Піноутворюючий склад для освоєння свердловин

Пшоутворюючий склад для освоювання свердловин, який включає сечовину, нітрит лужного або лужноземельного металу, оцтову кислоту, ПАР та воду, який відрізняється тим, що додатково включає гідроксид лужного металу при наступному співвідношенні компонентів, мас % сечовина 3,0-8,8 нітрит лужного або лужноземельного металу 8,6-20,2 оцтова кислота 17,4-41,0 гідроксид лужного металу 9,6-21,6 ПАР 0,5-1,0 вода решта Винахід відноситься до нафтогазовидобувної промисловості, зокрема до пшоутворюючих складів, і може бути використаний для виклику притоку рідини з пласта при освоюванні свердловини Відомий склад для виклику притоку флюїду з пласта, який містить сечовину, сульфат алюмінію, поверхнево-активну речовину та воду Газонасичення розчину відбувається внаслідок термічного гідролізу сечовини за схемою CO(NH2)2 + Н2О -» СО2 + 2NH3 (1) Недоліками впровадження цього складу є - низька газонасичуюча властивість завдяки розчиненню продуктів хімічної реакції (вуглекислого газу та аміаку) в воді, особливо при високому тиску, - корозія нафтопромислового обладнання, завдяки присутності кольорових металів та їх сплавів у аміаку, - обмежені термічні умови (температура у свердловині повинна не перевищувати 105°С), Найбільш близьким за технічною суттю до запропонованого пшоутворюючого складу є самогенеруюча пінна система, яка містить сечовину, поверхнево-активну речовину (ПАР), нітрити лужних та лужноземельних металів, кислоту, уротропин та воду [Авторське св СРСР № 1035201, кл Е 21 В 43/25,1982] Як газонасичений агент в цьому складі виступає вуглекислий газ та газоподібний азот, який утворюється внаслідок взаємодії наступних компонентів NaNO3 + Н+ о Na+ + HNO2 (2) (NH2)2 CO + 2HNO2 -» N2 + CO2 3H2O (3) Недоліками цього складу є - при взаємодії кислоти та солей нітриту при рН NO2 + NO при температурі > 20°С (5) 3NO2 + Н2О о 2HNO2 + NO (6) а при відсутності окислювача та вільного кисню 4NO2 + 2Н2О + О2 о 4HNO3 (7) - уротропин розлагається з виділенням формальдегіду та аміаку в кислому середовищі Продукти розкладу уротропину і сама кислота є корозійно-активними агентами, - пшоутворювання відбувається при будь-яких плюсових температурах відразу ж при змішуванні вихідних компонентів та має вибухообразний характер, тобто виникають труднощі при здійсненні технологічного процесу при освоюванні свердловини В основу винаходу поставлена задача створити такий пшоутворюючий склад для освоювання свердловин, у якому за рахунок газонасиченості розчину та утворювання піни на вибої свердловини від термічної енергії пласту відбувається підвищення ефективності освоєння свердловини та СО сч (О ю 56923 зниження корозії обладнання Оцтова кислота 17,4-41,0, Гідроксид лужного металу Для вирішення задачі запропоновано піноут9,6-21,6, ПАР ворюючий склад для освоювання свердловин, 0,5-1,0 Вода який містить сечовину, нітрит лужного або лужнорешта земельного металу, оцтову кислоту, ПАР та воду, Газонасичення розчину і утворення піни на виу якому згідно винаходу, додатково міститься гідбої свердловини відбувається спонтанно за рахуроксид лужного металу при наступному співвіднонок термічної енергії пласта через ряд проміжних шенні компонентів, мас % реакцій Наприклад, склад додатково містить гідроксид натрію, тоді загальне хімічне рівняння взаСечовина 3,0-8,8, ємодії вихідних компонентів має наступний вид Нітрит лужного або лужноземельного металу 8,6 - 20,2, а aCH3COOH + BNaOH +1 ^ -^в |(NH2)2CO + ( a - B)NaNO2 а в aCH.COONa + (а - B)N2 + ^ - ^ СО 7 7 з 2 2 де а і в - стехюметрічні коефіцієнти ХІМІЧНОГО рівняння Стехюметрічні коефіцієнти знаходяться розрахунковим шляхом з графіків залежності швидкості газовиділення від рН середовища та температури (фіг1), - рН середовища та вагового співвідношення оцтової кислоти до гідроксиду натрію (фіг 2) Деякі значення стехіометричних коефіцієнтів ХІМІЧНИХ рівнянь наведені в табл 1 Додатково введений в пшоутворюючий склад гідроксид лужного металу утворює з оцтовою кислотою ацетатний буферний розчин (що регулює рН), а також впливає на швидкість газонасиченості розчину При низькому значенні рН середовища, склад інтенсивніше утворює піну Регулювання рН середовища сприяє зниженню корозії обладнання, при рН>4,0 корозійноактивний дюксид азоту не виділяється Зниження корозійної активності запропонованого складу в порівнянні з відомими підтверджується експериментальними дослідженнями, які наведені в табл 2 Ацетатний буферний розчин являє собою суміш розчинів слабкої кислоти, солей цієї кислоти та сильної основи СНзСООН + NaOH о CN 3 COONa + Н2О (9) Концентрація ІОНІВ ВОДНЮ (рН) в розчині оцтової кислоти залежить від її концентрації та ступеня дисоціації Ступінь дисоціації слабкої оцтової кислоти знижується, якщо додати сіль цієї кислоти Висока концентрація солі призведе до зниження концентрації ІОНІВ водню Таким, чином зміна концентрації оцтової кислоти та КІЛЬКОСТІ ацетату натрію (гідроксиду лужного металу) можна одержати розчини з різноманітним рН Механізм дії гідроксиду лужного металу та його вплив на зміну кислотності складу пояснюється наступним чином Гідроксид-юни лугу зв'язуються з іонами водню оцтової кислоти в не дисоційовані молекули води Зменшення ІОНІВ водню призведе до зміни рівноваги дисоціації оцтової кислоти і перемістить його праворуч, в сторону утворення нових ІОНІВ водню за ХІМІЧНОЮ реакцією (9) При цьому збільшується концентрація солі та ступень дисоціації оцтової кислоти знижується Всі За-в Н,0 ЦІ зміни не значні, вони не призведуть до суттєвої зміни рівня рН При додаванні до 1л ацетатного буферного розчину (CH3COOHCH3COONa) 100мл 0,1 М розчину NaOH рН зміниться в межах від 4,73 до 4,82, тобто менш ніж на 0,1 Якщо додати луг до очищеної води, концентрація гідроксиду ІОНІВ значно збільшиться, концентрація ІОНІВ ВОДНЮ, ВІДПОВІДНО зменшиться і рН розчину зміниться значно (від 7,0 до 11,95) Розведення пропонованого пшоутворюючого складу водою практично не впливає на зміну рН середовища Взаємодія вихідних компонентів пшоутворюючого складу відбувається з утворенням водорозчинних сполук Залежність швидкості газовиділення температури для деяких значень рН середовища складу наведені в табл З У табл 3 відображено, що газонасичення розчину і утворення піни відбувається при відносно невеликій температурі При рН буферного розчину, який знаходиться в межах від 4,0 до 6,0 можливий термічний каталіз газонасичення розчину і утворення піни в температурних межах від 40 до 100°С наприклад, при рН, що дорівнює 4,5, температура початку газовиділення буде дорівнювати 40°С, а при рН 6,0 50°С Лабораторні випробування складу для освоєння свердловин проводились на установці, що є моделлю свердловини при нагріванні системи зі швидкістю 3 - 5°С за 1 хв Для одержання пінної системи готують два розчина по 20,0г, які вміщують в першому розчині нітрит натрію, в другому - решту компонентів складу, так щоб при змішуванні вагове співвідношення вихідних компонентів у суміші, а також для прототипу відповідали наведеним в табл 3 значенням Наприклад, щоб одержати пінну систему при рН середовища, що дорівнює 5,5, виготовляють два розчини перший - 2,3г нітриту натрію розчиняють у воді так, щоб загальна вага становила 20,0г, другий розчин - ретельно перемішують на протязі 15 - 20 хв , 0,2г сульфанолу НП-3, 1,0г сечовини, 3,3г гідроксиду натрію та 6,7мл 100%-ноі оцтової кислоти у воді, з таким розрахунком, щоб загальна вага дорівнювала 20,0г Виготовлені розчини з'єднують та випробують одержаний склад на пшоутворювальну властивість 56923 свердловини та на привибійній зоні пласта, об'єм при нагріванні продавлювальної рідини з радіусом проникнення Випробування показали, що склад, який має складу в пласт 0,5м значення рН>4,0, при нагріванні не виділяє короДля складу, який містить сечовину, нітрит назійно-активний дюксид азоту, а при рН>6,0 реакція трію, оцтову кислоту, гідроксид натрію, ПАР та газовиділення відбувається лише при температурі, воду, знаходять з графіків залежності що перевищує 100°С Наступне підвищення температури буде призводити до термічного гідролізу - швидкості газовиділення (фиг 1) від рН сересечовини (1) довища та температури, для одержання найбільшої КІЛЬКОСТІ піни при температурі 65°С рН буферТаким чином, з метою зниження корозії обланої суміші повинно бути рівним 4,0, днання та глибини протікання ХІМІЧНОГО впливу газовиділяючих компонентів складу, показник кис- рН середовища від вагового співвідношення лотності буферного розчину повинен відповідати оцтової кислоти до гідроксиду натрію (фігЗ) визначенням не меншим 4,0, але бути не вищим за значають, що при рН 4,0 їх співвідношення дорів6,0 (табл 4) нює 7,5 Верхні граничні умови співвідношення вихідВиготовляють розчин послідовним розчиненних компонентів, мас % в запропонованому складі ням розрахункової КІЛЬКОСТІ компонентів, закачувизначає розчинність нітриту натрію у воді, яка ють послідовно по насосно-компресорній трубі буде дорівнювати 44,9% при температурі 20°С (НКГГ) 3 - 5м 3 нафти ціноутворюючий склад та продавлюють у пласт нафтою в об'ємі не менш ніж Результати досліду наведені в табл 5 і пока3,14м3 зують, що утворення піни відбувається достатньо активно і пшоутворюючий склад ефективний при Свердловину закривають та витримують 0,5 ВМІСТІ вихідних компонентів, мас %, в ньому 2 - 2,5 1,5 години, після чого поступово стравлюють тиск рази нижче максимально можливих значень крізь затрубний простір або НКТ, здійснюють визів притоку рідини з пласту Наприклад, при рН = 5 (табл 4) з найбільшим вмістом сечовини 6,4%, зменшення концентрації Замість нітриту натрію можуть бути викориссечовини до 2,6 мас % і ВІДПОВІДНО ІНШИХ газовитані нітрити інших лужних або лужноземельних діляючих компонентів в складі в стехіометричному металів, а замість гідроксиду натрію ІНШІ гідроксиспіввідношенні (табл 5) дозволяє одержати піну ди лужних металів Процес утворення піни в цьому випадку не відрізняється від взаємодії цих реагенЗапропонований піноутворюючий склад для тів з іншими компонентами освоювання свердловин з об'ємом 1м3 дозволяє одержати на вибої свердловини піну з регулюємою Процес виготовлення та використання при швидкістю газонасичення розчину, до ЗО та більше цьому принципово не відрізняється, різниця лише літрів за 1 сек В одному технологічному циклі (0,5 в КІЛЬКІСНИХ пропорціях компонентів, які розрахо-1,5 год) вуються за допомогою рівняння реакції (8) Приклад На фіг 2 та 4, зображені графіки залежності рН Для виклику притоку рідини з пласта видобувсередовища буферного розчину від вагового співної свердловини при капітальному ремонті глибивідношення гідроксиду калію до оцтової кислоти і ною 1600м, яка обладнана 168мм експлуатаційшвидкості газонасичення розчину в залежності від ною колоною і 50мм насосно-компресорні труби рН середовища та температури розчину (НКГГ), потужністю пласта 7,0м та температурою на Запропонований склад в використанні не вибої 65°С освоюють свердловину запропоновапотребує заохочення спеціальної техніки та обланим пшоутворюючим складом Необхідно визначиднання, що дозволяє використовувати його при ти об'єм складу і КІЛЬКІСТЬ кожного вихідного реаодержанні піни, піноцементів, пінополімерів, тамгенту для газонасичення розчину на вибої понуючих розчинів Таблиця 1 №№ рН буферної суміші 1 2 3 4 5 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0 а 5 72 5 7 19 Коефіцієнти ХІМІЧНИХ рівнянь при гідроксиді Калію Натрію в а в 1 56 10 ЗО 217 75 3 56 ЗО 5 21 15 15 126 100 Таблиця 2 №№ 1 2 3 4 Реакційне середовище Соляна кислота Соляна кислота Соляна кислот іпбована Оцтова кислота Концентрація, % 9,5 3,6 10,0 10,0 Швидкість корозії, г/м2-год 4,24 3,51 0,32 2,86 56923 Продовження таблиці 2 №№ Реакційне середовище 5 6 7 8 Швидкість корозії, г/м2-год Концентрація, % 12,6 5,1 5,8 2,5 Оцтова кислота Гідроксид натрію Нітрит натрію Сечовина 0,21 Таблиця З №№ рН 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 0,5 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0 Сечовина 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 Вагові співвідношення компонентів гідроксид Нітрит Оцтова Вода натрію к-та натрію калію 0,20 10,0 1,00 0,33 2,30 5,12 2,50 0,95 2,30 5,12 3,43 2,00 2,30 5,12 5,00 3,33 2,30 5,12 7,00 5,00 2,30 5,12 9,50 2,30 5,12 2,43 0,41 2,30 5,12 3,06 0,99 2,30 5,12 4,31 2,15 2,30 5,12 7,00 4,67 2,30 5,12 9,70 1,18 Об'єм газу на одиницю ваги вихідного компоненту, мл/г 182,6 145,8 108,7 82,1 62,9 182,4 152,5 114,7 74,8 55,5 Продовження до таблиці З Ol Ol ZZ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Температура, °С початок Кратність піни 5 газовиділення утворення піни 0,5 1 3 Бурхливе виділення бурого газу 60 30-35 35-40 45 50 55 85 35-40 50-55 65 70 75 95-100 35-40 60-65 75 80 85 40-45 70-75 90 95 100 45-50 75-80 95 100 50 25-30 30-35 35 40 45 70 30-35 35-40 50 55 65 85 40-45 50-55 60 65 75 95-100 45-50 65-70 80 85 90 примітка 8 Прототип 67-70 95-100 55-60 75-80 90-95 Таблиця 4 No№ 1 2 3 4 5 6 рН буф суміші 4,0 4,0 6,0 6,0 5,0 5,0 Сечовина 8,8 8,8 4,3 3,9 6,4 6,6 Гідроксид Натрію Калію 2,9 3,6 21,6 28,1 12,8 14,3 Оцтова кислота 22,0 21,4 41,0 37,9 32,1 28,7 Нітрит натрію 20,2 20,2 9,9 9,0 14,8 15,3 ПАР Вода 0,6-1,0 0,6-1,0 0,6-1,0 0,6-1,0 0,6-1,0 0,6-1,0 Решта Решта Решта Решта Решта Решта Таблиця 5 ОІ Z ОІ Z 1 2 3 4 РН буф суміші 5,0 5,0 5,0 5,0 Сечовина 6,0 4,4 2,2 2,6 Газовиділяючий склад, мас % Нітрит натрію Гідроксид натрію 13,8 12,0 10,1 8,8 4,4 5,1 6,0 5,2 Оцтова кислота 30,0 22,0 11,0 13,0 ПАР 0,5 0,5 0,5 0,5 56923 10 Продовження таблиці 5 № № 1 2 3 4 1 5,0 3,0 0,1 2 5,0 0,3 Кратність піни в часу, хв 3 5 Піна 100% 8,0 0,1 0,5 0,5 2,0 10 15 Піна 100% 3,0 5,0 Ріг. і 0 1 20 З 10 50 60 10 80 З 1 0 О О 0 3,0 5,0 11 56923 12 ЩСООН/КОН J Ll Підписано до друку 05 06 2003 р V Тираж 39 прим ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)236-47-24