ТВЕРДЫЙ ПЕНООБРАЗОВАТЕЛЬ ДЛЯ УДАЛЕНИЯ ЖИДКОГО ПЛАСТОВОГО ФЛЮИДА ИЗ ГАЗОВЫХ И ГАЗОКОНДЕНСАТНЫХ СКВАЖИН
SOLID FOAMING AGENT FOR REMOVING RESERVOIR FLUID FOR GAS AND GAS CONDENSATE WELLS

Изобретение относится к области добычи газа и газового конденсата, а именно к твердым пенообразователям для удаления жидкого пластового флюида с забоя газовых и газоконденсатных скважин.
Анализ существующего уровня техники показал следующее:
- известна технологическая смесь для удаления жидкого пластового флюида из газоконденсатных скважин с аномально низкими пластовыми давлениями, рецептура которой имеет следующее соотношение ингредиентов, мас.%:
Полиэтиленоксид-4000
30-55
Сульфонат-порошок
25-60
ПО-6НП
5-10
Порошкообразное синтетическое
моющее средство (CMC)
0-15
(см. патент РФ №2328515 от 15.12.2005 г. по кл. С09К 8/536, С09К 8/94, опубл. 10.07.2008).
Недостатком указанной технологической смеси является недостаточная эффективность удаления жидкого пластового флюида из скважин.
Это обусловлено следующими причинами: данная смесь, согласно описанию к патенту, работоспособна при концентрации газового конденсата в пластовой жидкости 10,0-30,0%. При концентрации газового конденсата более 30% использование данной смеси малоэффективно из-за наличия в рецептуре смеси анионоактивных поверхностно-активных веществ ПАВ.
Сульфонат-порошок, ПО-6НП и CMC, например «SORTI-эконом-лимон», являются анионоактивными ПАВ, которые проявляют низкие пенообразующие свойства в присутствии больших количеств солей, в особенности солей кальция и магния.
В качестве неионогенного ПАВ технологическая смесь содержит полиэтиленоксид-4000. В условиях месторождений, пластовая вода которых содержит большие количества солей и имеющих высокие температуры на забое скважин, может произойти выделение полиэтиленоксида в отдельную фазу. По степени высаливающего действия соли располагаются в виде следующего ряда: гидрокарбонаты>сульфаты>хлориды. При этом снижается эффективная концентрация поверхностно-активного вещества в удаляемой жидкости, вынос жидкости произойдет за счет сульфонат-порошка, ПО-6НП и CMC, что приведет к перерасходу используемой технологической смеси;
- в качестве прототипа взят состав для выноса водогазоконденсатной смеси из скважины, рецептура которого имеет следующее соотношение ингредиентов, мас.%:
Полиэтиленоксид-4000
80-90
Поливиниловый спирт марки 18/11
10-20
(пат. РФ №2242495 от 09.12.2002 по кл. С09К 7/08, Е21В 43/22, опубл. 10.06.2004).
Недостатком указанного состава является недостаточная эффективность удаления жидкого пластового флюида из скважин.
Это обусловлено следующими причинами: согласно описанию к патенту, состав может быть использован в виде раствора или стержней. Стержни готовят на оборудовании для переработки термопластичных полимеров. При смешении ингредиентов состава и их нагревании происходит плавление полиэтиленоксида-4000, температура плавления которого составляет 53-56°С, при этом поливиниловый спирт не будет плавиться (температура плавления составляет более 225-230°С, а температура разложения составляет 170-230°С). В результате твердый пенообразователь представляет собой застывший расплав полиэтиленоксида с включениями частиц поливинилового спирта. При введении такого стержня в скважину в первую очередь растворится полиэтиленоксид-4000, чему будет способствовать малая молекулярная масса полимера. Удаление основного объема жидкого пластового флюида будет осуществляться за счет пенообразования только одного ингредиента состава - полиэтиленоксида-4000. При этом растворение второго ингредиента состава - поливинилового спирта марки 18/11 - происходит в течение более длительного периода времени, которое необходимо для набухания частиц полимера, ввиду его большой молекулярной массы.
Таким образом, синергетическое действие смеси двух ПАВ может проявиться после удаления большей части накопившегося пластового флюида (водогазоконденсатной смеси) с помощью полиэтиленоксида-4000, при этом вспенивание оставшейся в скважине жидкости будет осуществляться за счет поливинилового спирта, действие которого не столь эффективно, как действие синергетической смеси ПАВ, что обуславливает недостаточную работоспособность состава, а следовательно, снижается эффективность работ по удалению накопившегося жидкого пластового флюида.
В скважинах с повышенной температурой может произойти расплавление приповерхностного слоя пенообразующего стержня. Температура плавления стержня определяется температурой плавления основного компонента - полиэтиленоксида-4000 (53-56°С), ввиду чего при высоких температурах в скважинных условиях есть вероятность отложения стержней на поверхности насосно-компрессорных труб и, как следствие, стержни не доходят до уровня удаляемого жидкого пластового флюида, при загрузке следующих порций стержней может образоваться пробка и работы по выносу будут неэффективны.
При использовании состава в виде раствора возникает необходимость в частом его вводе, что приведет к перерасходу используемых ингредиентов. Избыточное количество вышеуказанного раствора удаляется с первыми порциями пластового флюида, для эффективного удаления вновь поступающего жидкого пластового флюида концентрация используемых в рецептуре ингредиентов оказывается недостаточной. Раствор указанного состава закачивается в трубное или затрубное пространство скважины передвижными или стационарными насосными агрегатами, которые снабжены наземными (глубинными) автоматическими дозирующими устройствами. Периодический ввод смеси ПАВ в виде раствора при недостаточно высоком уровне в кольцевом пространстве жидкого пластового флюида приведет к снижению эффективности процесса удаления. В качестве неионогенного ПАВ состав содержит полиэтиленоксид-4000, однако в присутствии пластовой (высокоминерализованной) воды, содержащей большие количества солей типа хлорида калия, происходит высаливание указанного полимера, при этом снижается эффективная концентрация поверхностно-активного вещества в удаляемой жидкости, что приведет к перерасходу используемого состава.
Концентрация газового конденсата, приведенная в таблицах 1, 2 описания, составляет 15,0-20,0 об.%. Известно использование полиэтиленоксидов в качестве деэмульгаторов, а необходимым условием для удаления жидкого пластового флюида из скважин является образование эмульсии. Данное обстоятельство затруднит применение состава для удаления жидкого пластового флюида с высоким содержанием газового конденсата.
Технический результат, который может быть получен при реализации предлагаемого изобретения: повышение эффективности удаления жидкого пластового флюида из скважин, продукция которых содержит пластовую воду с содержанием солей до 200 г/л при температуре до 72°С и содержанием углеводородного конденсата до 50 об.%.
Технический результат достигается с помощью известного твердого пенообразователя для удаления жидкого пластового флюида из газовых и газоконденсатных скважин, включающего оксиэтилированное поверхностно-активное вещество и винилсодержащий полимер, который в качестве оксиэтилированного поверхностно-активного вещества содержит Lutensol марки AT 25 или AT 50, а в качестве винилсодержащего полимера - поливинилпирролидон, при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:
Lutensol марки AT 25 или AT 50
40-80
Поливинилпирролидон
20-60.
Заявляемый твердый пенообразователь соответствует условию «новизна».
Для приготовления твердого пенообразователя используют Lutensol марки AT 25 или AT 50 производства фирмы BASF (Германия), поливинилпирролидон ТУ 2219-047-0580799-2005.
Скапливание жидкого пластового флюида на забое скважин может привести к осложнениям вплоть до самоглушения скважины. Для удаления или снижения его уровня используют твердые пенообразователи в виде стержней. Доставка твердых стержней в скважину осуществляется через устьевой лубрикатор и насосно-компрессорные трубы. Твердые стержни особенно эффективны в запакерованных скважинах и в условиях трудного доступа к последним.
В скважинах с повышенными температурами (более 40°С) твердым пенообразователям необходимо иметь высокую температуру плавления, так как может произойти расплавление приповерхностного слоя стержня твердого пенообразователя с образованием вязкого расплава. Указанное способствует отложению стержня на стенках насосно-компрессорных труб, стержень не дойдет до уровня удаляемого жидкого пластового флюида и при загрузке следующих порций стержней может образоваться пробка, следовательно, работы по удалению жидкого пластового флюида будут неэффективны.
ПАВ неионогенной природы могут формоваться в стержни и без добавления вспомогательных веществ, однако их главным недостатком являются невысокие температуры плавления. Например, температура плавления Lutensol марки AT 25 или AT 50 составляет соответственно 47°С и 52°С.
Температура плавления полимера, так же как и низкомолекулярного вещества, зависит от энергии межмолекулярного взаимодействия (энергии когезии) и внутренней подвижности молекул, т.е. способности их к конформационным превращениям.
Кристалл плавится, если амплитуда колебания молекул, увеличивающаяся с повышением температуры, достигает критической величины, определяемой расстоянием между соседними молекулами. Это происходит при температуре плавления, которая тем выше, чем больше энергия когезии и чем меньше внутренняя подвижность молекул.
2
2
Наличие групп -СН-СН-О- в молекулах оксиэтилированных спиртов, к которым относится ПАВ Lutensol марки AT 25 или AT 50, способствует понижению температуры плавления, несмотря на увеличение энергии когезии, что обусловлено незначительной величиной потенциального барьера вращения вокруг направления связей С-О-С, и зависящей от этого повышенной гибкости цепей простых полиэфиров.
Для обеспечения устойчивости твердого пенообразователя в вышеуказанных скважинных условиях в качестве добавки, увеличивающей температурный интервал устойчивости твердого пенообразователя, в предлагаемом изобретении используют поливинилпирролидон, при этом температура каплепадения смеси «ПАВ Lutensol марки AT 25 или AT 50 - поливинилпирролидон» (твердого пенообразователя) увеличивается с 47-52°С до 67°С.
Предлагаемый твердый пенообразователь характеризуется высокой выносящей способностью, что обеспечивает эффективное удаление жидкого пластового флюида из скважин. Это обусловлено содержанием в рецептуре твердого пенообразователя ингредиента ПАВ Lutensol марки AT 25 или AT 50, который представляет собой оксиэтилированные алифатические жирные спирты, характеризующиеся высокими пенообразующими свойствами. Несмотря на наличие в скважине высокоминерализованной воды с содержанием солей до 200 г/л, что несколько снижает температуру помутнения, предлагаемый твердый пенообразователь работоспособен при температуре до 72°С. Это обусловлено тем, что небольшие молекулы углеводородов газового конденсата проникают в слой водного раствора ПАВ и перемешиваются с углеводородными цепями ПАВ. При большом количестве углеводородной фазы ее избыток формирует мицеллярное ядро, при этом растет точка помутнения.
Известно, что для эффективного удаления водогазоконденсатной смеси необходимо образование эмульсии типа «масло в воде». Эмульсии других типов не вспениваются. Так как ПАВ Lutensol марки AT 25 или AT 50 имеет числа гидрофильно-липофильного баланса в пределах 16-18, это указывает на то, что данный ПАВ является стабилизатором эмульсии типа «масло в воде». Благодаря данному обстоятельству, предлагаемый твердый пенообразователь эффективно удаляет пластовый флюид с содержанием газоконденсата до 50 об %.
Содержание Lutensol марки AT 25 или AT 50 менее 40 мас.%, поливинилпирролидона более 60 мас.% нецелесообразно, так как резко снижается выносящая способность пенообразователя и стержни плохо формуются.
Содержание Lutensol марки AT 25 или AT 50 более 80 мас.%, поливинилпирролидона менее 20 мас.% экономически не выгодно, так как выносящая способность твердого пенообразователя практически не повышается, кроме того, температура каплепадения твердого пенообразователя снижается.
Таким образом, согласно вышесказанному предлагаемым твердым пенообразователем обеспечивается достижение заявляемого технического результата. Предлагаемый твердый пенообразователь с указанными ингредиентами в указанном соотношении обеспечивает эффективный вынос жидкого пластового флюида из скважин, продукция которых содержит пластовую воду с содержанием солей до 200 г/л при температуре до 72°С и содержанием углеводородного конденсата до 50 об.%.
Более подробно сущность заявляемого изобретения описывается следующими примерами.
Пример 1 (лабораторный)
Для получения твердого пенообразователя загружают в смеситель 4,0 г (40 мас.%) предварительно расплавленного Lutensol марки AT 50 и поливинилпирролидон в количестве 6,0 г (60 мас.%).
3
кп
пм
Осуществляют перемешивание до получения однородной массы, которую загружают в пресс-формы. Отформованный стержень твердого пенообразователя весит около 10,0 г. Характеристики твердого пенообразователя: ρ=1125 кг/м, температура каплепадения t=67°С, температура помутнения t=72°С, пенообразование - 56 мм.
3
3
Эффективность удаления жидкого пластового флюида оценивают по результатам исследований на установке, представляющей стеклянную трубку длиной 2,3 м и диаметром 0,032 м. Нижнюю часть колонки на глубину 0,7 м помещают в водяную баню, заданную температуру в которой поддерживают теплоэлектронагревателем. Через нижнюю часть колонки пропускают с помощью ротаметра воздух с расходом 33 см/с и исследуемый жидкий пластовый флюид, объемом 350 см. Время проведения эксперимента составляет 30 минут.
Жидкий пластовый флюид термостатируют при 30°С, 50°С, 70°С. Состав пластового флюида: 50 об.% газоконденсата и 50 об.% воды, при температуре термостатирования:
3
30°С, выносящая способность твердого пенообразователя 0,152 м/кг, что составляет 78,3%;
3
50°С, выносящая способность твердого пенообразователя 0,154 м/кг, что составляет 78,5%;
3
70°С: выносящая способность твердого пенообразователя 0,165 м/кг, что составляет 78,1%.
Состав пластового флюида: 100 об.% воды, газоконденсат отсутствует, при температуре термостатирования:
3
30°С, выносящая способность 0,168 м/кг, что составляет 100%;
3
50°С, выносящая способность 0,169 м/кг, что составляет 100%;
3
70°С, выносящая способность 0,173 м/кг, что составляет 100%.
Пример 2
Для получения твердого пенообразователя загружают в смеситель 6,0 г (60 мас.%) предварительно расплавленного Lutensol марки AT 50 и поливинилпирролидон в количестве 4,0 г (40 мас.%). Проводят операции как указано в примере 1.
3
кп
пм
Характеристики твердого пенообразователя: ρ=1095 кг/м, t=65°С, t=72°С, пенообразование - 57 мм.
Состав пластового флюида: 50 об.% газоконденсата и 50 об.% воды, при температуре термостатирования:
3
30°С, выносящая способность твердого пенообразователя 0,167 м/кг, что составляет 87,1%;
3
50°С, выносящая способность твердого пенообразователя 0,158 м/кг, что составляет 87,3%;
3
70°С: выносящая способность твердого пенообразователя 0,160 м/кг, что составляет 87,3%.
Состав пластового флюида: 100 об.% воды, газоконденсат отсутствует, при температуре термостатирования:
3
30°С, выносящая способность 0,170 м/кг, что составляет 100%.
3
50°С, 70°С выносящая способность 0,173 м/кг, что составляет 100%;
Пример 3
Для получения твердого пенообразователя загружают в смеситель 8,0 г (80 мас.%) предварительно расплавленного Lutensol марки AT 50 и поливинилпирролидон в количестве 2,0 г (20 мас.%). Проводят операции как указано в примере 1.
3
кп
пм
Характеристики твердого пенообразователя: ρ=1067 кг/м, t=63°C, t=72°С, пенообразование=58 мм.
Состав пластового флюида: 50 об.% газоконденсата и 50 об.% воды, при температуре термостатирования:
3
30°С, выносящая способность твердого пенообразователя 0,174 м/кг, что составляет 87,0%;
3
50°С, выносящая способность твердого пенообразователя 0,161 м/кг, что составляет 87,2%;
3
70°С: выносящая способность твердого пенообразователя 0,175 м/кг, что составляет 87,4%.
3
Состав пластового флюида: 100 об.% воды, газоконденсат отсутствует, при температуре термостатирования 30°С, 50°С, 70°С выносящая способность 0,169 м /кг, что составляет 100%.
Пример 4
Для получения твердого пенообразователя загружают в смеситель 4,0 г (40 мас.%) предварительно расплавленного Lutensol марки AT 25 и поливинилпирролидон в количестве 6,0 г (60 мас.%). Проводят операции как указано в примере 1.
3
кп
пм
Характеристики твердого пенообразователя: ρ=1115 кг/м, t=61°С, t=76°С, пенообразование=55 мм.
Состав пластового флюида: 50 об.% газоконденсата и 50 об.% воды, при температуре термостатирования:
3
30°С, выносящая способность твердого пенообразователя 0,164 м/кг, что составляет 89,2%;
3
50°С, выносящая способность твердого пенообразователя 0,163 м/кг, что составляет 88,9%;
3
70°С: выносящая способность твердого пенообразователя 0,165 м/кг, что составляет 88,7%.
3
Состав пластового флюида: 100 об.% воды, газоконденсат отсутствует, при температуре термостатирования 30°С, 50°C, 70°C выносящая способность 0,169 м/кг, что составляет 100%.
Пример 5
Для получения твердого пенообразователя загружают в смеситель 6,0 г (60 мас.%) предварительно расплавленного Lutensol марки AT 25 и поливинилпирролидон в количестве 4,0 г (40 мас.%). Проводят операции как указано в примере 1.
3
кп
пм
Характеристики твердого пенообразователя: ρ=1082 кг/м, t=60°С, t=76°С, пенообразование - 56 мм.
Состав пластового флюида: 50 об.% газоконденсата и 50 об.% воды, при температуре термостатирования:
3
30°С, выносящая способность твердого пенообразователя 0,160 м/кг, что составляет 78,0%;
3
50°С, выносящая способность твердого пенообразователя 0,167 м/кг, что составляет 78,1%;
3
70°С: выносящая способность твердого пенообразователя 0,158 м/кг, что составляет 77,9%.
3
Состав пластового флюида: 100 об.% воды, газоконденсат отсутствует: при температуре термостатирования 30°С, 50°С, 70°С выносящая способность 0,169 м/кг, что составляет 100%.
Пример 6
Для получения твердого пенообразователя загружают в смеситель 8,0 г (80 мас.%) предварительно расплавленного Lutensol марки AT 25 и поливинилпирролидон в количестве 2,0 г (20 мас.%). Проводят операции как указано в примере 1.
3
кп
пм
Характеристики твердого пенообразователя: ρ=1050 кг/м, t=59°С, t=76°С, пенообразование - 57 мм.
Состав пластового флюида: 50 об.% газоконденсата и 50 об.% воды, при температуре термостатирования:
3
30°С, выносящая способность твердого пенообразователя 0,164 м/кг, что составляет 88,7%;
3
50°С, выносящая способность твердого пенообразователя 0,161 м/кг, что составляет 88,3%;
3
70°С: выносящая способность твердого пенообразователя 0,170 м/кг, что составляет 88,0%.
3
Состав пластового флюида: 100 об.% воды, газоконденсат отсутствует: при температуре термостатирования 30°С, 50°С, 70°С выносящая способность 0,169 м/кг, что составляет 100%.
Таким образом, заявляемое техническое решение соответствует условию «новизны, изобретательского уровня, промышленной применимости», то есть является патентоспособным.