Горючеокислительный состав для термохимической обработки нефтяного пласта

 

Состав относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к горючеокислительным составам ГОС для термохимической обработки нефтяного пласта, и может быть использован для активации или возобновления нефтяных скважин, продуктивность которых снижена из-за парафиногидратных и асфальтосмолистых отложений, закупоривающих фильтрационные каналы и нарушающих связь скважины с флюидонесущим пластом. Техническим результатом является повышение взрывопожаробезопасности при работе с ГОС в любых погодных условиях, продуктивности нефтеотдачи пласта, снижение степени нарушения колонн обсадных и насосно-компрессорных труб, обеспечение управляемого контроля давления при обработке скважин любой глубины и сложности. Горючеокислительный состав для термохимической обработки нефтяного пласта, включающий селитру и продукт взаимодействия азотной кислоты и органического соединения, в качестве органического соединения содержит, по крайней мере, одно вещество из ряда: алканоламин, алкиламин, алкилполиамин с числом углеродных атомов 2-6, продукт взаимодействия имеет рН среды 5,0-8,0 при следующем соотношении компонентов, мас. %: селитра 2,0-35,0, указанный продукт взаимодействия - остальное. Причем он содержит селитру аммиачную, калиевую, натриевую или кальциевую, предпочтительно аммиачную, а также этаноламин и/или этиламин, число углеродных атомов 2-3, предпочтительно 2, алкилполиамин содержит, по крайней мере, 2 аминогруппы, предпочтительно 3, органическое соединение используют в виде водного раствора, содержащего не менее 80% основного вещества, возможно состав дополнительно содержит целевые добавки, выбранные из ряда: перманганат калия, изопропилметакарборан, уксусная кислота, в количестве не более 3% от массы исходных компонентов. 9 з.п.ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к горючеокислительным составам для термохимической обработки нефтяного пласта, и может быть использовано для активации или возобновления нефтяных скважин, продуктивность которых снижена из-за парафиногидратных и асфальтосмолистых отложений, закупоривающих фильтрационные каналы и нарушающих связь скважины с флюидонесущим пластом.

Известен горючеокислительный состав для термохимической обработки призабойной зоны пласта, содержащий исходные компоненты при следующем соотношении, мас. %: нитрат аммония (аммиачная селитра) 48,2-60,4; глицерин 8,0-12,0 и вода остальное (RU 2100583 С1, Е 21 В 43/25, 1997).

Известен горючеокислительный состав для термохимической обработки призабойной зоны пласта, содержащий исходные компоненты при следующем соотношении, мас.%: мочевина 18,0-30,0; азотная кислота 4,0-6,0; перманганат калия 0,01-0,02; уксусная кислота 4,5-5,5; изопропилметакарборан 0,3-3,0; вода 13,0-18,0 и аммиачная селитра 38,0-60,0 (RU 2126084 С1, Е 21 В 43/24, 1999).

Наиболее близким по совокупности признаков к заявляемому изобретению является горючеокислительный состав для термохимической обработки призабойной зоны пласта, содержащий исходные компоненты при следующем соотношении, мас. %: продукт взаимодействия азотной кислоты с органическим соединением, а именно азотной кислоты с диамидом щавелевой кислоты 18,0 - 36,0; уксусный эфир салициловой кислоты 4,0-5,0; перманганат калия 0,01-0,05; изопропилкарборан 5,0-15,0; аммиачная селитра до 63,9 и вода 9,0-18,0 (RU 2153065 C1, E 21 В 43/24, 1999).

Все известные составы обладают высокой энергоемкостью, повышают эффективность обработки призабойной зоны нефтяного пласта, но обладают общим существенным недостатком, а именно содержат высокое количество аммиачной селитры, что относит эти составы, имеющие высокую энергетику, к серии взрывопожароопасных.

Технической задачей изобретения является разработка серии новых взрывопожаробезопасных горючеокислительных составов для термохимической обработки нефтяного пласта, обладающих высокими технологическими характеристиками. Термин технологические характеристики включает: безопасность работы с составом при любых погодных условиях; повышение продуктивности нефтеотдачи пласта; снижение степени нарушения колонн обсадных и насосно-компрессорных труб (НКТ); управляемый контроль давления при обработке скважин любой глубины и сложности.

Техническая задача достигается тем, что горючеокислительный состав для термохимической обработки нефтяного пласта содержит исходные компоненты при следующем соотношении, мас.%: Селитра - 2,0-35,0 Продукт взаимодействия органического соединения с азотной кислотой - Остальное при этом указанный продукт взаимодействия, имеющий рН среды 5,0 - 8,0, в качестве органического соединения содержит по крайней мере одно вещество из ряда: алканоламин, алкиламин, алканолполиамин, алкилполиамин с числом углеродных атомов от двух до шести в алкильном радикале, преимущественно от двух до трех углеродных атомов из ряда: этаноламин, пропаноламин и/или этиламин, пропиламин. В качестве алкилполиамина используют соединение, содержащее в алкильном радикале по крайней мере 2-3 аминогруппы. Органические соединения могут быть использованы как в виде индивидуальных веществ, так и в виде водных растворов, содержащих не менее 80% основного вещества.

ГОС в качестве селитры содержит аммиачную, натриевую, калиевую или кальциевую, преимущественно аммиачную селитру. Дополнительно ГОС может содержать не более 3,0% от массы основных компонентов целевых добавок, таких как перманганат калия, изопропилметакарборан, уксусную кислоту.

Используемые органические соединения могут быть представлены в виде следующих формул: Алкиламины: первичный амин C_nH_2n+1(NH₂); вторичный амин (C_nH_2n+1)₂(NH); третичный амин (C_nH_2n+1)₃N; где n= 2-6, преимущественно 2-3. Это этил и пропиламины: C₂H₅NH₂ и С₃Н₇МН₂ соответственно.

Алканоламины: первичные (ОН) C_nH_2n(NH₂);
вторичные (ОН)₂ (С_nН_2n)₂(NH);
третичные (ОН)₃(С_nН_2n)₃N;
где n=2-6, преимущественно 2-3. Это этанол и пропаноламины: (OH)C₂H₄NH₂ и (ОН)С₃Н₆NН₂ соответственно.

Полиамины в алкильной цепочке могут содержать две группы (NH₂), или одну (NH₂) и одну (NH), или (NH) и (N) или по три одинаковых групп и так далее. Как правило, полиамины представляют собой отходы производства индивидуальных аминов и поэтому их использование в ГОС приводит к утилизации отходов, тем самым способствуя благоприятной экологической обстановке на предприятиях по производству аминов.

Соотношение азотной кислоты (концентрации 38-60%) относительно органического соединения берут в количестве, необходимом для получения продукта взаимодействия, имеющего рН 5,0 - 8,0. При таком условии продукт взаимодействия представляет собой аммонийные соли соответствующих органических соединений или их смеси. Контроль по рН для продукта взаимодействия является более надежным по сравнению с расчетными концентрациями, т.к. не зависит от степени чистоты исходных вещества и наличия в них воды.

Указанный ряд органических соединений может быть использован как в стадии поставки индивидуальных веществ любой квалификации, так и в виде смеси полиаминов и алканоламинов, являющихся побочными продуктами (отходами) промышленного производства индивидуальных веществ. Все они имеют невысокую себестоимость и обладают низкой первоначальной токсичностью, совместимы между собой, поэтому могут быть взаимозаменяемы и использоваться как индивидуально, так и в смеси друг с другом в любом соотношении.

Предлагаемые ГОС способны работать в широком диапазоне стартовых температур и давлений при любых погодных условиях и обладают широким диапазоном по энергетике, что позволяет использовать ГОС для обработки скважин любой глубины и сложности (от 200 до более 2000 м).

Отличительной особенностью ГОС является интенсивное газовыделение, состав выделяющихся газов при обработке скважин, повышенная технологическая надежность, удобство и безопасность работы с ГОС.

Для приготовления ГОС могут быть использованы реактивы любой квалификации чистоты за исключением разбавленных водных растворов, содержащих менее 80% основного вещества.

Важной характеристикой является низкая коррозионная активность компонентов ГОС, они практически не обладают запахом, не дают выраженных опасных испарений в жаркое время года, не разъедают кожу рук при кратковременном контакте. При попадании на землю и оборудование ГОС легко смывается водой, так как обладает неограниченной растворимостью в воде. Для почвенного слоя разбавленные растворы ГОС являются полезными удобрениями и не загрязняют окружающую среду.

Инициирование ГОС в забое скважин может осуществляться любыми известными средствами. При сгорании ГОС основными выделяющимися газами являются водород, моноокись углерода и азот, т.е. смесь газов, близкая по составу к синтез-газу. Получают ГОС следующим образом. К рассчитанному количеству органического соединения добавляют для превращения аминогрупп в аммонийные соли необходимое количество азотной кислоты, так чтобы после прохождения реакции продукт взаимодействия имел показатель рН 5,0-8,0. При смешивании компонентов выделяется большое количество тепла, поэтому необходимо предусмотреть медленное добавление азотной кислоты, непрерывное охлаждение и перемешивание. После охлаждения продукта взаимодействия в него вводят селитру и при необходимости ряд технологических добавок, которые не изменяют рН, снова перемешивают компоненты, охлаждают и доставляют по назначению. Добавление селитры в количестве не более 35,0 мас.%: аммиачной, калиевой, натриевой или кальциевой, преимущественно аммиачной, повышает рабочие характеристики окислителя в составе ГОС. Технологические добавки в количестве не более 3 маc. % из ряда: уксусная кислота, глицерин, перманганат калия, изопрпилметакарборан и др. регулируют энергобаланс ГОС.

Полученный ГОС представляет собой исключительно подвижные жидкости с понижением температуры затвердевания от нуля до минус 30^oС и ниже по сравнению с другими известными составами, что является положительным фактором ГОС, так как позволяет проводить закачку состава в скважины в холодное зимнее время года.

Оптимальным является приготовление смеси ГОС в стационарных специально оборудованных условиях и последующая безопасная транспортировка на место их использования, что исключает осуществление химических операций малоквалифицированным персоналом вблизи скважин.

В результате проведенных стендовых испытаний ГОС, а в некоторых случаях и на забое было показано, что ГОС, содержащие энергоемкие органические соединения, такие как алканоламины (этанол и пропаноламины), полиамины, необходимо использовать при обработке сложных и глубоких скважин. Для обработки скважин средней сложности рекомендуется использовать ГОС, содержащие диалканоламины. Для обработки скважин малых глубин достаточно вводить в состав ГОС триалканоламины.

Следует отметить, что использование низкоэнергоемких алканоламинов ведет к введению в ГОС селитры в концентрациях более 35%, что нежелательно.

Для заявляемых ГОС при их испытании инициаторами термохимической обработки служили борогидриды щелочных и щелочноземельных металлов в количестве не более 10% от массы ГОС. Однако инициаторами могут быть и другие известные реагенты и способы.

В таблице представлена часть заявляемых горючеокислительных составов с указанием их характеристик. Видно, что энергоемкость ГОС изменяется в очень широком интервале, это позволяет использовать ГОС для обработки скважин любой глубины и сложности в любое время года.

Исследования показали, что предлагаемый ГОС является безопасным в работе. Состав также экологически безопасен.

Таким образом, предлагаемое изобретение расширяет ассортимент составов ГОС для высокоэффективной технологической обработки нефтегазовых скважин независимо от температуры и давления на забое, объема асфальтосмолистых и парафиновых отложений, степени обводненности. И самое главное, ГОС экологически- и пожаровзрывобезопасен при работе, при перевозке и хранении.

Формула изобретения

1. Горючеокислительный состав для термохимической обработки нефтяного пласта, включающий селитру и продукт взаимодействия азотной кислоты и органического соединения, отличающийся тем, что в качестве органического соединения он содержит, по крайней мере, одно из ряда: алканоламин, алкиламин, алкилполиамин с числом углеродных атомов 2-6, продукт взаимодействия имеет рН среды 5,0-8,0 при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Селитра - 2,0 - 35,0
Указанный продукт взаимодействия - Остальное
2. Состав по п.1, отличающийся тем, что число углеродных атомов 2-3.

3. Состав по п.2, отличающийся тем, что число углеродных атомов 2.

4. Состав по п. 3, отличающийся тем, что он содержит этаноламин и/или этиламин.

5. Состав по п. 1, отличающийся тем, что алкилполиамин содержит, по крайней мере, 2 аминогруппы.

6. Состав по п. 5, отличающийся тем, что алкилполиамин содержит 3 аминогруппы.

7. Состав по любому из пп.1-6, отличающийся тем, что он содержит органическое соединение в виде водного раствора, содержащего не менее 80% основного вещества.

8. Состав по любому из пп.1-7, отличающийся тем, что он содержит селитру аммиачную, калиевую, натриевую или кальциевую.

9. Состав по п.8, отличающийся тем, что он содержит селитру аммиачную.

10. Состав по любому из пп.1-9, отличающийся тем, что он дополнительно содержит целевые добавки, выбранные из ряда: перманганат калия, изопропилметакарборан, уксусная кислота, в количестве не более 3% от массы исходных компонентов.

РИСУНКИ

Рисунок 1

NF4A Восстановление действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение

Дата, с которой действие патента восстановлено: 20.08.2008

Извещение опубликовано: 20.08.2008        БИ: 23/2008