КИСЛОТНАЯ КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ОБРАБОТКИ ПРИЗАБОЙНОЙ ЗОНЫ ПЛАСТА
ACID COMPOSITION FOR TREATING BOTTOM-HOLE FORMATION ZONE

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности. Основной областью применения изобретения является обработка призабойных зон нефтегазодобывающих скважин с целью повышения нефтегазоотдачи. Изобретение также может быть использовано для очистки рабочих поверхностей теплообменного и нагревательного технологического оборудования от отложения накипи.
Известны кислотные композиции для обработки призабойной зоны пласта, содержащие смесь водных растворов соляной и плавиковой кислот и органический растворитель (RU 2199661 С1, Е21В 43/27, 27.02.2003) (1).
Недостатком данного состава является недостаточная эффективность, т.е. низкие вытесняющие свойства и быстрая отработка кислоты, а также высокая коррозионная активность.
Более эффективной является, например, кислотная композиция, включающая смесь соляной и плавиковой кислот, неионогенное поверхностно-активное вещество (ПАВ), органический растворитель АСПО, уксусную кислоту и воду (RU 2249101 С1, Е21В 43/27, 27.03.2005) (2).
Недостатком этого состава является также недостаточная эффективность кислотной обработки и экологическая агрессивность и вредность используемых компонентов, особенно в процессе приготовлении, а также опасность выпадения осадков при отработке основных растворителей.
Наиболее близкой к предлагаемой по технической сущности и результату является кислотная композиция, принятая за прототип, включающая в качестве основных растворителей соляную и плавиковую кислоты, уксусную кислоту в качестве органического растворителя, реагент РДН-У в качестве спиртового очистителя от отложений нефтепродуктов, ПАВ, полифосфаты для предотвращения выпадения осадков из отработанных кислотных растворов и воду (RU 2307149 С2, С09К 8/74, 27.09.2007) (3), при следующем соотношении компонентов, мас.%:
соляная кислота (в пересчете на НСl)
5,0-24,0
плавиковая кислота
2,0-10,0
уксусная кислота
1,0-10,0
ПАВ
0,1-5,0
реагент РДН-У
1,0-50,0
полифосфаты
0,01-5,0
вода
остальное
Недостатком прототипа является использование в композиции экологически агрессивных компонентов - плавиковой и уксусной кислот, что делает ее вредной для человека, особенно в процессе приготовления.
Технической задачей изобретения является создание эффективной композиции для обработки призабойной зоны нефтегазоносного пласта, безвредной для экологии, человека и технологического оборудования, как следствие упрощения и удешевления условий изготовления, транспортировки и использования состава, а также расширение его технологических возможностей за счет использования для очистки от отложений накипи технологического нагревательного оборудования (котлов, теплообменников и т.п.).
Технический результат достигается тем, что в кислотной композиции для обработки призабойной зоны пласта, содержащей основные растворители, органические растворители, спиртовый очиститель отложения нефтепродуктов, ПАВ и воду, в ней новым является то, что она содержит в качестве основного растворителя аммоний фтористый кислый, в качестве органического растворителя содержит щавелевую кислоту, в качестве очистителя отложения нефтепродуктов изопропиловый спирт и дополнительно содержит персульфат аммоний в качестве окислителя и одновременно катализатора, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
соляная кислота 24%
23-65
аммоний фтористый кислый
0,5-5,0
щавелевая кислота
0,5-2,5
изопропиловый спирт
0,5-5,0
персульфат аммоний
0,03-0,3
неионогенный ПАВ
0,05-0,5
вода
остальное
Так же, как известное решение (прототип), предлагаемая композиция представляет собой хорошо фильтрующуюся в пласт однородную систему, позволяющую активным компонентам проникать на значительные расстояния, увеличивая глубину обработки.
В отличие от прототипа эта задача решается в изобретении путем использования компонентов экологически менее токсичных и агрессивных, удобных при транспортировке и приготовлении, что упрощает и улучшает условия использования композиции на удаленных объектах и создает безопасные условия труда, а именно:
а) вместо водного раствора плавиковой кислоты использован экологически безопасный порошкообразный аммоний фтористый кислый, который обеспечивает получение той же плавиковой кислоты при смешивании с соляной кислотой, т.е. непосредственно в рабочем растворе;
б) вместо раствора уксусной кислоты использована порошкообразная щавелевая кислота, которая менее токсична, более эффективна при меньшем расходе, при этом она обеспечивает композиции при отработке основных растворителей низкое значение водородного показателя pH, повышает растворимость минеральных соединений и предотвращает выпадение в осадок продуктов реакции (кремнефтористых соединений, водорастворимых соединений железа);
в) в качестве спритового очистителя от отложений нефтепродуктов использован менее токсичный изопропиловый спирт, обладающий хорошими моющими и очищающими свойствами в основном органических отложений;
г) введение в композицию персульфата аммония в качестве окислителя и катализатора некоторых химических реакций повышает эффективность состава, не ухудшая при этом его экологические качества.
Исходные компоненты композиции
Соляная кислота 24% концентрации, т.е. 24% водный раствор хлористого водорода НСl (преимущественно ингибированная), является основным растворителем соединений поливалентных металлов (оксидов и солей).
Примеры реакций (1-3):
Массовое содержание соляной кислоты в составе рассчитывается с учетом расхода на реакцию с аммонием фтористым кислым для получения плавиковой кислоты в процессе приготовлении композиции по реакции (4):
При этом массовое содержание активного реагента НСl в готовом составе должно быть в пределах 5-12% в зависимости от условия применения.
4
2
Аммоний фтористый кислый NHF·HF используется в качестве исходного материала для получения плавиковой кислоты HF. Водный раствор аммония фтористого кислого вступает в реакцию с соляной кислотой с образованием фтористого водорода согласно реакции (4). Плавиковая кислота является в основном растворителем оксида кремния SiO по реакции (5):
Аммоний фтористый кислый легко реагирует с соляной кислотой с образованием плавиковой кислоты. Концентрация аммония фтористого кислого в композиции составляет 0,5-5,0%, при этом содержание образующегося активного реагента фтористого водорода HF будет в пределах 0,35-3,5%.
В соответствии с рецептурой 24% раствор соляной кислоты разбавляют расчетным количеством воды, после чего постепенно добавляют аммоний фтористый кислый и размешивают до полного растворения и завершения реакции (4), затем последовательно при перемешивании добавляют щавелевую кислоту, персульфат аммоний, ПАВ, изопропиловый спирт. Перемешивают до получения однородного гомогенного раствора.
Таблица 1
Расход соляной кислоты и соли аммония фтористого кислого для получения фтористого водорода (плавиковой кислоты)
Количество соли NH<sub>4</sub>F·HF, г
Расчетное количество НСl, г
Объем 24% соляной кислоты, см<sup>3</sup>
Количество образуемого HF, г
1
0,64
2,67
0,7
2
1,28
5,34
1,4
3
1,92
8,0
2,1
4
2,56
10,67
2,8
5
3,20
13,4
3,5
7,15
4,58
19,1
5
10
6,4
26,8
7
14,3
9,15
38,15
10
28,6
18,3
76,3
20
42,9
27,5
114,4
30
57,2
36,6
152,6
40
71,5
45,7
190,7
50
Щавелевая кислота СООН-СООН (двухкислотная) - органический растворитель минеральных соединений поддерживает значение водородного показателя (кислотность) pH отработанного раствора ниже 3 ед., что способствует лучшему растворению и выносу минеральных соединений, и одновременно предотвращает выпадение в осадок продуктов реакции (кремнефтористых соединений, водорастворимых соединений железа).
ПАВ, преимущественно неионогенные поверхностно-активные вещества (например, неонол, нефтенол и др.), применяется для замедления и равномерного растворения минеральных соединений по всему объему, при этом он одновременно является ингибитором коррозии.
3
2
Изопропиловый спирт (СН)СНОН в качестве моющего агента, способствует очистке обрабатываемых зон пласта от отложения нефтепродуктов (парафинов, асфальтенов, масел и т.д.) и улучшает вынос продуктов реакции из скважины, что повышает эффективность процесса растворения минеральных соединений в целом. По сравнению с другими растворителями (АСПО, метиловый спирт, ароматические растворители и т.д.) изопропиловый спирт не летуч (температура кипения 82,2°С), менее агрессивен и токсичен, хорошо растворим в воде и водных растворах, а также обеспечивает раствору низкую температуру замерзания.
Персульфат аммония в качестве окислителя-катализатора активизирует химические реакции и повышает эффективность процесса очистки, хорошо работает в кислой среде без образования осадков.
4
При приготовлении рабочего раствора композиции для образования плавиковой кислоты необходимо определенное соотношение количества аммония фтористого кислого и соляной кислоты согласно реакции (4). В таблице 1 приведены расчеты необходимого объема 24% соляной кислоты (НСl) и соли аммония фтористого кислого (NHF·HF) для получения расчетного количества плавиковой кислоты (НF). В таблице 2 приведены варианты А, Б, В, Г составов композиции.
Таблица 2
Варианты составов кислотного раствора
Компоненты
Расход, мас.%
Концентрация активных реагентов
реагенты
Массовая доля, %
А
Б
В
Г
А
Б
В
Г
1. Соляная кислота 24%
23
37
52
65
НСl
5
7,5
10,0
12
2. Аммоний фтористый кислый
0,5
2,0
4,0
5,0
HF
0,35
1,4
2,8
3,5
3. Щавелевая кислота
0,5
1,0
2,0
2,5
(СООН)<sub>2</sub>
0,5
1,0
2,0
2,5
4. ПАВ
0,05
0,1
0,3
0,5
ПАВ
0,05
0,1
0,3
0,5
5. Изопропиловый спирт
0,5
1,0
3,0
5,0
Изопропиловый спирт
0,5
1,0
3,0
5,0
6. Персульфат аммоний
0,03
0,1
0,2
0,3
Персульфат аммоний
0,03
0,1
0,2
0,3
7. Вода
Остальное
Вода
Остальное
Достаточно высокая эффективность композиции в сочетании с малой токсичностью и агрессивностью позволяют использовать ее не только для обработки пласта, но и для очистки технологического оборудования от минеральных отложений накипи, что значительно расширяет область использования композиции.