КОМПОЗИЦИЯ ТЕРМОИСТОЧНИКА ДЛЯ ОБРАБОТКИ ПРИЗАБОЙНОЙ ЗОНЫ СКВАЖИНЫ
COMPOSITION OF THERMAL SOURCE FOR TREATMENT OF BOTTOMHOLE ZONE OF WELL

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к композициям термоисточника, применяемого самостоятельно или в устройствах для термоимплозионной обработки призабойной зоны скважины.
Термоисточники выполняют из сгораемого композиционного материала на основе аммиачной селитры и полимерного горючего со специальными добавками. Устройства, в которых используют такие композиции термоисточника, описаны в [1, 2, 3, 4] и состоят из герметичной воздушной камеры с атмосферным давлением, диафрагмы и приемной камеры с размещенным в ней сгораемым твердым композиционным материалом, которую в литературе называют термоисточником [1].
Известна композиция термоисточника [2], состоящая из двух частей, причем первая часть обращена к воздушной камере и сформирована из прочной с малогазовым выделением при сгорании композиции. Вторая часть является основной и сформирована из газогенерирующей при сгорании композиции. В качестве последней использован состав на основе гранулированной аммиачной селитры и эпоксидной смолы при следующих соотношениях компонентов, мас.%: аммиачная селитра гранулированная марки Б - 72, бихромат калия - 5, эпоксидная смола ЭД-20 с отвердителем ПЭПа (в соотношении 10:1) - 23. Преимуществом этой композиции термоисточника является то, что она является недетонационноспособной, повышающей ее безопасную эксплуатацию, а также состоит из недефицитных, имеющих широкую сырьевую базу компонентов.
Недостатком известной композиции термоисточника является ее сравнительно низкая температура горения, составляющая 99°С, что не позволяет продуктам сгорания ее в достаточной мере прогреть и расплавить вязкие и с высоким содержанием асфальтено-смолистые закупоривающие отложения в каналах и порах призабойной зоны пласта с трудноизвлекаемой нефтью. Другим недостатком этой композиции, кроме того, является то, что изготовленный из нее материал термоисточника имеет сравнительно малую прочность на сжатие, составляющая около 20 МПа, что ограничивает ее применение при забойных давлениях в забое скважины, превышающих 20 МПа.
Наиболее близкой к предлагаемому изобретению является композиция, в которой в качестве основной (второй) части термоисточника [3 или аналогичный 4] использован состав на основе гранулированной аммиачной селитры и эпоксидной смолы при следующих соотношениях компонентов, мас.%: аммиачная селитра гранулированная марки Б 70-74, бихромат калия 3-5, эпоксидная смола марки ЭД-20 19,5-21,5, пластификатор марки ЭДОС (ТУ 2493-003-13004749-93) 1,5-2,0, отвердитель Агидол марки АФ-2М (ТУ 38,302-16-378-90) 3,5-4,5. Преимуществом композиции-прототипа является то, что она является недетонационноспособной, а также возможность получения из нее основного газогенерирующего при сгорании термоисточника с более высокой прочностью на сжатие, составляющей 40 МПа, благодаря использованию современных пластификатора и отвердителя эпоксидной смолы.
Недостатком композиции термоисточника по прототипу является низкая температура во фронте горения (990°С), не позволяющая в достаточной мере при сгорании ее в условиях скважинной жидкой среды прогреть и расплавить высоковязкие и с высоким содержанием асфальтено-смолистые закупоривающие отложения в каналах и порах призабойной зоны пласта с трудноизвлекаемой нефтью, составляющей большой объем на месторождениях России. В предлагаемом изобретении решается задача повышения температуры горения композиции термоисточника, способствующего более глубокому прогреву и расплавлению закупоривающих каналы и поры отложений в призабойной зоне пласта и тем самым улучшающим его коллекторские свойства. При этом ставится также цель достижения уровня прочности на сжатие материала композиции не ниже, чем для материала композиции по прототипу. Задача решается тем, что в композиции термоисточника для обработки призабойной зоны скважины, включающей аммиачную селитру гранулированую марки Б, бихромат калия, эпоксидную смолу марки ЭД-20, пластификатор марки ЭДОС и отвердитель Агидол марки АФ-2М, согласно изобретению композиция дополнительно содержит в качестве компонентов, повышающих прочность на сжатие материала композиции и температуру его горения, смесь порошков алюминия дисперсностью не более 50 мкм и азотнокислого бария дисперсностью не более 0,5 мм при следующих соотношениях компонентов композиции, мас.%:
Аммиачная селитра гранулированная марки Б
52,5-53,0
Бихромат калия
2,4-2,5
Эпоксидная смола марки ЭД-20
14,3-14,4
Пластификатор марки ЭДОС
1,3-1,4
Отвердитель Агидол марки АФ-2М
2,1-2,2
Алюминий
10,9-10,5
Азотнокислый барий
16,5-16,0
Сущность изобретения. Для создания композиции термоисточника с повышенной температурой горения и прочностью ее материала за основу исходной рецептуры выбран состав композиции-прототипа, материал из которой является недетонационноспособным, т.е. обладает высокой безопасностью (класс опасности 4.1), доступностью и дешевизной компонентов, прошел широкомасштабную проверку в разнообразных условиях на нескольких тысячах скважин в качестве термоисточника для термоимплозионной обработки призабойной зоны пласта.
Для повышения температуры горения обычно в состав вводят высококалорийную металлическую добавку, в частности для этой цели используют алюминиевый порошок. Алюминий, однако, плохо химически взаимодействует с сравнительно слабым окислителем - аммиачной селитрой. Для повышения активности химической реакции сгорания алюминия наиболее целесообразно ввести в рецептуру состава также добавку нитрата бария, который, как показали экспериментальные исследования, весьма активно химически взаимодействует с алюминием. В результате этого значительно повышается температура горения, при которой и аммиачная селитра начинает более активно разлагаться и взаимодействует с компонентами композиции. Как показали экспериментальные исследования, оптимальным массовым соотношением для смеси алюминия с азотнокислым барием являются значение, при котором достигается их стехиометрия, т.е. обеспечивается полнота сгорания смеси этих компонентов.
С другой стороны, для полноты их сгорания необходимо, чтобы эти компоненты в наибольшей мере контактировали друг с другом в композиции. Это достигается за счет использования наиболее высокодисперсного алюминиевого порошка, выпускаемого промышленностью, в частности марки АСД-4, дисперсность которого составляет не более 50 мкм. При этом приготовление композиции предусматривает предварительное смешение этих двух компонентов так, чтобы высокодисперсные частицы алюминия распределялись на поверхностях более крупных частиц азотнокислого бария, имеющего достаточную дисперсность, но не более 0,5 мм. Затем эта смесь порошков смешивается с жидким эпоксидным компаундом, состоящим из эпоксидной смолы марки ЭД-20, пластификатора марки ЭДОС и отвердитель Агидол марки АФ-2М. К этой смеси на завершающей стадии вводят заранее подготовленную смесь порошков аммиачной селитры и бихромата калия.
Предлагаемая композиция термоисточника имеет температуру горения, равную 2360°С, что в 2,2 раза превосходит этот показатель для композиции-прототипа. Скорость горения материала в ПВХ-корпусе термоисточника в жидкой среде, приближенной к скважинным условиям, при давлении 0,5 МПа равен 0,6 мм/с, при 5,0 МПа - 2,5 мм/с и при 10,0 МПа - 5 мм/с. Эти данные по скорости горения находятся на уровне показателей для композиции-прототипа. Экспериментальные данные по чувствительности композиции к удару, определенной по стандартной методике, показали, что предложенная композиция является недетонационноспособной и относится к классу опасности 4.1 - легковоспламеняющиеся вещества. Прочность на сжатие материала композиции составляет 46 МПа, что на 15% превышает эту характеристику для композиции-прототипа. Работоспособность предлагаемой композиции проверена путем изготовления из нее натурного (10 кг) опытного образца термоисточника. Испытания, проведенные на скважине II Кереметьевской площади показали, что термоисточник устойчиво сгорает даже при низком забойном давлении, равном 3,9 атм, продолжительностью около 15 минут, в течение которой температура скважинной жидкости в интервалах обработки (950-955 м) достигалась и сохранялась постоянной, равной 117°С. В середине этого периода температурного воздействия давление в забое поднялось до 7,9 атм и в конце обработки составило 5,1 атм. Объем притока жидкости из пласта увеличился в три раза. Это, по-видимому, указывает на вовлечение в приток ранее не затронутого участка нефти, где первоначальное давление сохранялось на более высоком уровне.
Таким образом, предлагаемая композиция термоисточника позволяет эффективно производить обработку призабойной зоны пласта с трудноизвлекаемой высоковязкой нефтью и с истощенным пластовым давлением, при этом достигается продолжительное (до 15 минут) высокотемпературное (до 120°С) воздействие, что не удается существующими средствами обработки скважин.
Источники информации
1. И.Ф.Садыков и др. Основные результаты разработки и внедрения новых экспресс-технологий термоимплозионной и перфорационно-имплозионной обработки малодебитных скважин. НТВ «Каротажник», Тверь: Изд. АИС, 2001. Вып.86, с.57-60.
2. Патент РФ №2075597, кл. Е21В 43/25, опубл. 20.03.97, Бюл. №8.
3. Патент РФ №2138630, кл. 6Е21В 43/18, опубл. 27.09.1999, Бюл. №27.
4. Патент РФ №2313663, кл. Е21В 43/18, С09K 8/70, опубл. 27.12.2007, Бюл. №36.