СПОСОБ КОМПЛЕКСНОЙ ВОДОРОДНОЙ ТЕРМОБАРОХИМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ПРОДУКТИВНОГО ПЛАСТА
METHOD OF COMPLEX HYDROGEN THERMOBAROCHEMICAL TREATMENT OF PRODUCTIVE FORMATION

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и может быть использовано для разработки трудноизвлекаемых запасов нефти и газа, увеличения проницаемости продуктивного пласта, стимулирования выхода пластовых флюидов нефтяных, газовых и газоконденсатных низкопроницаемых пластов, восстановления дебита малопродуктивных скважин.
Известен способ комплексного водородного и термобарохимического воздействия на призабойную зону продуктивного пласта (Пат. Украины 102501, E21B 43/24, E21B 43/25, 2013), включающий закачку через насосно-компресcорные трубы раздельно-последовательно гидрореагирующего состава (ГРС) алюмогидрида натрия (АГН) и/или алюмогидриднатриевого композита (АГНК) с доставкой гидрореагирующего состава, размещенного в герметичных мини-контейнерах из полимерного материала, с весовым содержанием ГРС - 1-3 грамма в составе технологических жидкостей, в качестве которых используются горюче-окислительные составы на основе комплексных солей.
Известный способ низкоэффективен при обработке продуктивных пластов смешанных пород с высокой степенью кольматации афальто-смоло-парафиновыми отложениями (АСПО), так как активность кислот, высвобождаемых и образуемых в ходе химических реакций, нейтрализуется компонентами с высоким pH, а водород начинает генерироваться только после разрушения мини-контейнеров с ГРС, что существенно снижает эффективность процессов диффузии и фильтрации смеси других активных газов в пласт и не позволяет в полной мере реализовать энергетический и химический потенциал системы ГОС-ГРС в поровом пространстве призабойной зоны пласта (ПЗП).
Известен способ термобарохимической обработки продуктивного пласта (Пат. Украины 86886, E21B 43/00, E21B 43/18, E21B 43/26, Бюл. № 9, 2009), включающий доставку ГРС, буферной жидкости и воды в зону перфорации продуктивного пласта разделенными объемами с послойным продавливанием создаваемым в НКТ поршневым давлением, при этом доставку ГРС производят в объеме суспензии инертной буферной жидкости, в качестве которой используют хлорпроизводные углеводородов, например тетрахлорметан в объемном соотношении ГРС:буфер = 1:(0,6-2,0), соответственно.
Известный способ с использованием в качестве буферной жидкости тетрахлорметана ограничен в применении из-за высокой коррозионной активности хлорсодержащих соединений, приводящих к разрушению конструктивных элементов скважинного и нефтегазоперекачивающего оборудования, химическому "отравлению" и разрушению дорогостоящих катализаторов нефтеперерабатывающих предприятий. При этом, способ малоэффективен при обработке пластов с положительным скин-фактором, низкой начальной проницаемостью, высокой обводненностью, кольматированных эмульсией типа "вода-углеводород" или асфальто-смоло-парафиновыми отложениями (АСПО), когда фильтрация в пласт продуктов первичных реакций, проходящих в эксплуатационной колонне, затруднена или полностью отсутствует.
2
4
Наиболее близким по совокупности признаков и достигаемому результату является способ комплексной водородной термобарохимической обработки продуктивного пласта (Пат. РФ 2628342, 2016), включающий раздельно-последовательную доставку на забой через насосно-компрессорные трубы составов: гидрореагирующих, на основе алюмогидриднатриевого композита, и горюче-окислительных, на основе комплексных солей, с закачкой на предварительной стадии агрегативно устойчивой наносуспензии гидрореагирующего состава (АГНК) с дизельным топливом и органическим растворителем, в качестве которого используют перхлорэтилен (CCl), с последующей продавкой последней в ПЗП пласта до начала реагирования основных составов (ГОС-ГРС).
Известный способ недостаточно эффективен при использовании в составе дисперсионной среды агрегативно устойчивой наносуспензии в качестве химического растворителя – перхлорэтилена, который при взаимодействии с водой, в том числе пластовой, образует трихлоруксусную и соляную кислоты, что приводит к преждевременному реагированию гидрореагирующих составов еще на стадии доставки с генерированием водорода и потерей части энергетического потенциала системы. При этом, используемый растворитель способствует активной хлористоводородной коррозии конструктивных элементов нефтегазодобывающего оборудования и химическому загрязнению – повышенному содержанию хлорорганических соединений в извлекаемом пластовом флюиде.
Сущность изобретения
Задачей предлагаемого изобретения является, повышение эффективности обработки, снижение скин-фактора и производительности нефтегазовых скважин, в том числе с трудноизвлекаемыми запасами, снижение коррозионного воздействия на элементы нефтегазодобывающего и перерабатывающего оборудования, а также химического загрязнения извлекаемого пластового флюида.
Технический результат состоит в реализации эффективной доставки рабочих смесей в составе реакционно-устойчивого буферного компонента, инертного при взаимодействии с водой, в том числе пластовой, и конструктивными элементами скважинного оборудования, функционирующего также в качестве растворителя в составе гидрореагирующей наносуспензии с высокой степенью проникновения в поровое пространство для эффективного растворения кольматирующих внутрипоровое пространство тяжелых углеводородов и АСПО продуктивных пластов, что позволяет устранить гидродинамическое несовершенство загрязненной, в том числе, остатками буровых растворов околоскважинной зоны.
3
3
3
Поставленная задача достигается тем, что в способе комплексной водородной термобарохимической обработки призабойной зоны пласта, включающем раздельно-последовательную доставку на забой через насосно-компрессорные трубы первой смеси горюче-окислительного и гидрореагирующего составов (ГОС-ГРС), задавливание в призабойную зону пласта агрегативно устойчивой наносуспензии с гидрореагирующим составом на основе алюмогидриднатриевого композита, дизельного топлива и растворителя, с последующей доставкой второй большей плотности смеси ГОС-ГРС, согласно изобретению,закачку первой и второй смесей горюче-окислительных и гидрореагирующих составов производят в буферной жидкости – дибромпропане в соотношении (ГОС-ГРС):буфер 5:1, при этом первую смесь горюче-окислительного и гидрореагирующего составов плотностью 1,5-1,65 г/смзакачивают в объеме, равном объему эксплуатационной колонны от забоя до уровня нижних отверстий перфорации, а задавливаемая непосредственно в призабойную зону пласта в объеме, превышающем внутренний объем эксплуатационной колонны в интервале зоны перфорации, агрегативно устойчивая наносуспензия с гидрореагирующим составом на основе алюмогидриднатриевого композита плотностью 1,35-1,45 г/см, с дисперсной фазой в количестве 5-50% в дисперсионной среде углеводородного растворителя – дизельного топлива и органического растворителя, в качестве которого используют дибромпропан, при количественном содержании компонентов жидкой фазы, взятых в пропорциональном соотношении при равенстве плотностей жидкой и твердой фаз наносуспензии, затем сверху на первую смесь ГОС-ГРС доставляют вторую смесь ГОС-ГРС плотностью 1,65-1,98 г/смв объеме, достаточном для эффективного реагирования с первой смесью горюче-окислительного и гидрореагирующего составов. Кроме того, компоненты для приготовления агрегативно устойчивой наносуспензии гидрореагирующего состава: алюмогидриднатриевый композит, дизельное топливо и дибромпропан, взятые в заданном соотношении, обеспечивающем равенство плотности дисперсионной среды и рентгеновской плотности твердой дисперсной фазы, подвергают предварительной обработке в роторном диспергаторе-кавитаторе до дисперсности твердой фазы алюмогидриднатриевого композита 0,1-10 мкм.
Высокая плотность первой и второй смесей ГОС-ГРС в буферном дибромпропане обеспечивает их эффективную доставку, качественное перемешивание в колонне и надежную реакционную эффективность. При этом, высокая плотность и смачивающая способность дибромпропана в составе агрегативно устойчивой наносуспензии обеспечивает активную фильтрацию последнего в породу пласта через перфорационные отверстия на большую глубину с эффективным растворением углеводородов, в том числе, тяжелых и АСПО, кольматирующих внутрипоровое пространство продуктивного пласта, и не приводит к образованию хлорорганических соединений.
На фиг. 1 представлена начальная стадия обработки после закачки первой смеси ГОС-ГРС на забой; на фиг. 2 – стадия обработки по закачиванию и задавливанию в пласт агрегативно устойчивой наносуспензии; на фиг. 3 – распространение газов и растворителя в поровом пространстве после обработки агрегативно устойчивой наносуспензией, закачка второй смеси ГОС-ГРС, начало взаимодействия первой и второй смесей системы ГОС-ГРС; на фиг. 4 – завершающая стадия обработки, распределение газов и других активных веществ в пласте, образуемых в ходе реакций ГОС-ГРС.
3
Агрегативно устойчивая наносуспензия плотностью 1,35-1,45 г/смс дисперсной твердой фазой гидрореагирующего состава включает алюмогидриднатриевый композит в количестве 5-50%, содержащейся в дисперсионной среде смеси дизельного топлива и растворителя, в качестве которого используют дибромпропан, взятых в пропорциональном соотношении, обеспечивающем равенство плотностей жидкой и твердой фаз. Cостав наносуспензии предварительно обрабатывают в роторном диспергаторе-кавитаторе до дисперсности твердой фазы алюмогидриднатриевого композита 0,1-10 мкм.
Благодаря предварительной фильтрации в пласт агрегативно устойчивой наносуспензии с буферным дибромпропаном в качестве растворителя, инертного по отношению к пластовой воде, происходит низкотемпературная с генерированием водорода обработка породы пласта, которая позволяет снизить вязкость тяжелых углеводородов в призабойной зоне пласта, повысить ее проницаемость, очистить поровое пространство от кольматирующих нерастворимых соединений до проведения основных химических реакций и интенсифицировать химические преобразования уже в разогретом поровом пространстве породы, то есть снизить скин-фактор, повысив эффективность комплексного водородного термобарохимического воздействия, которое не приводит к распространению хлорорганики.
3
Способ заключается в следующем. После глушения скважины путем заполнения эксплуатационной колонны 1 (фиг.1) технической водой, производят допуск насосно-компрессорных труб (НКТ) 2 на глубину 1-2 м от забоя 3 и закачку системы ГОС-ГРС (горюче-окислительный-гидрореагирующий составы) первого состава плотностью 1,5-1,65 г/см, в буферной жидкости дибромпропане в соотношении (ГОС-ГРС):буфер 5:1.
Объем системы ГОС-ГРС (горюче-окислительный - гидрореагирующий составы) первого состава определяют из расчета заполнения объема 4 (фиг.2) от забоя 3 до уровня нижних отверстий зоны 5 интервала перфорации.
Затем при поднятых НКТ 2 до середины интервала 5 перфорации при открытом затрубном пространстве на циркуляции производят закачку агрегативно устойчивой наносуспензии до заполнения объема 6 эксплуатационной колонны 1 в зоне интервала перфорации 5, после чего закрывают затрубное пространство и задавливают весь объем агрегативно устойчивой наносуспензии в продуктивный пласт 7.
Фильтрация наносуспензии гидрореагирующего состава в поровое пространство пласта сопровождается экзотермическими реакциями алюмогидриднатриевого композита с пластовой водой и жидкостью глушения с выделением тепла и генерированием водорода.
В результате протекания первичных реакций генерируемый непосредственно в продуктивном пласте водород фильтруется в поры, трещины и микротрещины коллектора, увеличивая его проницаемость и обеспечивая фильтрацию в пласт горячих углеводородного и органического растворителей. Химический процесс гидролиза данного типа гидрореагирующего состава завершается образованием щелочной среды, обладающей свойствами поверхностно-активных веществ (ПАВ), действие которой улучшает фильтрационную способность ПЗП. Происходит полное обезвоживание порового пространства, с образованием атомарного и молекулярного водорода, активирующего процессы фильтрации с повышением температуры в поровом пространстве, что приводит к снижению вязкости АСПО, повышению химической активности углеводородного и органического растворителей.
Проникающий в пласт в зоне перфорации в составе агрегативно-устойчивой наносуспензии дибромпропан благодаря высокой устойчивости при взаимодействии с водой и АГНК работает в качестве растворяющего углеводороды и АСПО компонента, растворяющая способность которого существенно повышается с ростом температуры в зоне обработки в результате экзотермических реакций ГРС (АГНК) с пластовой водой.
Функционирующий как активный углеводородный растворитель дибромпропан, благодаря своим свойствам текучести и низкого поверхностного натяжения, обеспечивает быструю и глубокую фильтрацию агрегативно-устойчивой наносуспензии в пласт. Высокая плотность дибромпропана способствует дополнительному механическому воздействию, обеспечивающему эффективную чистящую способность при растворении кольматирующих внутрипоровое пространство тяжелых углеводородов, АСПО и устранение гидродинамического несовершенства загрязненной околоскважинной зоны, повышение эффективности химической обработки ПЗП.
Кроме того, высокая плотность дибромпропана позволяет проводить обработку скважин с высоким и аномально высоким пластовым давлением, когда для глушения скважины необходимо использовать жидкости повышенной плотности, а стабильность показателя pH позволяет предотвратить коррозионное воздействие на элементы нефтегазодобывающего и нефтеперерабатывающего оборудования.
3
После этого поднимают НКТ 3 (фиг.3) на 20-30 м над верхними отверстиями перфорации 5 продуктивного пласта и производят закачку системы ГОС-ГРС второго состава в буферной жидкости дибромпропане в соотношении (ГОС-ГРС):буфер 5:1, обеспечивающей их плотность 1,65-1,98 г/см в объеме 8, достаточном для эффективного реагирования с первой смесью ГОС-ГРС.
При этом, закачка первой и второй систем горюче-окислительных и гидрореагирующих составов (ГОС-ГРС) в буферном дибромпропане обеспечивает надежную доставку в инертном высокостабильном веществе в зону обработки пласта.
2
2
2
3
2
5
о
При попадании системы ГОС-ГРС (горюче-окислительный - гидрореагирующий составы) второго состава в первый состав ГОС-ГРС (горюче-окислительный-гидрореагирующий составы) в разогретой зоне эксплуатационной колонны 1 под действием силы тяжести, обусловленной разностью их плотностей, происходит проникновение второй системы ГОС-ГРС через слой первой (фиг.4), перемешивание первой и второй систем технологических жидкостей (ГОС-ГРС) с активным реагированием компонентов при их контакте и инициированием серии экзотермических химических реакций с генерированием смеси газов Н, СО, СО, NO, NН, NO, образованием кислот соляной и азотной и повышением температуры до 250-370C, достаточной для эффективной обработки ПЗП.
Скорость и полнота реализации термодинамического потенциала энергоемких топливных систем регулируется составами и соотношениями исходных компонентов.
Генерируемый в ходе экзотермического термохимического процесса водород существенно улучшает проницаемость коллектора и способствует фильтрации химически активных компонентов реакций ГОС-ГРС в пласт и их реагированию с минеральной частью пласта и кольматантами. На высокотемпературной стадии процесса в условиях высоких давлений, в присутствии активированного водорода и катализаторов реализуется процесс гидрокрекинга АСПО с образованием газовых и дистиллятных фракций.
Лабораторные исследования работоспособности заявленного способа для оценки эффективности комплексной водородной термобарохимической обработки, снижения скин-фактора и увеличения производительности (дебита) скважины проведены на экспериментальном стенде для комплекcных исследований проницаемости и фильтрационных характеристик на реальных кернах горной породы нефтенасыщенных пластов с высоким содержанием АСПО, в том числе, с остатками буровых растворов, с моделированием воздействия агрегативно устойчивой наносуспензией и продуктов реакций систем ГОС-ГРС и прокачкой после каждого этапа обработки через керны нефти для определения изменения их фильтрационных характеристик.
о
Для моделирования пластовых условий и обеспечения фильтрации только через тело кернов их боковые поверхности предварительно герметизировали путем обжима с заданным горным давлением (130 атм) и прогревали до заданной температуры (50 С). Через керны последовательно прокачивали в равных объемах пластовую воду и нефть при давлении 10 атм. Затем прокачивали агрегативно устойчивую наносуспензию АГНК с дисперсионной средой взятых в заданных соотношениях дизельного топлива с дибромпропаном и, для сравнения, с перхлорэтиленом при давлении 30 атм с регистрацией параметров скорости фильтрации и объемов выделенного водорода на выходе из кернов. После чего проводили замеры параметров при моделировании термогазохимического воздействия на керны системой ГОС-ГРС. Усредненные значения параметров, полученных в ходе экспериментов, приведены в Таблице 1.
В результате проведенных замеров проницаемости керна по нефти, которая до обработки составляла 87 мД, после обработки наносуспензией на основе перхлорэтилена с учетом термогазохимического воздействия систем ГОС-ГРС составила 149 мД, а после обработки наносуспензией на основе дибромпропана с последующим термогазохимическим воздействием систем ГОС-ГРС – 163 мД, что является следствием более эффективной последней обработки керна.
Таблица 1
Параметры измерений
Наносупензия на основе перхлорэтилена
Наносупензия на основе дибромпропана
Скорость фильтрации наносуспензии через керн, мл/с
0,01
0,013
Объем водорода, полученного на выходе из керна, обработанного наносуспензией, см<sup>3</sup>
1,9
3,4
Скорость фильтрации активных газов и других продуктов реакций ГОС-ГРС через керн, предварительно обработанный наносуспензией, см<sup>3</sup>/с
0,19
0,22
Температура активных газов и продуктов реакций на выходе из керна после предварительной обработки наносуспензией и последующей обработки ГОС-ГРС, <sup>о</sup>С
198
211
Скорость фильтрации нефти через керн, обработанный только наносуспензией, мл/с
0,02
0,022
Скорость фильтрации нефти через керн после предварительной обработки наносуспензией и последующей обработки ГОС-ГРС, мл/с
0,031
0,034