Способ обработки призабойной зоны пласта

 

Изобретение относится к добыче жидких и газообразных текучих сред из буровых скважин, в частности к способам интенсификации скважин с использованием разъедающих веществ, и может быть использовано в нефтегазодобывающей промышленности при обработке призабойной зоны пласта. Для увеличения размеров фильтрационных каналов и, следовательно, проницаемости призабойной зоны за счет растворения минералов цемента и части скелета коллектора в скважину последовательно закачивают четыре водных раствора в последовательности: щелочной и 2 кислотных и разделяющий их буферный. Составы растворов: щелочной - гидроксид щелочного металла, например, натрия с концентрацией 10 - 50 мас.%; буферный - хлорида или/и нитратов, фторидов тех же щелочных металлов с концентрацией 10 - 25 мас.%; кислотный 1-й - например, соляной или азотной с концентрацией 12 - 30 мас.%; кислотный 2-й - фтористоводородная с концентрацией 10 - 15%. Щелочной раствор нагревается до температуры 30 - 80^oC, а точные концентрации разъедающих растворов рассчитываются по содержанию щелоче-кислотнорастворимых минералов в цементе и скелете коллектора с избытком, необходимым для растворения твердых и коллоидных продуктов реакции предшествующего раствора и поддержания значений рН, а буферного - по плотности разъедающих растворов. Освоение скважины производится без выдержки растворов в пласте на реагирование. 1 з.п.ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к добыче жидких или газообразных текущих средств из буровых скважин, в частности к способам интенсификации скважин с использованием разъедающих веществ и может быть использовано в нефтегазодобывающей промышленности при обработке призабойной зоны пласта.

Широко известны способы обработки призабойной зоны пласта с помощью кислот (соляной, азотной, фосфорной, плавиковой) или их смесей [1].

Недостатком этих способов является, во-первых, способность образования сильных трудноудалимых кольматантов - коллоидных и твердых продуктов реакций, в частности гидрогеля кремнекислоты и фторидов кальция, железа и др., а во-вторых, химическое разрушение герметизирующего цементного камня, обычно сопровождаемое заколонными перетоками жидкостей и газов.

Известен также способ обработки призабойной зоны пласта, в котором используется состав, включающий кислотные экстракты нефтей нафтеновой природы в количестве 0,01-0,5 мас.%, гидроксид щелочного металла 0,1-10 мас.% и воду остальное [2].

Недостатком этого способа является то, что обработка производится не непосредственным воздействием на призабойную зону, а вытеснением нефти через нагнетательную скважину, а кроме того, состав включает кислотные экстракты нефтей нафтеновой природы, которые, реагируя со щелочью, пластовым флюидом и минералами коллектора, могут образовывать кольматанты.

Из известных способов наиболее близким и заявляемому является способ обработки призабойной зоны пласта [3], включающий закачку в призабойную зону щелочно-метанольного раствора до образования в ней щелочно-метанольной ванны с последующей выдержкой ее для реагирования с породами пласта, после чего продукты ее реакции закачивают дальше в пласт, а на ее место закачивают глинокислотный раствор, после реагирования глинокислотного раствора производят глубокое оттеснение его продуктов реакции в пласт, и скважину вводят в эксплуатацию, при этом глинокислотный раствор имеет следующий состав, мас.%: 40%-ный раствор плавиковой кислоты - 5-10 Катапин Ки-1 - 0,4-1,0 Сульфанол - 0,1-0,3 Сульфит натрия - 0,05-0,2 27%-ный раствор соляной кислоты - Остальное При соотношении компонентов в щелочно-метанольной ванне, мас.%: Гидроксиды щелочных металлов 10-40%-ной концентрации - 5,0-10,0 Метанол - 3,0-5,0 Углеводородный растворитель - Остальное
Недостатком этого способа является то, что при обработках пласта растворами, содержащими плавиковую и соляную кислоту, первой вступает в реакцию с кальцийсодержащими породами плавиковая кислота как более сильная, и при этом образуются ничем не растворимые кольматанты, например фторид кальция, трудноудаляемые из пласта, а также происходит разрушение герметизирующего цементного камня. Кроме того, при непосредственном контакте кислотного и щелочного растворов происходит частичная нейтрализация их, что уменьшает объемы активных веществ.

Целью предлагаемого изобретения является повышение интенсивности обработки путем увеличения размеров фильтрационных каналов, а следовательно, проницаемости призабойной зоны скважины за счет растворения минералов цемента и части скелета коллектора.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе обработки призабойной зоны пласта, включающем последующую закачку в пласт раствора, содержащего щелочь - гидроксид щелочного металла, и кислотного раствора, имеющего в своем составе плавиковую и соляную кислоты, между щелочными и кислотным растворами закачивают буферный раствор, а кислотный раствор вводят в два этапа: сначала раствор, содержащий соляную кислоту или азотную кислоту, а затем раствор, содержащий плавиковую кислоту, и производят освоение скважины без выдержки на реагирование в пласте, так как реагирование в точечном объеме порового канала происходит мгновенно.

При этом в качестве буферного раствора используют растворы солей хлоридов, фторидов или их смесей, концентрацию гидроксида щелочного металла принимают равной 10-50 мас. %, концентрацию раствора соляной кислоты - 12-30 мас.%, а плавиковой - 10-15 мас.%.

В предлагаемом способе щелочной раствор - водный раствор гидроксида щелочного металла, например натрия (каустическая сода), производит растворение щелочно-растворимых минералов цемента коллектора, остатков бурового раствора, отмывает от пород тяжелые углеводороды, снижает вязкость нефти за счет омыления жирных кислот в нефти, в результате чего происходит повышение проницаемости для кислоты, снижение вязкости пластового флюида и оттеснение его в удаленную призабойную зону, а при возвратном движении - удаление коллоидных и твердых продуктов реакции кислотного раствора; буферный раствор предназначен для недопущения смешивания щелочного и кислотного растворов и реакции нейтрализации между ними; раствор соляной кислоты растворяют кислоторастворимые минералы коллектора, а также твердые и коллоидные продукты реакции щелочного раствора; а раствор плавиковой кислоты - минералы, оставшиеся после реагирования с соляной кислотой.

Объемы растворов определяют по обычной методике, исходя из выбранного условного радиуса обработки призабойной зоны эффективной мощности пласта и пористости коллектора, а концентрации рабочих щелочного и кислотных растворов - из количества щелоче- и кислоторастворимых минералов цемента коллектора, концентрацию буферного раствора рассчитывают таким образом, чтобы плотность его была промежуточной между плотностями щелочного и кислотных растворов. Тем самым, предложенный способ обеспечивает индивидуальный подход к интенсификации каждой скважины.

Освоение скважины производят сразу после полной продавки в призабойную зону кислотных растворов, так как выдержка на реагировании не имеет смысла, поскольку в условиях порового пространства пласта активные компоненты растворов расходуются полностью при большой скорости протекания реакций.

Пример расчета концентрации на 1 м³ коллектора (данные условные).

Эффективная (открытая) пористость коллектора 20%, объем пор, заполненный цементом, 15%, в том числе щелочерастворимые минералы (опал-СТ, галлуазит) 40% от объема заполненных пор; кислоторастворимые силикаты и алюмосиликаты (монтмориллонит, хлорит) 45%, гидроокислы железа 10%, карбонаты (кальцит, доломит) 5%. Реактивы - гидроксид натрия, соляная и плавиковая кислоты, буферный раствор - хлористый натрий. Плотность минералов (с учетом рыхлости агрегатов цемента): карбонаты 2,75; гидроокиси железа 3,0; кислоторастворимые силикаты 1,8: опал-СТ 1,9; галлуазит 1,9; масса минералов в 1 м³ коллектора : карбонаты 20,6 кг; гидроокислы железа 45 кг, кислоторастворимые силикаты 121 кг, опал-СТ 60 кг, галлуазит 60 кг. По данным экспериментов растворение происходит примерно в 85% видимых заполненных пор, в то время как при использовании только соляной кислоты растворение происходит только в половине пор, остальные по разным причинам недоступны для кислотных растворов. Поэтому в расчетах количества соляной кислоты применяется коэффициент 0,5, а количество плавиковой кислоты - 0,9. С учетом этого расход соляной кислоты на растворение карбонатов 7,9 кг, гидроокиси железа 15,3 кг, кислоторастворимых силикатов 55,3 кг, необходимой избыток соляной кислоты для поддержания pH< 2,5 1 кг, плавиковой 0,9 кг.

Объем открытых пор 200 л, а с учетом увеличения объема порового пространства при частичном растворении цемента 300 л. Отсюда концентрация раствора соляной кислоты должна составлять 22 мас.%, а плавиковой 10 мас.%. Концентрация щелочного раствора учитывает расход щелочи на растворение опала-СТ 40 кг, и галлуазита 32,6 кг. Кроме того, при реакциях кислоты с силикатами образуется 44,3 кг гидрогеля кремнекислоты, на реакцию с которым нужно 40,3 кг щелочи. С учетом избытка щелочи. С учетом избытка щелочи на поддержание pH > 12 (1 кг) общее ее количество равно 112,9 кг. Объем открытия пор 200 л, а с учетом частичного растворения минералов цемента в процессе движения щелочного раствора - 220 л. Тогда концентрация щелочного раствора равна 50 мас.%. Раствор соляной кислоты расчетной концентрации имеет плотность 1,14 т/м³, щелочной - 1,4 т/м³, плавиковой кислоты - 1,1 т/м³, соответственно, буферный раствор должен иметь плотность 1,2 т/м³, что соответствует концентрации хлористого натрия 20 мас.%.

Щелочной раствор перед подачей в скважину подогревают до температуры 25-80^oC в зависимости от пластовой температуры и температуры наружного воздуха: при пластовой температуре 70 - 80^oC нагрев минимальный, а при меньших - по верхнему пределу, так как растворение идет только в горячих щелочах.

Все применяемые в заявленном способе вещества известны, все они применяются для тех же или сходных целей, однако применение их в одном процессе, последовательность введения, функциональное назначение и взаимодействие, а также концентрации и метод их расчета существенно отличают заявляемое решение от известных, включая прототип, что позволяет сделать вывод о соответствии критериям "изобретательский уровень" и "новизна".

Заявляемый способ проверен лабораторными экспериментами и испытан в промышленных условиях на семи скважинах Уренгойского месторождения. Лабораторные эксперименты состояли в последовательном прокачивании через водо- и керосинонасыщенные образцы в пластовых или близких к ним условиях (P_обж.=20 - 30 МПа, P_вх.=17 - 24 МПа, P=0,3 - 1,0 МПа, T=70 - 82^oC.) растворов гидрооксида натрия с концентрацией 10 - 50 мас.%; хлористого и азото-кислого натрия с суммарной концентрацией 10 - 25 мас.%, раствор соляной кислоты и смеси соляной и азотной кислот с концентрацией 12 - 30 мас.%, растворов плавиковой кислоты с концентрацией 10 - 15 мас.% с последующим реверсирование (обратным движением отработанных растворов) и изменением проницаемости по воде или керосину до и после эксперимента. В результате экспериментов проницаемость увеличилась на 20 - 100% и более. В результате промышленных обработок по предложенному способу 6 скважин, ранее простаивавшие из-за низкого дебита, введены на фонтанный режим, а одна увеличила продуктивность более, чем в 12 раз.

В таблице приведены результаты промышленных испытаний предлагаемого способа.

Формула изобретения

1. Способ обработки призабойной зоны пласта, включающий последовательную закачку в пласт раствора, содержащего щелочь - гидроксид щелочного металла, и кислотного раствора, имеющего в своем составе плавиковую и соляную кислоты, отличающийся тем, что между щелочным и кислотными растворами закачивают буферный раствор, а кислотный раствор вводят в два этапа: сначала раствор, содержащий соляную кислоту, а затем раствор, содержащий плавиковую кислоту, и производят освоение скважины без выдержки растворов на реагирование в пласте.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве буферного раствора используют растворы солей хлоридов, фторидов или их смесей, концентрацию гидроксида щелочного металла принимают равной 10 - 50 мас.%, концентрацию раствора соляной кислоты 12 - 30 мас.%, а плавиковой 10 - 15 мас.%.

РИСУНКИ

Рисунок 1