СПОСОБ ОБРАБОТКИ ПОДЗЕМНЫХ ПЛАСТОВ
METHOD FOR TREATMENT OF UNDERGROUND FORMATIONS

Настоящее изобретение относится к добыче нефти, газа или воды из скважин, пробуренных в подземные пласты. Это также применимо к нагнетательным скважинам.
Во время бурения, заканчивания, ремонта скважин и производственных операций, существует множество ситуаций, когда дебит или скорость нагнетания нефти, газа или водяной скважины, следующей за этими операциями, ограничена или нарушена из-за наличия нарушения эксплуатационных качеств пласта месторождения. Виды повреждений включают наличие фильтрационных корок, появление которых обусловлено бурением с неводными буровыми флюидами или "буровыми растворами на масляной основе" (OBMs), включая обратноэмульсионные буровые флюиды, или растворы и буровые флюиды на основе синтетического масла, включая буровые растворы на основе сложного эфира и буровые растворы с высокой степенью биологического разложения.
Другие типы повреждения включают в себя, но не ограничиваясь этим, наличие фильтрационных корок, связанных с бурением с буровыми растворами на водной основе или с буровыми флюидами, других жидких фильтратов или остатков (в том числе от флюидов гидравлического разрыва и флюидов гравийной набивки), твердых частиц, таких как антипоглощающая добавка, и утяжеляющие агенты, мелких фракций, биопленок, отложений, эмульсий, "водяных блоков", резьбовых смазок, асфальтенов и отложений углеводородов, в том числе, но не ограничиваясь, воски и парафины.
Повреждение может быть вблизи буровой скважины, как, например, наличие фильтрационных корок, или повреждение может присутствовать глубже в пласте месторождения, например, в естественных или искусственно образованных изломах или в материнской породе. Эффективное удаление повреждений, особенно повреждений вблизи ствола скважины, таких как фильтрационные корки, может значительно увеличить скорость получения углеводорода или производительность водяных скважин, проникающих сквозь подземные пласты. Оно также может снизить риск отказа заканчивания скважины, предусматривающее задержку песка. Эффективное снятие повреждений может также увеличить приемистость нагнетательных скважин.
Углеводороды или эмульсии, присутствующие в стволе скважины, в призабойной зоне или глубже в пласте, могут быть очень разрушительными. Углеводороды или эмульсии, могут покрывать кислотно растворимые материалы и ограничивать эффективность процедур, таких как кислотная обработка (предназначенная для растворения растворимого в кислоте компонента повреждения), или процедур растворения, основанных на использовании хелатирующих агентов. Кислотно растворимые компоненты включают в себя компоненты, такие как карбонат кальция, имеющийся в фильтрационных корках, полученных в результате бурения с буровыми флюидами на масляной основе или с буровыми флюидами. Углеводороды, полученные из пласта, могут также присутствовать в фильтрационных корках, полученных в результате бурения сквозь нефтегазоносные пласты при помощи буровых флюидов на водной основе, и могут потенциально покрывать кислотнорастворимые компоненты таких фильтрационных корок. Обычные окисляющие составы, как правило, включают низкие концентрации подходящих поверхностно-активных веществ, пригодных для смачивания водой поверхностей кислотнорастворимых материалов для облегчения их растворения.
Углеводороды могут также покрывать или присутствовать в кислотнорастворимых отложениях, присутствующих в стволе скважины, пласте месторождения или системе труб. Часто встречаются чередующиеся слои отложений и углеводородов асфальтенов или парафинов. Присутствие углеводородов, асфальтенов или парафинов может осложнить растворение минеральных компонентов отложений.
Применение мицеллярных дисперсий, известных также как "прозрачные эмульсии", "мицеллярные растворы" или "микроэмульсии" предлагается для некоторых видов обработки скважин. Предыдущая идея суммирована в патенте США 8043996. Было предложено применение мицеллярных дисперсий для солюбилизации углеводородов, устранения последствий бурения с промывочной жидкостью, увеличения добычи или скорости закачки скважин, обрабатывающими эмульсиями и водяными блоками. Также было предложено применение мицеллярных дисперсий при перфорационных работах, или в качестве флюида, применяемого до кислотной обработки.
В частности, было предложено использование мицеллярных дисперсий для обработки фильтрационных корок, появляющихся в результате бурения с буровыми флюидами на масляной основе или на основе обратной эмульсии. Это включает в себя использование мицеллярных дисперсий с последующей обработкой кислотой, мицеллярных дисперсий, включающих кислоты, мицеллярных дисперсий, включающих предшественники кислот, мицеллярных дисперсий с последующим применением хелатирующих агентов или мицеллярных дисперсий, включающих в себя хелатирующие агенты.
Такие способы обработки позволяют обеспечить как солюбилизацию углеводородов в фильтрационных корках, так и растворение карбоната кальция или другого материала в кислотах, образованных "на месте" кислотах или хелатирующих агентах.
Тем не менее, существуют проблемы, связанные с использованием мицеллярных дисперсий. Они содержат поверхностно-активные вещества. Как правило, использование значительных количеств одного или более поверхностно-активных веществ в флюиде для обработки необходимо, чтобы обеспечить достаточную солюбилизацию (микро-эмульгирование) углеводорода, присутствующего в типичных ОВМ фильтрационных корках. Использование от 10 до 20% вес./об. поверхностно-активного вещества в флюиде для обработки является обычным. В Европе многие поверхностно-активные вещества находятся в списках OSPAR Комиссии Составления Национальных Списков Кандидатов на Замещения, а это означает, что существует давление, чтобы их использование в открытом море должно быть прекращено и они должны быть заменены более приемлемыми химическими веществами. Некоторые поверхностно-активные вещества, действующие в виде мицеллярных дисперсий, находятся в этих списках. Эти и другие поверхностно-активные вещества, которые могут быть рассмотрены для использования в мицеллярных дисперсиях для обработки ОВМ фильтрационных корок, могут иметь относительно высокую токсичность для морских организмов и их способность к биологическому разложению также может быть меньше, чем желательно.
Еще одной проблемой является плохая совместимость многих "микро-эмульгаторов" поверхностно-активных веществ с завершающими рассолами, из которых состоят флюиды для обработки зоны фильтрационных корок. Поверхностно-активные вещества могут "высолить" флюиды для обработки, образуя отдельные жидкие или даже твердые слои. Это может поставить под угрозу или предотвратить их применение и, как ожидалось, безусловно, оказать отрицательное влияние на зональное покрытие. Высаливание может зависеть от таких факторов, в том числе, но не ограничиваясь, как тип рассола, концентрация рассола, рН, температура и концентрация других компонентов, таких как со-ПАВ и растворителей (в том числе предшественников кислоты) в флюиде для обработки. Необходимо обеспечить, чтобы поверхностно-активное вещество являлось совместимым с подпиточным или завершающим рассолом и с любыми другими компонентами флюида для обработки.
Существует постоянная необходимость в процессах обработки различных форм повреждений пласта месторождения, в том числе повреждений, образующиеся вследствие бурения с буровыми флюидами на масляной основе или на водной основе, осаждения нефтепромысловых отложений, асфальтенов, парафина или воска, резьбовых смазок, эмульсий или водяных блоков.
Существует особая потребность в простых и эффективных процессах обработки фильтрационных корок, появляющихся в результате бурения с использованием буровых флюидов на масляной основе или на основе обратной эмульсии, особенно, содержащих карбонат кальция (или другой материал, растворимый в кислоте или в хелатирующих агентах) в качестве утяжелителя и/или антипоглощающей добавки.
Существует особая потребность в технически эффективных и более экологически приемлемых альтернативах мицеллярным дисперсиям для обработки фильтрационных корок буровых флюидов на масляной основе, в частности, в альтернативах, которые не требуют использования поверхностно-активных веществ и являются совместимыми с кислотой, предшественниками кислот или хелатирующими агентами.
Далее, существует потребность в замене мицеллярных дисперсий, которые не чувствительны к составу жидкости заканчивания скважины.
Желательно получить процессы восстановления нарушенных эксплуатационных качеств пласта месторождения, в том числе процессы очистки фильтрационных корок, основанные на использовании относительно низких концентраций химических веществ. Идеально, чтобы эти химические вещества представляли очень низкую опасность и получались на основе возобновляемых ресурсов.
Целью настоящего изобретения является создание простых и эффективных процессов для восстановления эксплуатационных качеств пласта месторождения.
Особой целью настоящего изобретения является создание простых и эффективных процессов для эффективного разрушения фильтрационных корок буровых флюидов на масляной основе, особенно на длинных горизонтальных интервалах и в заканчивании скважины, предусматривающем задержку песка, в том числе с гравийной набивкой, обособленным и раздвижным сетчатым фильтрами.
Следующей задачей настоящего изобретения является создание простых и эффективных способов для обработки повреждения пласта месторождения в пределах подземного пласта, где флюид для обработки обеспечивает в течение одного этапа обработки солюбилизацию в значительной степени неполярных компонентов повреждения пласта, а также растворение других материалов, присутствующих в повреждении пласта, а также растворимых в кислоте (в том числе в кислоте, вырабатываемой из предшественников кислоты), или в хелатирующих агентах.
Особой целью настоящего изобретения является создание простых и эффективных способов обработки повреждения фильтрационной корки буровыми флюидами на масляной основе, где флюид для обработки обеспечивает в течение одной стадии обработки солюбилизацию углеводородов или других неводных компонентов фильтрационных корок и разложение реагентов утечки флюида, закупорки или утяжеляющих реагентов, присутствующих в фильтрационных корках, в частности, карбоната кальция.
Другой целью настоящего изобретения является создание одностадийной методики обработки, которая может удалить повреждение пласта, а также обеспечить дополнительную стимуляцию добычи или скорости нагнетания путем увеличения проницаемости материнской породы, или естественных или искусственно образованных изломов.
Следующей задачей настоящего изобретения является создание способов, которые являются приемлемыми для окружающей среды путем использования, по меньшей мере, в некоторых вариантах способа осуществления настоящего изобретения, компонентов, которые имеют низкое воздействие на окружающую среду и низкую опасность для производственного персонала.
Соответственно, настоящее изобретение обеспечивает способ обработки повреждения пласта месторождения в подземном пласте месторождения, в котором нарушение эксплуатационных качеств пласта месторождения вызвано следующими причинами: фильтрационными корками буровых флюидов на масляной основе, фильтрационными корками буровых флюидов на водной основе, нефтепромысловыми отложениями, асфальтеном, парафином, воском, резьбовой смазкой, эмульсией или водяным блоком, причем этот способ включает в себя:
(a) введение в подземный пласт месторождения флюида для обработки, содержащего воду и, по меньшей мере, одно из следующих соединений (I) циклодекстрина или (II) крахмала с ферментом, способным вырабатывать циклодекстрин из крахмала, а также
(b) создание условий флюиду для обработки устранять повреждения пласта.
Соответственно, настоящее изобретение также обеспечивает использование циклодекстрина для устранения повреждения пласта месторождения в подземном пласте месторождения, в котором нарушение эксплуатационных качеств пласта месторождения вызвано следующими причинами: фильтрационными корками буровых флюидов на масляной основе, фильтрационными корками буровых флюидов на водной основе, нефтепромысловыми отложениями, асфальтеном, парафином, воском, резьбовой смазкой, эмульсией или водяным блоком.
Пласт месторождения может содержать углеводородный пласт, например, газовый или нефтеносный пласт. В качестве альтернативы пласт месторождения может включать в себя водяной пласт.
Флюид для обработки, как правило, является водным флюидом. В самом простом варианте способа осуществления настоящего изобретения флюид для обработки по настоящему изобретению содержит один или более циклодекстринов, добавленных в подходящую воду или рассол, в том числе, но не ограничиваясь, в пресную воду, в водопроводную воду (городскую или питьевую воду), в речную воду, в поверхностную воду, в морскую воду или в нефтепромысловые рассолы.
Подходящие циклодекстрины включают альфа, бета и гамма циклодекстрин. Они также могут включать химически модифицированные циклодекстрины, димеры циклодекстрина, тримеры циклодекстрина или полимеризованный циклодекстрин, такие как те вещества, которые перечислены в патенте US 2009/0181866, раскрытие которого включено в настоящее описание в качестве ссылки во всей его полноте.
Химически модифицированные циклодекстрины включают, но не ограничиваются: (1) ацилированный циклодекстрин, содержащий ацетил, пропионил, бутирил, или другие подходящие ацильные группы; (2) гидроксилированный циклодекстрин, содержащий гидроксиэтил, гидроксипропил или другие подходящие гидрокси-алкильные группы; (3) карбоксилированный циклодекстрин, содержащий карбоксиметил, карбоксиэтил и другие подходящие карбоксиалкильные группы, и (4) алкилированный циклодекстрин, содержащий метил, этил, пропил, бензил или другие подходящие алкильные группы.
Примеры некоторых из этих циклодекстринов включают, но не ограничиваются, метил циклодекстрин, гидроксиэтил циклодекстрин, гидроксипропил циклодекстрин, 2-гидроксиэтил циклодекстрин, карбоксиметил циклодекстрин и карбоксиэтил циклодекстрин.
В некоторых вариантах способа осуществления настоящего изобретения циклодекстрин может содержать глюкозу или мальтозу, прикрепленные к циклодекстриновому кольцу, например, глюкозил циклодекстрины и мальтозил циклодекстрины. Конкретные примеры подходящих производных циклодекстрина включают, но не ограничиваются, глюкозил-α-циклодекстрин, мальтозил-α-циклодекстрин, глюкозил-β-циклодекстрин, мальтозил-α-циклодекстрин, метил-α-циклодекстрин, 2-гидроксипропил-β-циклодекстрин, гидрокси-α-циклодекстрин и 2-гидроксипропил-γ-циклодекстрин. Комбинации вышеописанных циклодекстринов также могут быть подходящими.
Примеры подходящих олигомеризованных и/или полимеризованных циклодекстринов включают, но не ограничиваются, теми веществами, которые содержат карбоксиметил циклодекстрины, глюкозил циклодекстрин, мальтозил циклодекстрин, гидроксипропил циклодекстрин, и 2-гидроксипропил циклодекстрин.
Предпочтительными являются циклодекстрины, которые поставляются оптом из коммерческих источников поставки. Наиболее предпочтительными являются альфа, бета и гамма циклодекстрин и циклодекстрины, модифицированные для повышения их растворимости в воде, такие как 2-гидроксипропил β-циклодекстрин. В предпочтительном варианте способа осуществления настоящего изобретения циклодекстрин представляет собой неполимерный циклодекстрин; например, используют мономерные, димерные или тримерные молекулы циклодекстрина (предпочтительно мономерные молекулы циклодекстрина).
Тип и концентрация используемого циклодекстрина будут выбраны в соответствии с его эффективностью в предполагаемом применении и условиях обработки (например, в зависимости от температуры, типа рассола и концентрации рассола). Эти параметры будут хорошо известны специалисту в данной области техники или могут быть легко определены с помощью соответствующих лабораторных испытаний.
Циклодекстрин может быть использован в концентрации ниже предела его растворимости или вплоть до предела его растворимости в конкретном флюиде для обработки. В некоторых случаях он может быть использован в количестве выше предела его растворимости во флюиде для обработки, и в этом случае часть циклодекстрина может присутствовать в виде нерастворенной дисперсии во флюиде для обработки. Независимо от того, является ли он полностью растворенным или частично нерастворенным, циклодекстрин задействован во флюиде для обработки.
В некоторых случаях может оказаться желательным добавление одного или нескольких дополнительных компонентов, которые повышают растворимость циклодекстрина в флюиде для обработки. Например, бета-циклодекстрин, растворим примерно до 2% по весу в пресной воде. Растворимость циклодекстрина в пресной воде, может быть увеличена, по меньшей мере, до 15% по весу, путем добавления достаточного количества салицилата натрия во флюид для обработки. Таким образом, в предпочтительном варианте способа осуществления настоящего изобретения флюид для обработки дополнительно содержит соль салициловой кислоты, например, салицилат натрия. В случае его присутствия, предпочтительная концентрация компонента салицилата в флюиде для обработки составляет от 1 до 10% по весу, например, от 2 до 5% по весу.
Циклодекстрин может быть включен непосредственно в обрабатывающий флюид до его введения в подземный пласт месторождения. В качестве альтернативы, в некоторых вариантах способа осуществления настоящего изобретения циклодекстрин может быть образован во флюиде для обработки на поверхности в процессе приготовления флюида для обработки и перед введением флюида для обработки в подземный пласт месторождения. Например, крахмал и фермент, способный генерировать циклодекстрин из крахмала, могут быть включены во флюид для обработки, причем циклодекстрин затем может быть образован в флюиде для обработки из крахмала до введения флюида в подземный пласт. Пригодные крахмалы и ферменты, далее обсуждаются ниже.
Процесс генерации циклодекстрина может в другом случае быть выполнен, по существу, внутри скважины, после введения флюида для обработки в ствол скважины и подземный пласт месторождения. Получение циклодекстрина "на месте" может быть достигнуто путем введения крахмала и фермента, способного генерировать циклодекстрин из крахмала, во флюид для обработки, а затем путем введения флюида для обработки в подземный пласт месторождения до момента образования циклодекстрина (или, по меньшей мере, до его полного образования) из крахмала. Такой способ образования "на месте" может позволить производить процессы обработки, которые будут работать с задержкой.
Во избежание сомнений, в пределах объема настоящего изобретения предполагается, что крахмал и фермент, способный генерировать циклодекстрин из крахмала, вводятся во флюид для обработки на поверхности, и что некоторое количество циклодекстрина образуется как до введения флюида в пласт месторождения, так и после введения флюида в пласт месторождения.
Крахмал может быть, может быть представлен в сочетании с α-амилазой. В качестве альтернативы, крахмал может быть предварительно обработанным крахмалом, например, он может быть термически обработанным крахмалом или крахмалом, который был предварительно обработан с помощью α-амилазы. Крахмал должен быть способен образовывать циклодекстрин в присутствии фермента.
Способы получения циклодекстрина из крахмала с использованием ферментов хорошо известны специалистам в этой области техники. Обычно крахмал может быть сжижен либо путем термообработки или с помощью альфа-амилазы, а затем циклодекситрингликозилтрансферазы (CGTase) может быть добавлен для ферментативного превращения сжиженного крахмала в циклодекстрин. CGTases, которые могут синтезировать все формы циклодекстринов, доступны. Соотношение, в котором они произведены, зависит от используемого фермента: каждый CGTase имеет свое собственное характерное α:β:γ синтез соотношение. Некоторые ферменты производят только альфа, бета или гамма циклодекстрин (α, β или γ-циклодекстрин). Соответственно, фермент, способный генерировать иклодекстрин из крахмала, предпочтительно представляет собой циклодекстрингликозилтрансферазу.
β-CD плохо растворим в воде (около 18,5 г/л); α- и γ-CD более растворимы (145 и 232 г/л, соответственно).
Использование флюида для обработки, содержащего один или более циклодекстринов в водном флюиде, может быть использовано для устранения повреждений пласта типа описанных в данном документе, например, он может быть использован для разрушения ОВМ фильтрационных корок. Не желая быть связанными какой-либо теорией, нам представляется вероятным, что циклодекстрин может непосредственно взаимодействовать с гидрофобными компонентами фильтрационной корки с образованием комплекса включения типа "гость-хозяин", и что это приводит к разрушению фильтрационных корок. Точно также, другие типы повреждения пласта, содержащие или включающие в себя гидрофобный компонент, поддаются обработке флюидами для обработки, содержащими циклодекстрин.
В некоторых случаях флюид для обработки может также включать одно или более растворимых в воде соединений или взаимных растворителей. Примеры подходящих соединений или растворителей включают, но не ограничиваются, низшие (С1-С6) спирты, полиолы, простые эфиры и гликоли, такие как метанол, этанол, н-пропанол, изопропанол, н-бутанол, изо-бутанол, трет-бутанол, бутиловый моногликолевый эфир, бутил дигликолевый эфир, бутил тригликолевый эфир, монобутиловый эфир этиленгликоля, этиленгликоль, диэтиленгликоль, триэтиленгликоль, глицерин, диглицерин, полиглицерин и триэтиленгликоля монобутиловый эфир.
Предпочтительно, любые смешивающиеся с водой соединения будут также биологически разлагаемыми до приемлемой степени.
В предпочтительном варианте осуществления, по меньшей мере, один дополнительный компонент включен в обрабатывающий флюид. Дополнительный компонент может, например, быть способен растворять мостиковые, утяжеляющие или материалы утечки флюида, присутствующие в ОВМ фильтрационной корке. Наличие дополнительного компонента (ов), как правило, приводит к более полному восстановлению повреждений пласта месторождения, например, более полной солюбилизации с фильтрационной коркой ОВМ.
Дополнительный компонент может быть кислотой, предшественником органической кислоты, хелатирующим агентом или предшественником хелатирующего агента. Подходящие кислоты, кислотные предшественники, хелатирующие агенты и предшественники хелатирующих агентов будут хорошо известны специалистам в данной области техники.
Кислота может быть минеральной кислотой. Предпочтительная минеральная кислота представляет собой соляную кислоту. Кислота может быть органической кислотой. Предпочтительными органическими кислотами являются муравьиная, уксусная, гликолевая или молочная кислоты.
Предшественник органической кислоты может быть сложным эфиром, лактоном, ангидридом, ортоэфиром, полиэфиром или полиортоэфиром. Предпочтительными предшественниками кислоты являются те, которые дают при гидролизе муравьиную кислоту, уксусную кислоту, гликолевую кислоту, молочную кислоту и/или глюконовую кислоты. Соответствующие предшественники органических кислот, хорошо известны специалистам в данной области техники. Предшественник органической кислоты будет гидролизоваться с предсказуемой скоростью в присутствии воды с образованием органической кислоты. Специалисты в данной области техники поймут, что образование кислоты "на месте" из таких предшественников, как правило, обеспечивает намного более высокое зональное покрытие, чем покрытие быстро реагирующими кислотами, например, при обработке фильтрационных корок.
Органические кислоты, образующиеся в результате гидролиза предшественника органической кислоты, которые могут быть использованы в способе по настоящему изобретению, включают любую органическую кислоту, которая вступает в реакцию с кислотно-растворимыми материалами для получения солей с достаточной растворимостью в воде, чтобы обеспечить, существенное растворение кислотно-растворимых материалов, например, муравьиной кислоты, или образование молочной кислоты из предшественника органической кислоты, который могут растворять карбонат кальция для получения формиата кальция или лактата кальция, которые имеют относительно высокую растворимость.
Предшественники органических кислот, предпочтительно будут малоопасными и малотоксичными с высокой температурой вспышки и с высокой приемлемостью для окружающей среды. Как правило, они также будут биологически разлагаемыми до приемлемой степени. Наиболее предпочтительными предшественниками органических кислот являются сложные эфиры или лактоны.
Подходящие сложные эфиры включают, но не ограничиваются, моноформиат этиленгликоля, диформиат этиленгликоля, моноформиат диэтиленгликоля, диформиат диэтилгликоля, моноформиат глицерина, диформиат глицерина, триформиат глицерина, моноацетат глицерина, диацетат глицерина, триацетат глицерина, бутил лактат, пропил лактат и этиллактат. Предпочтительным лактоном является глюконо-дельта-лактон.
Хелатирующим агентом может быть любой хелатирующий агент, способный растворять материал, присутствующий в подземном пласте месторождения, в том числе, но не ограничиваясь, добавки-утяжелители или антипоглощающие добавки в фильтрационных корках, нефтепромысловые отложения или материнскую породу. Предпочтительные хелатирующие агенты должны быть хорошо известны специалистам в данной области техники, и могут включать в себя, но не ограничиваясь, те вещества, которые эффективны для растворения карбонатов или барита. Пригодные хелатирующие агенты включают нитрилотриуксусную кислоту (NTA), этилендиаминтетрауксусную кислоту (EDTA), транс-1,2-диаминоциклогексан-N,N,N',N',-этилендиаминтетрауксусной кислоты моногидрат (CDTA), диэтилентриаминпентауксусную кислоту (DTPA), диоксаоктаметилендинитрилотетрауксусную кислоту (DOCTA), гидрокси-этилэтилендиаминацетилацетоуксусную кислоту (HEDTA), триэтилентетрамингексауксусную кислоту (TTHA), транс-1,2-диаминоциклогексанэтилендиаминтетрауксусную кислоту (DCTA), глутаминовую кислоту N,N-диуксусной кислоты (GLDA) и метилглицин N,N-диуксусной кислоты (MGDA). Другие хелатирующие агенты включают малоновую кислоту, щавелевую кислоту, янтарную кислоту, лимонную кислоту и гликолевую кислоту. Также могут быть использованы соли хелатирующих агентов.
В некоторых случаях может быть желательным использование предшественников хелатирующих агентов («предшественников хелатообразующих агентов»). Подходящие предшественники хелатирующего агента включают, но не ограничены, сложные эфиры, амиды и ангидриды хелатирующих агентов.
Эфиры хелатирующих агентов, таких как малоновая кислота, щавелевая кислота, янтарная кислота, этилендиаминтетрауксусная кислота (EDTA), нитрилуксусная (NTA), лимонная кислота, гликолевая кислота, глутаминовая кислота N,N-диуксусной кислоты (GLDA) или метилглицин N,N-диуксусной кислоты (MGDA) для образования хелатирующих агентов рекомендуются в документах US 6702023, US 6763888 и WO 2012/113738. Если присутствует основание и хелатирующая кислота нейтрализована, будет понятно, что соли таких хелатирующих кислот могут также выступать в качестве агентов для растворения растворимых в кислоте материалов, как описано в патенте США 7021377. Также рекомендовано использование амидов и ангидридов GLDA или MGDA (см, например, в WO 2012/113738). Содержание всех этих документов включено в настоящее описание в качестве ссылки во всей их полноте.
Везде, где в данном описании упоминаются кислотно-растворимые материалы, это также относится к материалу, растворимому в растворах хелатирующих агентов или в солях хелатирующих агентов.
Предпочтительные хелатирующие агенты обладают низкой токсичностью и легко биологически разлагаются.
В предпочтительном аспекте настоящего изобретения, повреждение пласта вызывается фильтрационными корками буровых флюидов на масляной основе. Тем не менее, в дополнение к их основному назначению, обработке фильтрационных корок буровых флюидов на масляной основе, флюид для обработки по настоящему изобретению может также использоваться для обработки других типов повреждения пласта, поддающихся обработке флюидом для обработки на основе циклодекстрина, включая, но не ограничиваясь, обработку фильтрационных корок, образующихся при бурении с буровыми флюидами на водной основе, нефтепромысловых отложений, асфальтенов, парафинов, воска, резьбовых смазок, эмульсий или водяных блоков.
Для обработки фильтрационных корок буровых флюидов на масляной основе и других видов повреждения пласта, подходящие комбинации циклодекстрина с одним или несколькими компонентами, выбранными из взаимного растворителя, кислоты, предшественника органической кислоты, хелатирующего агента или предшественника хелатирующего агента могут быть легко идентифицированы или определены специалистами в данной области техники.
Особые случаи обработки повреждения пласта, где желательно вводить одну или несколько кислот, предшественников органических кислот, хелатирующих агентов или предшественников хелатирующего агента в флюид для обработки, включают в себя обработку фильтрационных корок, образовавшихся из буровых флюидов на масляной основе масла или на водной основе или из растворения нефтепромысловых отложений. В таких случаях, в дополнение к солюбилизации углеводородных или асфальтеновых компонентов повреждения пласта при помощи циклодекстрина, также желательно растворение материалов утечки флюида, закупорки, утяжеляющих реагентов, присутствующих в фильтрационной корке, или минеральных компонентов нефтепромысловых отложений.
Помимо растворяющих компонентов, присутствующих в повреждении пласта, любая кислота, предшественник органической кислоты, хелатирующий агент или предшественник хелатирующего агента в случае их способности растворять хотя бы часть материнской породы могут быть полезными для повышения проницаемости материнской породы вблизи ствола скважины, природного или искусственного излома или проводимости природного или искусственного излома.
Следует понимать, что удаление повреждений не может быть полным. Обработку можно, однако, можно считать успешной, если ущерб, по крайней мере, частично или, существенно устранен, что, например, измеряется увеличением проницаемости, приводящем к более высокой производительности или к скорости нагнетания, чем это было бы в случае без обработки.
Подходящие концентрации любого компонента флюида для обработки (циклодекстрина, взаимного растворителя, кислоты, предшественника органической кислоты, хелатирующего агента или предшественника хелатирующего агента) могут быть определены специалистом в данной области техники. Типичная концентрация циклодекстрина во флюиде для обработки составляет от 0,2 до 5% вес./об., и, предпочтительно, от 0,5 до 5% вес./об., хотя более высокие или более низкие концентрации также могут быть использованы, если они эффективны при применении для обработки повреждений. Если флюид для обработки содержит крахмал, который способен генерировать циклодекстрин, то концентрация циклодекстрина рассматривается как количество циклодекстрина, которое бы образовалось при полном расщеплении крахмала ферментом.
Как правило, период закрытия скважины составит между 0,5 и 24 ч. для обработки повреждения пласта, хотя также могут быть использованы более короткие или более длинные периоды обработки.
Затем скважина запускается или возвращается в производство, или, в случае нагнетательных скважин, запускается в режим нагнетания.
Обычно желательно обработать скважину в течение периода, приемлемого для оператора. Как правило, предпочтительны короткие периоды закрытия от нескольких часов до суток, поскольку они уменьшают определенные расходы оператора, такие как время бурения. Тем не менее, в некоторых ситуациях, таких как обработка фильтрационных корок в скважине, которая была пробурена, но которая должна быть закрыта в течение нескольких недель или месяцев до запуска в производство, может быть приемлемой обработка в течение более длительного периода времени.
При использовании предшественников органических кислот, таких как сложные эфиры во флюиде для обработки, может быть полезным добавление катализатора, такого как фермент липазы, эстеразы или протеазы, чтобы ускорить скорость образования органической кислоты. Специалистам в данной области техники должно быть понятно, что эти ферменты не обладают CGTase активностью. CGTase ферменты будут необходимы для создания циклодекстрина во флюиде для обработки.
При использовании фермента необходимо выбрать фермент, который остается активным в условиях пласта и во флюиде для обработки, по крайней мере, до тех пор, пока требуется его каталитическая активность. Как правило, используются выделенные ферменты. Ферменты могут быть выделены из растительных, животных, бактериальных или грибковых источников. Ферменты могут быть получены из организмов дикого типа, разведенных обычным способом, мутировавших или полученных методами генной инженерии. Ферменты могут, в некоторых случаях, быть химически модифицированы, до тех пор, пока они сохраняют или обладают требуемой каталитической способностью. Предпочтительно ферменты будут промышленными ферментами, которые поставляются оптом из коммерческих источников поставки.
Кроме того, также возможно использовать бесферментные катализаторы или соли карбоновых кислот, чтобы увеличить скорость гидролиза предшественников органических кислот, как раскрыто в патентах US 6702023 и GB2405894.
Все химические вещества, используемые в способе по настоящему изобретению, обычно будут являться веществами технической чистоты для снижения затрат на проведение процесса.
Флюиды для обработки могут быть получены путем смешивания компонентов в подходящем порядке, который может быть легко определен специалистом в данной области техники.
Как правило, флюид для обработки готовится порционно в цистернах или других подходящих сосудах. В некоторых ситуациях, флюид для обработки может быть получен "на лету" путем смешивания одного или более отдельных компонентов на непрерывной, предпочтительно, тщательно контролируемой и отслеживаемой основе, по мере того как флюид закачивается в подземный пласт. Другие способы получения флюида для обработки хорошо известны специалистам в данной области техники.
Флюид для обработки зоны удобно вводить в подземный пласт месторождения через нагнетающие или добывающие скважины. Скважины могут быть вертикальными, искривленными, наклонными или горизонтальными. При введении в недавно пробуренную скважину, в частности, если флюид для обработки используется для удаления повреждений, вызванных в процессе бурения, таких как фильтрационные корки, он может быть легко введен через бурильную колонну с использованием буровых насосов. Флюид для обработки может быть также введен с помощью системы гибких труб, закачкой под давлением или через заливочную колонну или промывочную трубу.
Низкая коррозионная активность флюида для обработки, по меньшей мере, в некоторых вариантах способа осуществления настоящего изобретения, как правило, допускает его введение в ствол скважины или в пласт месторождения без необходимости добавлять ингибиторы коррозии.
Там, где это считается желательным, может быть проведена предварительная промывка флюидом при помощи подходящих материалов перед обработкой флюидом для обработки. Аналогичным образом, может быть проведена последующая промывка флюидом при помощи подходящих материалов после обработки.
Для обработки вблизи буровой скважины, такой как обработка фильтрационных корок, объем флюида для обработки вводится в пласт, как правило, в количестве, по меньшей мере, равном объему скважины плюс припуск на некоторые утечки в пласт месторождения. Обычно будет использоваться объем флюида в интервале от 120 до 200% от объема ствола скважины, хотя, если ожидается высокий уровень потери флюида, то может быть выбран объем до 300% или более от объема ствола скважины. Для обработки, где целью является повреждение глубже в пласте месторождения, например, в естественных или искусственно образованных изломах или сети трещин, объем будет выбран в соответствии с требованиями обработки.
Флюиды для обработки по настоящему изобретению могут содержать любые другие добавки, которые обычно добавляют к флюиду для обработки скважины, как это будет известно специалистам в данной области техники. Флюид для обработки может содержать другие химические добавки, которые обычно используются при обработке повреждения пласта, включая, но не ограничиваясь, удерживатели мелких фракций, регулирующие агенты содержания железа, поверхностно-активные вещества, пенообразующие и биостатические или биоцидные реагенты, если их включение считается полезным и если они совместимы с другими компонентами флюида для обработки.
Флюиды для обработки по настоящему изобретению особенно полезны для очистки фильтрационных корок буровых флюидов на масляной основе в необсаженных скважинах, в том числе для фильтрационных корок, присутствующих в заканчивании скважины, предусматривающем задержку песка, включая сетчатый фильтр и гравийную набивку. Они также могут быть использованы для обработки других типов повреждения пласта, в том числе фильтрационных корок буровых флюидов на водной основе, нефтепромысловых отложений, асфальтенов, парафина, воска, резьбовых смазок, эмульсии или водного блока.
Из-за своей низкой вязкости типичные флюиды для обработки по настоящему изобретению могут быть особенно хорошо применимы для обработки газовых скважин, когда очистка скважин после обработки будет облегчена благодаря низкой вязкости флюида для обработки.
Способ по настоящему изобретению имеет следующие особые преимущества перед известными до сих пор по уровню техники.
Он может эффективно устранять фильтрационные корки буровых флюидов на масляной основе и другие повреждения пласта без использования поверхностно-активных веществ, благодаря чему удается избежать проблем, связанных с использованием поверхностно-активных веществ. Кроме того, он эффективен для очистки буровых флюидов на масляной основе при неожиданно низких концентрациях, а это означает, что более низкие общие химические нагрузки могут быть использованы в флюиде для обработки, направленном на эту цель. Например, 2% вес./об. раствор бета-циклодекстрин показал себя столь же эффективным, как 10% типичная поверхностно-активная микроэмульсия (пример 3).
Способ очень прост, эффективен, малоопасен, основан на возобновляемых ресурсах и имеет низкое воздействие на окружающую среду.
В самом простом варианте способа осуществления настоящего изобретения способ использует только раствор циклодекстрина. Циклодекстрин получают из крахмала, который является имеющимся в избытке биополимером и легко возобновляемым ресурсом. Он имеет низкую токсичность. Альфа, бета и гамма-циклодекстрин, все, в целом, признаны безопасными (GRAS) агентством FDA в Соединенных Штатах.
По меньшей мере, в некоторых вариантах способа осуществления настоящего изобретения способ использует другие компоненты, которые весьма приемлемы с экологической точки зрения. Например, предпочтительные варианты способа осуществления настоящего изобретения осуществления для обработки фильтрационных корок или нефтепромысловых отложений обычно используют низкотоксичные, с высокой температурой вспышки, а также биологически разлагаемые предшественники органических кислот или легко биологически разлагаемые хелатирующие агенты.
Основной флюид для обработки, содержащий раствор циклодекстрина, не является коррозионно-активным. Кроме того, флюиды для обработки, дополнительно содержащие предшественники кислоты или хелатирующие агенты, как правило, не сильно коррозионно-активны, а это означает, что использование ингибиторов коррозии, как правило, не требуется.
Из-за хорошего зонального покрытия, которое могут быть получено, в частности, в некоторых вариантах способа осуществления настоящего изобретения, таких как те, в которых кислота образуется "на месте", способ по настоящему изобретению является особенно эффективным для удаления фильтрационных корок на больших горизонтальных интервалах времени и в заканчивании скважины, предусматривающим задержку песка, в том числе с гравийной набивкой, обособленным и раздвижным сетчатым фильтрами. Равномерное очистка фильтрационных корок в таких ситуациях имеет решающее значение для минимизации риска преждевременного выхода из строя.
В тех вариантах способа осуществления настоящего изобретения, по сравнению с другими способами обработки, где может потребоваться отдельно "живая" кислотная стадия, или где "живая" кислота включается во флюид для обработки для растворения растворимого в кислоте материала, этот процесс имеет очень низкую опасность за счет контролируемой скорости растворения растворимых в кислоте материалов. Операторы избегают обращения с "живой" кислотой и, как правило, нет необходимости в высоком давлении, высокой скорости нагнетания, которая часто используется в обычных способах кислотной обработки, чтобы противостоять высокой скорости реакции "живых" кислот.
Способы по настоящему изобретению могут быть использованы для обработки новых скважин или для восстановительной обработки производственных скважин или нагнетающих скважин.
Нижеследующие примеры иллюстрируют настоящее изобретение.
ПРИМЕР 1. Разрушение фильтрационных корок буровых флюидов на масляной основе с помощью препарата на основе бета-циклодекстрина.
Эффективность препарата на основе циклодекстрина при разрушении фильтрационных корок буровых флюидов на масляной основе исследовали путем получения корки на Офитовской двухконечной HPHT ячейке (номер по каталогу OF170-46). В качестве бурового флюида использовали коммерческий буровой флюид на масляной основе из Нигерии, на основе базового раствора EDC99-DW и карбоната кальция.
Фильтрационные корки были получены на 5 микронном керамическом диске. Керамический диск был сначала залит добавлением 100 мл 4% KCl к HPHT ячейке, подвергнут повышенному давлению до 100 фунтов на квадратный дюйм (689475 Па) при помощи газообразного азота, а затем был открыт нижний клапан, чтобы 50 мл 4% -ного раствора KCl прошло медленно через керамический диск в направление впрыска. Затем нижний клапан был закрыт, давление в ячейке HPHT было сброшено путем открытия верхнего клапана, и раствор над керамическим диском выливался прочь. Затем 25 мл хорошо перемешанного бурового флюида на масляной основе помещали в ячейку HPHT, и ячейку HPHT подвергали воздействию давления до 100 фунтов на квадратный дюйм (689475 Па) в течение 1 часа, с открытым донным клапаном, чтобы сформировать фильтрационную корку. Затем нижний клапан был закрыт, а давление в ячейке НРНТ было спущено, путем открывания верхнего клапана, и избыток промывочного раствора выше фильтрационной корки на керамическом диске сливался. Флюид для обработки (100 мл) затем помещали в ячейку HPHT, которую снова подвергали давлению до 100 фунтов на квадратный дюйм (689475 Па) и выдерживали при температуре пласта (80°C).
Использованный флюид для обработки содержал 2% вес./об. бета-циклодекстрина, плюс 12% вес. /об. ORCA B** в 10% вес./об. рассоле NaCl.
Через 20 часов нижний клапан был открыт, чтобы проверить, была ли разрушена корка на фильтре. Высокая скорость потока флюида из нижнего клапана в направлении впрыска показывала, что фильтрационная корка была разрушена. Клапан был закрыт, и ячейку оставили еще на срок 44 часов. Ячейка была открыта, и было подтверждено, что фильтрационная корка была фактически разрушена и карбонат растворен в муравьиной кислоте, полученной из предшественника кислоты.
Фильтрационная корка, полученная из того же раствора была также эффективно разрушена обработкой мицеллярной дисперсией, содержащей 10% вес. /об. ORCA* 4 плюс 12% вес. /об. ORCA B** в 10% вес./об. рассоле NaCl.
*ORCA 4 представляет собой микроэмульсию поверхностно-активного вещества. **ORCA B представляет собой коммерческий предшественник муравьиной кислоты. Оба вещества доступны от компании CLEANSORB Limited, Гилфорд, Великобритания.
ПРИМЕР 2. Разрушение фильтрационных корок буровых флюидов на масляной основе с помощью состава на основе бета-циклодекстрина.
Эффективность препарата на основе циклодекстрина при разрушении фильтрационных корок буровых флюидов на масляной основе исследовали путем получения корки на Офитовской двухконечной HPHT ячейке (номер по каталогу OF170-46). В качестве бурового флюида использовали коммерческий буровой флюид на масляной основе из Нигерии, на основе базового раствора EDC99-DW и карбоната кальция.
Фильтрационные корки были получены на 5 микронном керамическом диске. Керамический диск был сначала залит добавлением 100 мл 4% KCl к HPHT ячейке, подвергнут повышенному давлению до 100 фунтов на квадратный дюйм (689475 Па) при помощи газообразного азота, а затем был открыт нижний клапан, чтобы 50 мл 4% раствора KCl прошло медленно через керамический диск в направление впрыска. Затем нижний клапан был закрыт, давление в ячейке HPHT было сброшено путем открытия верхнего клапана, и раствор над керамическим диском выливался прочь. Затем 25 мл хорошо перемешанного бурового флюида на масляной основе помещали в ячейку HPHT, и ячейку HPHT подвергали воздействию давления до 100 фунтов на квадратный дюйм (689475 Па) в течение 1 часа с открытым донным клапаном, чтобы сформировать фильтрационную корку. Затем нижний клапан был закрыт, а давление в ячейке НРНТ было спущено, путем открывания верхнего клапана, и избыток промывочного раствора выше фильтрационной корки на керамическом диске сливался. Флюид для обработки (100 мл) затем помещали в ячейку HPHT, которую снова подвергали давлению до 100 фунтов на квадратный дюйм (689475 Па) и выдерживали при температуре пласта (53°C).
Использованный флюид для обработки содержал 2% вес./об. бета-циклодекстрина, плюс 10% вес. /об. ORCA B** в 8,5 фунтов на галлон (0,84 кг/л) рассоле KCl.
Через 24 часов нижний клапан был открыт, чтобы проверить, была ли разрушена корка на фильтре. Высокая скорость потока флюида из нижнего клапана в направлении впрыска показывала, что фильтрационная корка была частично разрушена. Клапан был закрыт, и ячейку оставили еще на срок в течение 24 часов. Нижний клапан был вновь открыт, и высокая скорость потока флюида из нижнего клапана указывала на эффективное разрушение. Ячейка была открыта, и было подтверждено, что фильтрационная корка была эффективно разрушена и большая часть карбоната растворена в муравьиной кислоте, полученной из предшественника кислоты.
Фильтрационная корка, полученная из того же раствора, была также эффективно разрушена обработкой мицеллярной дисперсией, содержащей 10% вес. /об. ORCA* 4 плюс 10% вес./об. ORCA B** в 8,5 фунтов на галлон (0,84 кг/л) рассоле KCl после 48 часов при 53°С.
ПРИМЕР 3. Разрушение фильтрационных корок буровых флюидов на масляной основе с помощью состава на основе бета-циклодекстрина.
Эффективность препарата на основе циклодекстрина при разрушении фильтрационных корок буровых флюидов на масляной основе исследовали путем получения корки на Офитовской двухконечной HPHT ячейке (номер по каталогу OF170-46). В качестве бурового флюида использовали коммерческий буровой флюид на масляной основе из Анголы на основе базового раствора и карбоната кальция.
Фильтрационные корки были получены на 10 микронном керамическом диске. Керамический диск был сначала залит добавлением 100 мл 4% KCl к HPHT ячейке, подвергнут повышенному давлению до 100 фунтов на квадратный дюйм (689475 Па) при помощи газообразного азота, а затем был открыт нижний клапан, чтобы 50 мл 4% раствора KCl прошло медленно через керамический диск в направление впрыска. Затем нижний клапан был закрыт, давление в ячейке HPHT было сброшено путем открытия верхнего клапана, и раствор над керамическим диском выливался прочь. Затем 25 мл хорошо перемешанного бурового флюида на масляной основе помещали в ячейку HPHT, и ячейку HPHT подвергали воздействию давления до 100 фунтов на квадратный дюйм (689475 Па) в течение 1 часа с открытым донным клапаном, чтобы сформировать фильтрационную корку. Затем нижний клапан был закрыт, а давление в ячейке НРНТ было спущено путем открывания верхнего клапана, и избыток промывочного раствора выше фильтрационной корки на керамическом диске сливался. Флюид для обработки (100 мл) затем помещали в ячейку HPHT, которую снова подвергали давлению до 100 фунтов на квадратный дюйм (689475 Па) и выдерживали при температуре пласта (80°C).
3
Использованный флюид для обработки содержал 2% вес./об. бета-циклодекстрина, плюс 10% вес. /об. ORCA B** в 1,14 г/см рассола NaCl/KCl.
Через 48 часов нижний клапан был открыт, чтобы проверить, была ли разрушена корка на фильтре. Высокая скорость потока флюида из нижнего клапана в направлении впрыска показывала, что фильтрационная корка была эффективно разрушена. Ячейка была открыта, и было подтверждено, что фильтрационная корка была эффективно разрушена и часть карбоната растворена в муравьиной кислоте, полученной из предшественника кислоты.
3
Фильтрационная корка, полученная из того же раствора, была также эффективно разрушена обрабатывающим составом мицеллярной дисперсии, содержащей 10% вес./об. ORCA* 4 плюс 12% вес./об. ORCA B** в 1,14 г/см рассола NaCl/KCl после 48 часов при 80°С.
ПРИМЕР 4 Разрушение фильтрационных корок буровых флюидов на масляной основе с помощью препарата на основе бета-циклодекстрина.
Эффективность препарата на основе циклодекстрина при разрушении фильтрационных корок буровых флюидов на масляной основе исследовали путем получения корки на Офитовской двухконечной HPHT ячейке (номер по каталогу OF170-46). В качестве бурового флюида использовали коммерческий буровой флюид на масляной основе из Северного моря на основе базового флюида DF1 и карбоната кальция.
Фильтрационные корки были получены на 10 микронном керамическом диске. Керамический диск был сначала залит добавлением 100 мл 4% KCl к HPHT ячейке, подвергнут повышенному давлению до 100 фунтов на квадратный дюйм (689475 Па) при помощи газообразного азота, а затем был открыт нижний клапан, чтобы 50 мл 4% раствора KCl прошло медленно через керамический диск в направление впрыска. Затем нижний клапан был закрыт, давление в ячейке HPHT было сброшено путем открытия верхнего клапана, и раствор над керамическим диском выливался прочь. Затем 25 мл хорошо перемешанного бурового флюида на масляной основе помещали в ячейку HPHT, и ячейку HPHT подвергали воздействию давления до 100 фунтов на квадратный дюйм (689475 Па) в течение 1 часа с открытым донным клапаном, чтобы сформировать фильтрационную корку. Затем нижний клапан был закрыт, а давление в ячейке НРНТ было спущено путем открывания верхнего клапана, и избыток промывочного раствора выше фильтрационной корки на керамическом диске сливался. Флюид для обработки (100 мл) затем помещали в ячейку HPHT, которую снова подвергали давлению до 100 фунтов на квадратный дюйм (689475 Па) и выдерживали при температуре пласта (80°C).
Использованный флюид для обработки содержал 2% вес./об. бета-циклодекстрина, плюс 10% вес./об. ORCA B** в 21,1% вес./об. рассоле NaCl.
Через 24 часов нижний клапан был открыт, чтобы проверить, была ли разрушена корка на фильтре. Высокая скорость потока флюида из нижнего клапана в направлении впрыска показывала, что фильтрационная корка была частично разрушена. Клапан был закрыт, и ячейку оставили еще на срок в течение 24 часов. Нижний клапан был вновь открыт, и высокая скорость потока флюида из нижнего клапана указывала на эффективное разрушение. Ячейка была открыта, и было подтверждено, что фильтрационная корка была эффективно разрушена и часть карбоната растворена в муравьиной кислоте, полученной из предшественника кислоты.
Фильтрационная корка, полученная из того же раствора, была также эффективно разрушен обрабатывающим составом мицеллярной дисперсии, содержащей 10% вес./об. ORCA* 4 плюс 10% вес./об. ORCA B** в 21,1% вес./об. рассоле NaCl после 48 часов при 80°С.