной шкаф с постоянной температурой (24°С). По истечении 240 мин образец кернового материала, обработанный составом для химической обработки ПЗП, переносили на бумажный фильтр. Далее остатки образца кернового материала смывали дистиллированной водой со стенок химического стакана, после чего образец кернового материала на фильтре промывали и сушили до постоянной массы. Растворимость образца кернового материала (Р), мас %, рассчитывали по формуле:

где m_нач - масса образца кернового материала до обработки, г; m₁ - масса образца кернового материала после обработки, г.

Таким образом, предлагаемый состав обладает в 4,86 раза большей растворяющей способностью данного образца кернового материала, чем состав по наиболее близкому аналогу.

Таким образом, состав для химической обработки ПЗП обладает в 1,93 раза большей растворяющей способностью данного образца кернового материала, чем состав по наиболее близкому аналогу.

Основные характеристики состава для химической обработки ПЗП и состава по наиболее близкому аналогу приведены в табл. 4.

Приведенные в табл. 1 и 4 данные свидетельствуют о том, что состав для химической обработки ПЗП по сравнению с составом наиболее близкого аналога обладает большей физико-химической активностью по отношению как к карбонатным материалам коллектора, так и терригенным (растворяющая способность) без видимого вторичного осадкообразования полимерглинистой, армированной частицами барита фильтрационной корки (диспергирующая способность) при р_атм=101325 Па, Т_возд=24°С.

Предлагаемая дозировка добавки (ТН-МС-2 или Сурфасол) и водорастворимых спиртов-смачивателей (КОБС и изопропилового спирта) положительно влияет на степень снижения межфазного натяжения состава для химической обработки ПЗП на границе с образцом кернового материала, которая составляет от 0,1 до 0,9 мН/м. У состава наиболее близкого аналога в несколько раз выше - 1,45-1,89 мН/м.

Результаты исследований показали, что изменение концентраций компонентов в составе для химической обработки ПЗП нецелесообразно, т.к. при увеличении концентрации компонентов снижается технологичность или устанавливается стабилизация параметров на одном уровне (составы №№14, 15, 20-23, 28-30, 36-39).

При уменьшении концентрации компонентов в составе ниже указанных пределов наблюдается ухудшение физико-химических свойств состава, особенно растворяющей и диспергирующей способности (составы №№12, 13, 16-19, 24-27, 31-35).

Результаты лабораторных исследований по обоснованию физико-химических свойств состава для химической обработки ПЗП по сравнению с составом по наиболее близкому аналогу дополнены результатами физического моделирования на керновой установке Vinci CFS-700.

Методика исследования. В первую очередь определяли начальную проницаемость образцов керна (K_пр1) по керосину на установке Vinci CFS-700. Для этого осуществляли фильтрацию керосина через образец керна.

Образец керна в ходе эксперимента загружали в гидростатический кернодержатель, обеспечивающий всесторонний равномерный обжим. Значения давления обжима и противодавления составляли 30,4059 МПа (4410 psi) и 8,2737 МПа (1200 psi) соответственно. Давление закачки (рабочее) - 10,1325 МПа (1469,59 psi).

Керосин подавался в кернодержатель при постоянном давлении из контейнеров с плавающим поршнем. Регистрировали перепад давления. Заданная температура в опытах составляла 27°С (примерно пластовые условия для месторождений Республики Татарстан).

После достижения стабилизации процесса фильтрации керосина (установления постоянной скорости фильтрации и постоянного перепада давления на торцах образца керна) определяли К_np1 по керосину. Затем закачивали состав для химической обработки ПЗП. В процессе закачки фиксировали динамику давления и скорость фильтрации. Проводили выдержку предлагаемого состава на реакцию с породой в течение 3 часов. На следующем этапе определяли конечную проницаемость образцов керна (К_пр2) по керосину. Для этого осуществляли фильтрацию керосина через образцы керна, при этом регистрировали перепад давления. После достижения стабилизации процесса фильтрации определяли К_пр2. Далее проводили расчет коэффициента интенсификации (К_инт), равного отношению конечной проницаемости (после предлагаемого воздействия составом) к начальной (до воздействия) - К_пр2/К_пр1.

Фильтрационный опыт проводился с составом для химической обработки ПЗП №9. Был использован образец кернового материала с Екатериновского месторождения, бобриковского горизонта, скважины 4045.

Коэффициент проницаемости до химического воздействия составом: К_пр1=0,385 мкм².

Коэффициент проницаемости после химического воздействия составом: К_пр2=0,505 мкм².

Коэффициент интенсификации:

Аналогичный фильтрационный опыт проводился с составом по наиболее близкому аналогу №4. Был использован образец кернового материала с Екатериновского месторождения, бобриковского горизонта, скважины 4045. В результате получен коэффициент интенсификации:

Таким образом, эффективность химического воздействия состава для химической обработки ПЗП в 1,25 раза выше по сравнению с составом по наиболее близкому аналогу.

В итоге получен эффективный и технологичный состав для химической обработки ПЗП за счет увеличения физико-химической активности по растворяющей способности материалов коллекторов и диспергированию загрязняющих, кольматирующих материалов в пласте (полимерглинистой, армированной частицами барита, фильтрационной корки), снижения межфазного натяжения, облегченного выноса продуктов реакций из пласта в процессе освоения скважины (комплексное воздействие спиртов-смачивателей и добавки).