Спосіб комплексного водневого та термобарохімічного впливу на привибійну зону продуктивного пласта

Реферат: Винахід належить до нафтогазовидобувної галузі, а саме до способів збільшення продуктивності нафтових, газових і газоконденсатних свердловин. Спосіб комплексного водневого та термобарохімічного впливу на привибійну зону продуктивного пласта включає закачування в зону впливу через насосно-компресорні труби роздільно-послідовно гідрореагуючих складів, горючо-окиснювальних складів і ініціатора горіння. В зону обробки свердловини вводять технологічні рідини. Як ініціатор горіння й джерело водню застосовують гідрореагуючий склад на основі алюмінію. Доставку гідрореагуючого складу в привибійну зону продуктивного пласта здійснюють у складі технологічних рідин у спеціальних герметичних міні-контейнерах, вагою 1-3 грами кожний. Застосування цього способу збільшує фільтраційні характеристики пласта, а отже, і продуктивність свердловини. UA 102501 C2 (12) UA 102501 C2 UA 102501 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Винахід належить до нафтогазовидобувної галузі, а саме до методів збільшення продуктивності нафтових, газових і газоконденсатних свердловин. 7 Відомий спосіб термохімічної обробки продуктивного пласта пат. 46425 Україна МПК Е21В 43/24, Бюл. № 5, 2002 р. "Спосіб термохімічної обробки продуктивного пласта й горючоокиснювальна суміш для його здійснення", що полягає в закачуванні в зону обробки свердловини горючо-окиснювального складу, гідрореагуючих складів і стабілізуючих домішок. У запропонованому способі як джерело водню й ініціатор горіння у воді використовується гідрореагуючий склад на основі інтерметалідів бору. Недоліком цього способу є відсутність можливості керування початком процесу виділення водню, тому що окиснювання такого типу гідрореагуючого складу починається тільки при температурах вище 470 К, а діапазон температур початку таких реакцій досить великий - 470570 К. 7 Відомий "Спосіб термохімічної обробки привибійної зони пласта" пат. 2126084 РФ, МПК Е21В 43/24, опуб. 10.02.1999 p., що полягає в закачуванні в зону обробки свердловини горючоокиснювального складу, введення в зону розташування горючо-окиснювального складу ініціатора горіння, гідрореагуючого складу та стабілізуючих домішок. Як стабілізатор і підсилювач процесу горіння використовують ізопропілметакарборан, який сприяє запуску ланцюгової взаємодії компонентів. Недоліком цього способу є відсутність можливості керування температурними режимами в термобарохімічному процесі в часі, висока початкова температура гідролізу ізопропілметакарборану (520 К), і, відповідно, виділення водню тільки при високих температурах, а також складність і висока вартість виробництва ізопропілметакарборану. Найбільш близьким до заявлюваного є "Спосіб термохімічної обробки продуктивного пласта 7 та горючо-окиснювальна суміш для його здійснення" пат. 2153065 РФ, МПК Е21В 43/24, 43/25 Бюл. № 20, 2000 p., що включає закачування в зону обробки свердловини горючоокиснювального складу, гідрореагуючих складів і стабілізуючих домішок. У запропонованому способі як джерело водню та стабілізатор процесів горіння у воді використовуються гідрореагуючі склади на основі карборану, зокрема ізопропілкарборану. Доставка ініціатора горіння в зону обробки здійснюється в контейнерах через насосно-компресорні труби (НКТ) за допомогою промислової лебідки й подальшим руйнуванням контейнера шляхом вибуху шнурової торпеди. Недоліком цього способу є як висока вартість ізопропілкарборану, так і те, що генерування водню відбувається тільки при досягненні певного температурного діапазону (470-570 К), а в умовах родовищ із ущільненими продуктивними пластами виділення водню доцільно, починаючи з моменту початку реакцій, тому що його присутність збільшує проникність пластів і підвищує коефіцієнт дифузії в пласт інших активних компонентів системи. Доставка ініціатора горіння в зону обробки є дуже складним і трудомістким процесом, пов'язаним з ризиком неспрацьовування шнурової торпеди й подорожчанням технології в цілому. В основу винаходу поставлено задачу розробки способу комплексного водневого та термобарохімічного впливу на привибійну зону продуктивного пласта (ПЗП), у якому за рахунок використання технологічних рідин, а також гідрореагуючого складу на основі алюмінію й способу його доставки в привибійну зону, керують початком процесу виділення водню й ініціюванням інших реакцій, що відбуваються в привибійній зоні свердловини і пласта, збільшуючи таким чином проникність останнього, а отже, і продуктивність свердловини. Поставлена задача вирішується за рахунок того, що в способі комплексного водневого та термобарохімічного впливу на привибійну зону продуктивного пласта, що включає закачування в зону впливу через насосно-компресорні труби роздільно-послідовно горючо-окиснювального складу, гідрореагуючого складу і ініціатора горіння, відповідно до винаходу, у зону обробки свердловини вводять технологічні рідини, а як ініціатор горіння і джерело водню застосовують гідрореагуючий склад на основі алюмінію: алюмогідрид натрію (АГН) і (або) алюмогідриднатрієвий композит (АГНК). Доставка гідрореагуючого складу в привибійну зону продуктивного пласта відбувається в складі технологічних рідин у спеціальних герметичних мініконтейнерах з полімерного матеріалу, вагою 1-3 грами кожний, що руйнуються легко в ході хімічних реакцій при досягненні заданих температур. Причому як технологічні рідини використовують горючо-окиснювальні склади на основі комплексних солей. Введення в технологічні рідини гідрореагуючих складів у спеціальних герметичних мініконтейнерах з полімерного матеріалу дозволяє здійснювати доставку гідрореагуючих складів на вибій свердловини, запобігаючи їхньому передчасному початку реакції. 1 UA 102501 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Гідрореагуючі склади на основі алюмінію типу АГН і АГНК є джерелом водню й тепла, що дозволяє використовувати їх при впливі на привибійну зону пласта, збільшуючи проникність останнього. Герметичні міні-контейнери з гідрореагуючими складами вагою 1-3 грами кожний дозволяють рівномірно розподіляти гідрореагуючі склади по всьому об'єму закачуваних технологічних рідин і при їхньому впливі на привибійну зону пласта збільшують його проникність. Керування початком процесу виділення водню й ініціювання інших реакцій у часі стало можливим за рахунок властивостей герметичної оболонки міні-контейнерів. При досягненні певних (заданих) температур у робочій зоні свердловини в ході хімічних реакцій відбувається руйнування герметичної оболонки й, таким чином, відкривається доступ до реакційної поверхні гідрореагуючого складу. Гідрореагуючий склад при контакті з водою реагує і відбувається виділення водню. Залежно від типу застосовуваної оболонки з полімерного матеріалу початок термічного руйнування міні-контейнерів може бути заданий у широкому діапазоні температур (від 370 до 470 К). Отже, процес початку руйнування міні-контейнерів є керованим. Спосіб реалізується таким чином: свердловина глушиться водою або рідиною глушіння заданої густини. У насосно-компресорні труби заливається технологічна рідина № 1 з густиною 3 1,3-1,4 г/см у спеціальній буферній рідині і доставляється на вибій свердловини. Потім у підняті на 20-25 м над верхніми отворами оброблюваного інтервалу перфорації НКТ аналогічно 3 здійснюється заливання технологічної рідини № 2 з густиною 1,6-1,8 г/см . Під час заливання технологічної рідини № 2, в неї за допомогою пристрою-дозатора в герметичних мініконтейнерах вводиться гідрореагуючий склад на основі алюмінію: алюмогідрид натрію (АГН) NaAlH4 і (або) алюмогідриднатрієвий композит (АГНК) - 50 %NaH+50 %Аl, які й доставляють у зону впливу на продуктивний пласт. При цьому міні-контейнери з гідрореагуючим складом рівномірно розподілені по всьому об'єму технологічної рідини № 2. У зоні контакту технологічних рідин № 1 і № 2 відбувається екзотермічна реакція з активним виділенням газів і парів (CO, CO2, N2, NO2, N2O5). У результаті реакцій при досягненні температур (від 370 до 470 К) відбувається руйнування міні-контейнерів і гідрореагуючий склад, що в них міститься, вступає в реакцію з водою: NaAlH4+4Н2О→NaOH+Аl(ОН)3+4Н2 – теплотворна здатність при реакції з водою складає 9546 кДж/кг 2NaH+2Аl+4Н2О→2NaAlO2+5Н2 теплотворна здатність при реакції з водою складає 11023 кДж/кг. У ході гідролізу АГН відбувається виділення водню. Реакція АГНК супроводжується підпалюванням системи. Застосування АГНК доцільно при необхідності організації внутрішньопластового горіння, при цьому активно виділяється водень і відбувається подальше збільшення температури. Враховуючи те, що міні-контейнери можуть виготовлятися з матеріалів з різними температурами плавлення, водневий вплив може бути реалізовано в декілька стадій при досягненні заданих рівнів температур по всіх інтервалах термохімічного впливу. Генерований водень у цьому процесі виконує дві основні і важливі задачі: на першій стадії водень є активатором процесів дифузії в пласті, у тому числі і для інших більш важких газів, що виділяються в ході реакцій; на другій - бере участь у процесах гідрокрекінгу важких фракцій вуглеводнів,що має особливо важливе значення на родовищах з високим вмістом парафінів і (або) асфальтенів у нафті. Таким чином, термохімічний потенціал реалізується не в перший момент часу, а має стадійний характер. Кожна стадія має свій заданий температурний діапазон із затримкою в часі. На фіг. 1 подано схему експериментальної установки, створеної для проведення досліджень кінетики і температурних режимів, а також моделювання термобарохімічних процесів у привибійній зоні нафтових і газових свердловин. На фіг. 2 подано графік термометрування хімічного процесу при реакції технологічних рідин і гідрореагуючих складів на основі алюмінію. Експериментальна установка являє собою реактор і систему виміру витрат газів і температур. У циліндричний реактор 1, що моделює експлуатаційну колону, через лійку 2 і коаксіально вмонтовану трубу меншого діаметра 3, що моделює опущені в робочу зону НКТ, послідовно заливають першу і другу технологічні рідини. Кульовий кран 4 перекривається і починається реєстрація теплових і кінетичних показників термобарохімічного процесу. Термопари 5, що розташовані по висоті реактора, вимірюють температуру рідини, самої колони, парів і газів, які утворюються в результаті реакції. Тиск у системі контролюється манометром 6. Газовий витратомір 7 виміряє кількість виділеного газу після реакції, а газовий витратомір барабанного типу 8 виміряє витрату газу, що виходить уже після конденсації пари у водяному 2 UA 102501 C2 5 10 15 20 25 затворі пристрою конденсаційної камери 9. Реактор 1 ізольовано від зовнішнього середовища базальтоволокном і оснащено системою задавання початкової температури в камері за допомогою електричного нагрівання обмоткою з термокабелю. Максимальний розрахунковий тиск в установці 1,5 МПа. При перевищенні цього показника надлишкова кількість газів і парів стравлюється в конденсаційну камеру 9 за допомогою крана 10. Всі показання температур з термопар 5 обробляються в пристрої (ТРМ) 11 і передаються на комп'ютер 12, де вони фіксуються і будуються їхні залежності від часу. Для експериментів було синтезовано технологічні рідини з мікродомішками гідрореагуючого складу на основі алюмінію, поміщеними в герметичні міні-контейнери з полімерного матеріалу. Хімічний склад технологічних рідин, масова частка компонентів: вода Н2О 13 % амоній хлористий NH4Cl 7% амоній азотнокислий NH4NO3 40 % карбамід CO(NH2)2 22 % натрій азотистокислий 17 % NaNO2 АГН/АГНК NaAlH4/NaH+Al 7% антикорозійні присадки 1 %. На графіку фіг. 2 по вертикалі подано температури в реакторі, по горизонталі - реальний час у годинах із хвилинами. У цьому випадку гідрореагуючі склади поміщені в герметичні міні-контейнери з полімерного матеріалу з температурою плавлення 390-400 К. Як видно із графіка, процес наростання температури відбувається східчасто протягом 55 хвилин. Цього часу досить, щоб відбулося прогрівання привибійної зони свердловини. На відмітці 12 год. 56 хв спостерігається різке зростання температур рідкої фази у всіх точках. Такий хід процесу пояснюється руйнуванням міні-контейнерів з гідрореагуючим складом при досягненні температури в реакторі 395-400 К і початком гідролізу гідрореагуючого складу з виділенням водню. Реакція з виділенням водню в цьому випадку екзотермічна і супроводжується наступним горінням останнього в кисні, що виділився з нітрату амонію. Таким чином, серією експериментів підтверджено можливість організації термобарохімічного процесу із застосуванням гідрореагуючого складу на основі алюмінію, і при цьому термохімічний потенціал реалізується не в перший момент часу, а з тимчасовою затримкою, достатньою для проведення попереднього нагрівання привибійної зони пласта. Проведені дослідження підтвердили ефективність і доцільність застосування гідрореагуючих складів на основі алюмінію, поміщених у герметичні міні-контейнери з полімерного матеріалу, у процесі комплексного водневого та термобарохімічного впливу на привибійную зону продуктивних пластів нафтових, газових і газоконденсатних свердловин. 30 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 35 40 45 1. Спосіб комплексного водневого та термобарохімічного впливу на привибійну зону продуктивного пласта, що включає закачування в зону впливу через насосно-компресорні труби роздільно-послідовно гідрореагуючих складів, горючо-окиснювальних складів і ініціатора горіння, який відрізняється тим, що в зону обробки свердловини вводять технологічні рідини, а як ініціатор горіння й джерело водню застосовують гідрореагуючий склад на основі алюмінію, при цьому доставку гідрореагуючого складув привибійну зону продуктивного пласта здійснюють у складі технологічних рідин у спеціальних герметичних міні-контейнерах, вагою 1-3 грами кожний. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що як технологічні рідини використовують горючоокиснювальні склади на основі комплексних солей. 3. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що як ініціатор горіння й джерело водню застосовують гідрореагуючий склад на основі алюмінію: алюмогідрид натрію (АГН) і/або алюмогідриднатрієвий композит (АГНК). 4. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що оболонка міні-контейнерів виконана з полімерного матеріалу, який руйнується легко в ході хімічних реакцій при досягненні заданих температур. 3 UA 102501 C2 Комп’ютерна верстка Д. Шеверун 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 4