Способ термокислотной обработки нефтегазоносных пластов (варианты)
METHOD OF THERMAL ACID TREATMENT OF OIL AND GAS PLATES (OPTIONS)

Изобретение относится к области добычи нефти, в частности, к повышению нефтеотдачи из продуктивных пластов, имеющих температуру от 20° до 160°С.
Известен способ обработки призабойной зоны нефтеносного пласта парогазовой смесью водорода и воды, образующихся при взаимодействии металлического магния с 15-20%-й соляной кислотой.(И.Т Мищенко. Скважинная добыча нефти. «Нефть и Газ. 2007 г» УДК 622.276.5 стр. 253-256)
Этот способ оказался недостаточно эффективным, так как в процессе прокачки холодного 25-20%-го раствора соляной кислоты через слой магния температура реакционной зоны, предварительно нагретой до 180-200° быстро снижается до 100 и даже до 70-60°С.
Известен способ использование бинарных смесей нитрата аммония и нитрита натрия для повышения температуры нефтеносного пласта до 190-200°С при давлении до 220 атм. оказалось эффективным на тех пластах, температура которых относительно низкая, не выше 30°-40°С. Основной причиной такого ограничения является составов на основе бинарных смесей нитрата аммония и нитрита натрия, у которого является относительно низкая температура начала интенсивного разложения 50-60°С нитрита аммония.
В то же время в различных нефтегазоносных регионах имеются нефтеносные пласты с температурой выше 80-100°С. Использование бинарных смесей в таких скважинах невозможно из-за повышенной опасности спонтанного, неуправляемого разложения этих смесей. (Патент РФ 2525386.).
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ совместной закачки смеси гранулированного магния с нитратом аммония (SU 640023). Данный способ принят за прототип.
В этом способе смесь аммиачную селитру и гранулированный магний или его опилки в жидкости на углеводородной основе и подают в пласт. Затем в пласт закачивают соляную кислоту.
Основным недостатком такого способа генерирования тепла и газов является высокая опасность, так как смесь безводного нитрата аммония, магния и углеводородов представляет собой взрывчатое вещество.
Экспериментальная проверка на стендовой установке с использованием смесей нитрата аммония, нитрита натрия, машинного масла (углеводорода) и пропанта показала, что при подаче 18% соляной кислоты в такую смесь произошел сильный взрыв, разрушивший реактор.
Вторая опасность использования режимов, рекомендованных в прототипе, состоит в возможности образования газообразных взрывчатых смесей типа «гремучий газ". Это обусловлено тем, что при подаче соляной кислоты в смесь магния и селитры наиболее быстрой реакцией является образовании водорода, который при смешении с кислородом воздуха или с такими высокоактивными окислителями как моно- или диоксид азота образуют взрывоопасные смеси способные прорваться на поверхность и совершить разрушительные воздействия.
Существенным недостатком прототипа является сложность закачивания в пласт суспензии селитры, магния и углеводородов, так как ни селитра, ни магний в углеводородах не растворимы. Поэтому жидкая углеводородная фаза легко сепарируется в призабойной зоне скважины, соответственно равномерный прогрев пласта на удаленную его зону в таких условиях невозможен.
Эти принципиальные недостатки прототипа устраняются в предлагаемом изобретении.
Задачей изобретения является - создание эффективного и безопасного способа термокислотной обработки призабойной зоны нефтегазодобывающей скважины с регулируемой скоростью нейтрализации кислоты.
Указанная задача достигается тем, что предлагается способ термокислотной обработки нефтегазоносных пластов, имеющих температуру 20-160°С, характеризующийся тем, что в зону реагирования в контейнере на насосно-компрессорных трубах НКТ спускают металлический магний или алюминий, или цинк в виде стержней диаметром 30-35 мм и длиной до 1000 мм или в виде гранул, затем закачивают нитрат аммония в виде гомогенного 50-70%-ного водного раствора, продавливают раствор нитрата аммония водой или нефтью в продуктивный пласт, затем закачивают 15-20%-ую соляную кислоту в количестве 110-120 частей на одну часть магния или алюминия, или цинка, продавку раствора нитрата аммония в продуктивный пласт осуществляют для удаления друг от друга на расстояние 4-15 метров реакционных зон - зоны образования водорода взаимодействием магния или алюминия, или цинка с соляной кислотой и зоны восстановления нитрата аммония до нитрита аммония и одновременного разложения образующегося нитрита аммония на азот и воду.
И способ термокислотной обработки нефтегазоносных пластов, имеющий температуру 20-160°С, характеризующийся тем, что закачивают в скважину водный гель-раствор нитрата аммония с полиакриламидом с одновременным вводом в него расчетного количества порошка магния или алюминия, или цинка, продавливают раствор нитрата аммония водой или нефтью, затем закачивают 15-20%-ую соляную кислоту в количестве 110-120 частей на одну часть магния или алюминия, или цинка, продавку раствора нитрата аммония в продуктивный пласт осуществляют для удаления друг от друга на расстояние 4-15 метров реакционных зон - зоны образования водорода взаимодействием магния или алюминия, или цинка с соляной кислотой и зоны восстановления нитрата аммония до нитрита аммония и одновременного разложения образующегося нитрита аммония на азот и воду.
В способе термокислотной обработки нефтегазоносных пластов, имеющих повышенную температуру 20-160°С, в призабойной зоне скважины размещается в контейнере металлический магний или алюминий, или цинк и по насосно-компрессорным трубам производится последовательная прокачка через него водных растворов нитрата аммония и соляной кислоты. Последовательность такой закачки растворов исключает образования взрывоопасных смесей газообразного водорода с кислородом воздуха или с другими высокоактивными окислителями такими, как моно- или диоксид азота. В предлагаемом способе реакционные зоны образования водорода при взаимодействии металлического магния или алюминия, или цинка с раствором соляной кислоты и зона восстановления нитрата аммония до нитрита аммония и одновременного разложения образующегося нитрита аммония на азот и воду осуществляется в зонах, удаленных одна от другой на расстояние 4-15 метров.
Первоначально в зону реагирования в контейнере на НКТ спускают металлический магний или алюминий, или цинк, в виде стержней диаметром 30-35 мм и длиной до 1000 мм или в виде крупных гранул
После установки на устье скважины фонтанной арматуры в скважину последовательно закачивают нитрат аммония, в виде гомогенного 50-70%-ного водного раствора в объеме, достаточном для протекания реакции и продавливают его в удаленную зону пласта. При этом для разделения реакционных зон продавливают раствор нитрата аммония водой или нефтью. Для получения водорода используют 15-20%-ую соляную кислоту в количестве 110-120 частей на одну часть магния или цинка, или алюминия.
Согласно предлагаемому способу исключается образование взрывоопасных смесей на забое скважины в зоне размещения магния или алюминия, или цинка. Образования водорода на забое скважины происходит при контакте раствора соляной кислоты с магнием или с алюминием, или с цинком после того, как водный раствор нитрата аммония был удален из зоны реакции в продуктивный пласт, а реакция восстановления нитрата аммония до нитрита аммония происходит, когда образованный водород вместе с раствором соляной кислоты при прокачке проникает в призабойную удаленную зону пласта и смешивается там с раствором нитрата аммония.
Реакции образования водорода в призабойной зоне взаимодействием соляной кислоты с магнием или алюминием, или цинком описываются следующими уравнениями:
Восстановление нитрата аммония в нитрит аммония происходит в зоне удаленной от призабойной зоны на расстоянии 4-15 метров и описывается следующим уравнением:
4
3
2
4
2
NHNO+2Н→HO+NHNO
Образовавшийся нитрит аммония в этой удаленной зоне очень быстро разлагается на азот и воду:
4
2
2
2
NHNO→2HO+N+75,1 ккал/моль
Водород, образовавшийся в призабойной зоне, в результате реакции с нитратом аммония в удаленной зоне образует инертный газ - азот, не способный образовывать взрывоопасные смеси с кислородом воздуха. Благодаря этому процесс термокислотной обработки становится безопасным.
Реакции восстановления нитрата аммония и разложение нитрита аммония катализируется кислотами. Хлористый водород является очень активным катализатором. В зону пласта, пропитанного водным раствором нитрата аммония, поступает паровоздушная смесь, состоящая из атомарного водорода, молекулярного водорода паров воды и паров хлористого водорода. Хлористый водород, переносимый парами воды из зоны образования водорода в зону водного раствора нитрата аммония, выполняет функцию катализатора восстановления и катализатора разложения нитрита аммония.
Водород, образовавшийся в реакции соляной кислоты с магнием или с алюминием, или с цинком в момент образования находится в атомарном состоянии, которое отличается повышенной проницаемостью в самые тонкие поры и трещины пласта. Благодаря этому полнота использования энергетического потенциала реагентов существенно увеличивается.
Разделение зон образования водорода и зоны образования и разложения нитрита аммония обеспечивают продавливанием 50-70%-ного водного раствора нитрата аммония углеводородами или водой в удаленную зону пласта, который может иметь любую температуру в диапазоне 20°-160°С.
Высокая скорость разложения нитрита аммония в присутствии хлористого водорода не позволяет накапливаться атомарному и молекулярному водороду в растворе нитрата аммония и создавать взрывоопасную концентрацию.
Соотношение между магнием или цинком, или алюминием и соляной кислотой, рекомендованное нами составляет 110-120 массовых частей на одну массовую часть металла. С учетом концентрации соляной кислоты это соответствует 10-12 кратному избытку от теоретически необходимого. Избыток соляной кислоты выполняет функцию растворения карбонатных отложений в порах и трещинах пласта.
Принимая во внимание, что реакции соляной кислоты с металлами происходят на границе раздела фаз жидкость-твердая, большое значение будет иметь площадь поверхности металла. Рекомендуется использовать стержни металлов диаметром 30-35 мм и длиной до 1000 мм или крупные гранулы.
Предлагается способ термокислотной обработки нефтегазоносных пластов, имеющих повышенную температуру от 20 до 160°С, с применением магния или алюминия, или цинк в виде порошка. Подача порошка в призабойную зону пласта производится путем закачки водного гель-раствора нитрата аммония с полиакриламидом с одновременным вводом в него расчетного количества порошка магния или алюминия, или цинка, затем продавливают раствор нитрата аммония водой или нефтью, и закачивают соляную кислоту.
В случае применения магния или алюминия, или цинка в виде порошка, подача порошка в призабойную зону пласта производится путем смешивания загущенного полиакриламидном раствора нитрата аммония через эжектор и прокачку заготовленной смеси в призабойную зону скважины.
Использование мелких порошков металлов магния или алюминия, или цинка, может сопровождаться слишком высокой скоростью газообразования. В свою очередь такая ситуация может привести к прорыву водорода на поверхность и создать взрывоопасную ситуацию. Для предотвращения опасной ситуации и образования негативной среды предлагается водный раствор нитрата аммония загелировать полиакриламидом и при подаче загелированного раствора в пласт по насосно-компрессорным трубам, на потоке вводить в него через электронное устройство эжектор порошок металлов магния или алюминия, или цинка. После чего произвести продавку раствора нитрата натрия водой или нефтью в пласт с последующей закачкой 15-20% раствора соляной кислоты, в количестве 110-120 частей на одну часть магния или алюминия, или цинка.
Продавку раствора нитрата аммония в продуктивный пласт осуществляют для удаления друг от друга на расстояние 4-15 метров реакционных зон - зоны образования водорода взаимодействием магния или алюминия, или цинка с соляной кислотой и зоны восстановления нитрата аммония до нитрита аммония и одновременного разложения образующегося нитрита аммония на азот и воду.
Осуществление предлагаемых способов рассмотрим на примерах.
Пример 1
Планируется проведения термокислотного воздействия на пласт в скважине глубиной 2500 метров, имеющая интервал перфорации мощностью 20 метров. В скважину спущены НКТ 73 мм на глубину 2470 м.
Объем НКТ 7460 литров.
Для проведения запланированных работ требуется:
3
3
Раствор нитрата аммония с плотностью 1,25 г/см в объеме 8 м.
3
Водный раствор 16% солянойкислотывобъеме 15 м.
3
Учитывая, что плотность водного раствора нитратааммония -1250 кг/м, вес ГОС равен
3
1250 * 8,0 м = 10000 кг.
3
Для приготовления 8 м раствора нитрата аммония с концентрацией 55,5% и температурой Т = 20°С потребуется:
Нитрат аммония
4440,00 кг;
Вода
3560,00 кг (литров).
Порядок проведения работ:
- Собрать контейнер (фильтр) из НКТ 2 1/2" и заполняют его расчетным количеством магнием или алюминием, или цинком.
- Спускают контейнер с металлом на НКТ 2 1/2" на глубину 2470 м;
- Пакер устанавливают на глубине 2300 м;
- Заготавливают рабочие растворы по рецептуре, указанной выше;
3
- Закачивают в скважину на поглощение 8 м заготовленного раствора;
3
- Закачивают разделительную порцию воды в объеме 2 м
3
3
- Закачивают водный раствор соляной кислоты 16%-ной в объеме 15 м и продавливают водой в пласт в объеме 15 м.
- Оставляют скважину на реагирование в течении 5 часов;
- Фиксируют устьевые давления во время закачки и реагирования;
- После завершения реагирования производят сброс устьевого давления, поднимают НКТ и спускают оборудование для извлечения нефти.
Пример 2.
Планируется проведение термокислотного воздействия пласта в скважине глубиной 2500 метров, имеющая интервал перфорации мощностью 20 метров. В скважину спущены НКТ 73 мм на глубину 2470 м.
Объем НКТ 7460 литров.
Для проведения запланированных работ требуется:
3
3
Водный раствор нитрата аммония с полиакриламидном плотностью 1,30 г/см (температура раствора Т° = 20°С) - 8 м.
3
Водный раствор 15% соляной кислоты в объеме 15 м.
3
Учитывая, что плотность раствора - 1300 кг/м, вес ГОС равен
1300 * 8,0 = 10400 кг;
3
Для приготовления 8 м водного гель-раствора нитрата аммония с полиакриламидном с концентрацией 64,8% потребуется:
Нитрат аммония
6500,00 кг;
Вода
3500,00 кг (л);
Полиакриламид
40,00 кг.
Порядок проведения работ:
- Спускают НКТ 2,5 " с воронкой на глубину 2470 м;
- Пакер устанавливают на глубине 2370 м.;
- Заготавливают рабочие растворы по рецептуре, указанной выше;
3
- Закачивают в скважину 8 м заготовленного водного раствора нитрата аммония. Закачку раствора нитрата аммония производят с одновременным вводом в него расчетного количества порошка магния или алюминия, или цинка.
3
- Закачивают разделительную порцию воды в объеме 5 м;
3
3
- Закачивают водный раствор соляной кислоты (15%) в объеме 15 м и продавливают водой в пласт в объеме 15 м.
- Оставляют скважину на реагирование в течении 5 часов;
- Фиксируют устьевые давления во время закачки и реагирования;
- После завершения реагирования производят сброс устьевого давления, поднимают НКТ и спускают оборудование для извлечения нефти.
Таким образом, появляется возможность безопасной работы на пластах с очень широким диапазоном температур, обусловленная высокой стабильностью водных растворов нитрата аммония в температурной области до 200°С. Это принципиальное преимущество предлагаемых способов перед всеми известными способами.