Горючо-окислювальний склад для термохімічної обробки привибійної зони пласта

Реферат: Горючо-окислювальний склад для термохімічної обробки привибійної зони пласта включає комплексне з'єднання азотної кислоти з органічною сполукою, карбамід, хлорид амонію і цільові добавки. Як органічну сполуку використовують водну суспензію складних нітроефірів, вибраних із ряду нітросахарози, нітроглюкози, нітрофруктози. Цільові добавки вибрані з ряду: гексаоксид бору – В6О, полімерний нітрил - (C2N2)n, біхромат калію – К2Сr2О7, в кількості не більше 3 % від маси основних компонентів. UA 98065 C2 (12) UA 98065 C2 UA 98065 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Винахід належить до нафтогазовидобувної промисловості, зокрема до горючоокислювальних складів (ГОС), призначених для термохімічної обробки привибійної зони пласта (ПЗП), які можуть бути використані для інтенсифікації чи відновлення дебіту нафтових, газових і газоконденсатних свердловин, продуктивність яких знижена із-за парафіногідратних та асфальтосмолистих відкладень, що кольматують фільтраційні канали і порушують зв'язок свердловини з флюїдонасиченим пластом. Відомий паливно-окислювальний склад для обробки ПЗП, що містить вихідні компоненти при наступному співвідношенні, мас. %: комплексне з'єднання діаміду щавлевої кислоти з азотною кислотою 18,0-36,0; оцтовий ефір саліцилової кислоти 4,0-5,0; перманганат калію 0,010,05; ізопропілкарборан 5,0-15,0; аміачна селітра 21,5-63,9 і вода 9,0-18,0 [RU 2153065 С1, 20.07.2000]. Відомий паливно-окислювальний склад для термохімічної обробки привибійної зони пласта, що містить вихідні компоненти при наступному співвідношенні, мас. %: комплексне з'єднання азотної кислоти з органічною сполукою - сечовиною, що включає сечовину в кількості 18,0-30,0 і азотну кислоту в кількості 4,0-6,0; оцтову кислоту 4,5-5,5; перманганат калію 0,01-0,02; ізопропілметакарборан 0,3-3,0; аміачну селітру 38-60 і воду 13-18 [RU 2126084 С1, 10.02.1999]. Відомі аналоги містять велику кількість аміачної селітри, що відносить ці склади до серії пожежо- і вибухонебезпечних як при транспортуванні і зберіганні, так і під час роботи на свердловинах. На ряді родовищ вживання селітри взагалі заборонено. Найбільш близьким за технічними ознаками та результатом, що досягається, є паливноокислювальний склад для термохімічної обробки привибійної зони пласта [RU 2192543, 10.11.2002], який з метою підвищення пожежо- і вибухової безпеки, містить вихідні компоненти при наступному співвідношенні, мас. %: селітра - 2,0-25,0, комплексне з'єднання алканоламіну з азотною кислотою - до 100, при цьому в як алканоламін в комплексі ГОС містить принаймні один компонент з ряду: етаноламін, діетаноламін, триетаноламін, переважно етаноламін, пов'язаний з азотною кислотою в еквімолярному співвідношенні, а як селітру ГОС містить аміачну, калієву, натрієву, кальцієву, переважно аміачну селітру. Додатково ГОС може містити не більше 3,0 % від маси основних компонентів цільових добавок, таких як перманганат калію, ізопропілметакарборан, оцтова кислота. Склад, вибраний як найближчий аналогу, має два істотних недоліки: містить відносно високий вміст селітри (до 25 %), тому за певних умов може і детонувати і горіти, та має порівняно низькі показники якості обробки ПЗП. В основу винаходу поставлена задача удосконалити горючо-окислювальний склад для термохімічної обробки привибійної зони пласта зміни шляхом складу інгредієнтів, щоб підвищити пожежо-вибухову безпеку ГОС і його ефективність при обробці ПЗП. Поставлена задача вирішується тим, що ГОС містить вихідні компоненти, а саме комплексне з'єднання азотної кислоти з органічною сполукою (органічна сполука містить водну суспензію азоту (азоту 9,0-17,0 %, та воду 13,0-27,0 %) та складних нітроефірів, вибраних із ряду нітросахарози, нітроглюкози, нітрофруктози), цільові добавки та додатково вводять карбамід, хлорид амонію, при наступному співвідношенні компонентів мас. %: комплексне з'єднання 40,0-69,0 карбамід 10,0-13,0 хлорид амонію 8,0-15,0 добавки решта, причому цільових добавок містить не більше 3 % від маси основних компонентів, таких як гексаоксид бору - В6О, полімерний нітрил - (C2N2) n і біхромат калію - К2Сr2О7, при наступному співвідношенні компонентів мас. %: гексаоксид бору 1,8-1,9 полімерний нітрил 1,0-0,9 біхромат калію 0,2-0,1. Пропонований склад не містить, забороненої на ряді родовищ, аміачної та іншої селітри. Він повністю безпечний у використанні, транспортуванні і зберіганні, бо включає від 13 до 27 % води. Зменшення її вмісту не забезпечує повноти реакції гідрореагуючого складу (ГРС) - В6О, 3 3 здатного виділяти з води 5,64 м /дм водню. Збільшення вмісту води у пропонованому ГОС вище межі 33 %, що заявляється, знижує енергетичний потенціал системи і є неприйнятним. Зазначені співвідношення компонентів є оптимальними для забезпечення повноти окислення всіх складових ГОС в обсадній колоні свердловини і в пласті. Згідно з даними хімічних аналізів проміжних та кінцевих компонентів як зменшення, так і збільшення їх вмісту погіршує працездатність ГОС в ПЗП. 1 UA 98065 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Усі компоненти пов'язані в хімічні комплекси, вони не дають виражених небезпечних випарів, не роз'їдають шкіру рук при короткочасному контакті. Хімічні процеси окислення складових ГОС починаються в обсадній колоні свердловини з екзотермічної реакції виділення водню з води гідрореагуючим складом В 6О. За даними резонансно-флуоресцентної спектроскопії - РФС, особливістю гексаоксиду є здатність до виділення атомарного водню, рекомендація якого в молекулу з виділенням великої кількості тепла здійснюється вже у пласті. При окисленні В 6О водою спочатку утворюється недоокислений газоподібний оксид бору ВО (дані масспектроскопії), доокислення якого також закінчується в пласті з виділенням водню та тепла. Заміна ГРС (гексаоксиду замість iзопропiлметакарборану) і новий склад компонентів у пропонованому ГОС в порівнянні з відомим складом сприяє активній реалізації закону "оптимізації метання системою газів". Відомо, якщо попереду йде легкий газ (у нас водень), а за ним важкий (у нас суміш проміжних і недоокислених продуктів), то потік газів і швидкість його руху збільшується у стільки разів у скільки важкий газ важче того, що йде попереду. 3 3 Пропонований В6О здатний виділяти з води 5,64 м /дм водню, а ізопропілметакарборан 3 3 С3В10Н18, що використовують у прототипі - 3,81 м /дм , а оскільки відомий ГОС взагалі не містить води і може не мати цільових добавок (згідно з формулою винаходу), то кількість 3 3 утвореного водню знаходиться в межах від 1,12 м /дм до нуля. Відповідно при роботі прототипу різко знижується потік газів в пласт і швидкість його руху в порівнянні з пропонованим ГОС. При цьому якість обробки ПЗП знижується. Екзотермічна реакція ГРС з водою ініціює розкладання полімерного нітрилу, який (при каталітичному впливі К2Сr2О7) повністю розкладається в інтервалі 180-500 °C з утворенням газу диціану C2N2, який сприяє ланцюговому процесу розкладання нітроефірів. Як показав метод РФС, диціан здатний відбирати і виділяти атомарний кисень з нітрогруп ефірних з'єднань. Таким чином згоряння пропонованої хімічної системи йде через утворення атомарного водню, атомарного кисню і проміжних недоокислених газоподібних продуктів типу NO 2, N2O3, NH3, СО, ВО. Їх доокислення, з виділенням тепла і додаткових газів, відбувається у пласті, надаючи на флюїд і породу безпосередній вплив. Вони збільшують проникність породи, руйнують її хімічні зв'язки з вуглеводнями, забезпечують крекінг-піроліз парафінових фракцій. Гази з обсадної колони захоплюють у пласт ще пари азотної і соляної кислот, при конденсації яких утворюється суміш, звана "царською горілкою", вона здатна розчиняти кристалічні частинки породи, що кольматують продуктивний пласт. Складові пропонованого складу ГОС в кінцевому підсумку здійснюють інтенсифікацію припливу флюїду. ГОС прототипу таких якостей практично не має. Він реалізує свій термодинамічний потенціал в обсадній колоні свердловини, створюючи там кінцеві продукти згоряння (водень, азот, оксид вуглецю), тому ефективність його впливу на пласт і флюїд значно нижче. Запатентовані склади прототипу, що містять безводну селітру, можуть займатися, детонувати і горіти. Розроблену ГОС одержують на місці проведення робіт (родовищах нафти, газу та газоконденсату), або на підприємствах, що синтезують ГРС та нітрили. Синтез складних нітроефірів здійснюють шляхом з'єднання вуглеводнів типу сахарози, глюкози, фруктози та ін. з азотною кислотою в еквівалентних одиницях при повільному перемішуванні. ГОС утворюється шляхом змішування вихідних компонентів у необхідних співвідношеннях, що залежать від проблем ПЗП, що обробляються. Використовують 50-літрові пластмасові бочки при будь-якому способі перемішування або бетономішалку. Послідовно, один за одним, до вуглеводів додається розбавлена азотна кислота, карбамід, хлористий амоній, полімерний нітрил, гексаоксид бору і біхромат калію. Реалізація роботи ГОС при обробці привибійної зони пласта здійснюється традиційними способами: склад закачують на забій через насосно-компресорні труби або затрубний простір. Закачка реагентів через НКТ - стандартна операція, що виконується при експлуатації родовища бригадою, яка обслуговує свердловину. Як і в найближчому аналозі ініціювання роботи ГОС може здійснюватися будь-якими відомими засобами. Приклад конкретного виконання. Взято рівні умови здійснення експериментів на модельних кернах з пісковиків однакової проникності (247 мД) та нафтонасиченості (6 %), при рівному вмісті у відомому і розробленому ГОС основної речовини і цільових добавок. Так відомий ГОС містив мас. %: 77 нітроетаноламіну, 20 аміачної селітри та 3 цільових добавок. 2 UA 98065 C2 5 10 15 Розроблений ГОС містив мас. %: 77 водного розчину нітросахарози (з 9 % азоту і 13 % води), 11 карбаміду, 10 хлористого амонію та 3 цільових добавок у співвідношеннях В6О:(C2N2)n:К2Сr2O7=(1,8:1,0:0,2), відповідно. Ініціювання реакції здійснювалося електричним розрядом. Зафіксований потік газів, що утворився з ГОС, і швидкість його фільтрації через керн був у 4 рази більше з пропонованого складу, при цьому вміст парафіну у нафті, що була отримана, зменшився у 2,3-2,6 раза, при зростанні бензинових фракцій у 1,5-1,7 раза. Оброблений керн не мав навіть слідів вуглеводнів. Керни, насичені нафтою і оброблені ГОС, що заявлений у прототипі, збільшили проникність, але не забезпечили повноту вилучення флюїду і розкладання високомолекулярних парафінових фракцій. У породі залишилося третя частина вуглеводнів. У вилученої з керна нафти зміни складу практично не виявлено. Таким чином, пропонований горючо-окислювальний склад не містить селітри, є пожежо- та вибухобезпечним і дозволяє здійснювати контрольовану термохімічну обробку нафтових пластів з високим ступенем ефективності. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 20 25 30 1. Горючо-окислювальний склад для термохімічної обробки привибійної зони пласта, що включає комплексне з'єднання азотної кислоти з органічною сполукою і цільові добавки, який відрізняється тим, що він додатково містить карбамід, хлорид амонію, при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: комплексне з'єднання 40,0-69,0 карбамід 10,0-13,0 хлорид амонію 8,0-15,0 добавки решта. 2. Склад за п. 1, який відрізняється тим, що як органічну сполуку містить водну суспензію складних нітроефірів, вибраних із ряду нітросахарози, нітроглюкози, нітрофруктози, і тоді склад комплексного з'єднання азотної кислоти з органічною сполукою при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: азот 9,0-17,0 вода 13,0-27,0 нітроефіри решта. 3. Склад за п. 1, який відрізняється тим, що він додатково містить цільові добавки, що вибрані з ряду: гексаоксид бору – В6О, полімерний нітрил - (C2N2)n, біхромат калію – К2Сr2О7, в кількості не більше 3 % від маси основних компонентів, при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: гексаоксид бору 1,8-1,9 полімерний нітрил 1,0-0,9 біхромат калію 0,2-0,1. Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3