Реагентный состав для растворения сульфатного кольматанта
REAGENT COMPOSITION FOR DISSOLVING SULFATE COLMATANT

Изобретение относится к нефтегазовой промышленности, в частности, к реагентным составам для обработки терригенных коллекторов и может использоваться при проведении работ по интенсификации притока флюида на эксплуатационных скважинах месторождений и подземных хранилищ газа (ПХГ), оборудованных забойным противопесочным фильтром.
В процессе эксплуатации скважин, в продукции которых присутствует минерализованная пластовая вода, часто происходит отложение неорганических солей и глинистых частиц в призабойной зоне пласта-коллектора. Кроме того, неорганические соли с глиной, песком, выносимыми из пласта-коллектора при эксплуатации скважины, а также гравием из гравийной набивки противопесочного фильтра, со временем образуют твердый конгломерат (кольматант), оседающий на поверхности противопесочных фильтров и препятствующий отбору флюида.
Для удаления отложений неорганических солей и глинистых частиц из призабойной зоны и разрушения кольматанта на поверхности противопесочных фильтров применяют различные методы интенсификации притока при капитальном и текущем ремонте скважин с использованием химических реагентов.
Протекающие в пласте-коллекторе в присутствии пластовой воды физико-химические и биологические процессы (растворение и выщелачивание, окислительно-восстановительные реакции, обменная аб- и адсорбция, сорбция, деятельность бактерий в анаэробных условиях, набухание, экстракция и кристаллизация солей, гидратация, сульфатредукция и др.) способствуют изменению фильтрационно-емкостных свойств пород горизонта: растворение и выщелачивание способствуют их улучшению, осадкообразование (солеотложение) - ухудшению, влияние ионного обмена зависит от состава пластовой воды и поглощенных катионов породы.
Кислоторастворимые отложения - наиболее распространенный вид отложений, в состав которых входят различные соли двухвалентных металлов (кальция, магния, бария, железа), а также оксиды железа и минеральные составляющие (глинистые частицы, кварц).
3
4
2
4
Основными малорастворимыми неорганическими солями, выпадающими в осадок, являются карбонаты и сульфаты кальция (СаСО - кальцит, CaSO × 2HO - гипс, CaSO - ангидрид). Выпадению этих солей сопутствует осаждение солей стронция, бария, некоторых радиоактивных веществ, сингенетичных кальцию, соли которых также имеют малую растворимость.
Из уровня техники известны составы, которые используют для растворения сульфатов щелочноземельных металлов.
Известен кислотный технологический состав, используемый в способе удаления кольматирующих образований из призабойной зоны пласта (патент РФ №2540767, Е21В 43/27, опубл. 10.02.2015), со следующим содержанием компонентов, мас. %: перекисное соединение 0,5-3,0, сульфаминовая кислота 5,0-10,0, неионогенное поверхностно-активное вещество 0,005-0,020, минерализованная вода остальное. Плотность указанного технологического состава равна плотности используемого при вскрытии продуктивного пласта скважины бурового раствора или отличается от него не более чем на 10%. Недостатком указанного состава является отсутствие хелатообразующего соединения (комплексона), способного удерживать в растворимом виде ионы щелочноземельных металлов.
Известен состав для обработки призабойной зоны пласта на основе хелатного комплекса (патент РФ №2581859, Е21В 43/27, опубл. 10.02.2015), который включает трилон-Б, гидроксид щелочного металла и воду, дополнительно содержит поверхностно-активное вещество - ПАВ и приготовлен из товарной формы (концентрата), полученной путем растворения 3,1 мас. % гидроксида щелочного металла в 46 мас. % воды, с последующим добавлением при перемешивании 23,0 мас. % трилона-Б, нагреве до 60°С, добавлении при перемешивании оставшейся части трилона-Б, последовательном добавлении оставшейся части гидроксида щелочного металла и 3 мас. % ПАВ путем разбавления концентрата водой в соотношении 1:0,6-111 при следующем соотношении компонентов концентрата, мас. %: трилон-Б - 45,0, гидроксид щелочного металла - 6,0, ПАВ - 3,0, вода - остальное. Недостатком данного состава является слишком высокая концентрация Трилона-Б, что существенно увеличивает стоимость состава. Обязательный нагрев указанного состава до 60°С-80°С для протекания реакции растворения сульфата щелочноземельного металла, в данном случае барита, делает его малоэффективным при более низких пластовых температурах. Кроме того, при нагревании состава снижается растворимость сульфатов двухвалентных металлов (Справочник химика, том 3. М: Химия, 1965 г.).
Наиболее близким к предлагаемому составу (прототипом) является композиция для удаления гипсосодержащих отложений с включениями сульфида и оксида железа (патент РФ №2385339, C09K 3/00, опубл. 27.03.2010), содержащая динатриевую соль этилендиаминтетрауксусной кислоты, гидроксид натрия, этиленгликоль и воду при следующем соотношении компонентов, мас. %: динатриевая соль этилендиаминтетрауксусной кислоты 9-15; гидроксид натрия 2-6; этиленгликоль 20-40 и вода остальное. Композиция обладает повышенной растворяющей способностью в отношении неорганических отложений сложного состава с включениями в них в широком диапазоне сульфида и оксида железа. Недостатком известного состава является его невысокая эффективность по растворению сульфата кальция, обусловленная наличием многоатомного спирта, поскольку в спиртах сульфаты двухвалентных металлов практически не растворимы (Справочник химика, том 3. М: Химия, 1965 г.).
Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является разработка эффективного реагентного состава для растворения сульфатного кольматанта, обеспечивающего повышение продуктивности и надежности эксплуатации газовых скважин.
Техническим результатом, на достижение которого направлено предлагаемое изобретение, является повышение эффективности растворения сульфатного кольматанта за счет исключения из состава многоатомного спирта и введения в предлагаемый состав смеси комплексонов и пероксосоединения.
Указанный технический результат достигается за счет того, что реагентный состав для растворения сульфатного кольматанта, включающий комплексообразующее вещество, гидроксид щелочного металла и воду, дополнительно содержит пероксосоединение, при следующем соотношении компонентов, мас. %:
комплексообразующее вещество
13,0-16,0
гидроксид калия
12,0-14,0
пероксосоединение
1,0-2,0
вода
остальное
При этом комплексообразующее вещество состоит из этилендиаминотетрауксусной и нитрилотриуксусной кислот, взятых в соотношении (3,00-3,33):1.
Сульфаты двухвалентных металлов (кальция, магния, бария, железа), входящие в состав кольматанта, образующегося в призабойной зоне пласта-коллектора и на противопесочных фильтрах, являются наиболее трудноудаляемыми веществами из скважин. Для растворения сульфатных отложений в основном используют комплексообразующие вещества в присутствии щелочного реагента, при этом растворение сульфатных отложений происходит при показателе рН выше 9.
Предлагаемый реагентный состав содержит функциональные компоненты, необходимые для эффективного растворения сульфатных отложений.
Комплексообразующее вещество (хелаты) вводят в предлагаемый реагентный состав для растворения сульфатных отложений и перевода их в комплексное состояние с целью удержания в стабильном растворимом виде при снижении концентрации активного вещества (хелатов). В качестве комплексообразующего вещества для растворения сульфатов кальция, магния, бария, железа и удержания ионов в растворимом состоянии чаще всего используют комплексоны на основе полиаминокарбоновых кислот либо их смеси. В предлагаемом реагентном составе используют смесь этилендиаминотетрауксусной кислоты (ЭДТА) (ТУ 113-04-146-84) и нитрилотриуксусной кислоты (НТУ) (ГОСТ 10329-74), взятые в соотношении (3,00-3,33):1.
Гидроксид щелочного металла вводят в предлагаемый реагентный состав для повышения значения водородного показателя выше 9 с целью улучшения растворения труднорастворимых сульфатных отложений. В качестве щелочного реагента для повышения водородного показателя в предлагаемом составе используют гидроксид калия (ГОСТ 9285-78). Соединения на основе калия являются более эффективными реагентами по сравнению с соединениями натрия в области ингибирования набухания глинистых частиц.
Для диспергирования глинистых частиц, входящих в состав кольматирующей корки, используют пероксосоединения, такие как перкарбонаты и пербораты щелочных металлов, которые растворяют или деструктируют вещества, формирующие глинистую корку, тем самым способствуя разрушению корки и облегчая вынос глинистых и песчаных частиц. В предлагаемом реагентном составе используют перборат (пероксоль - ТУ 2382-071-00204300-97) или перкарбонат натрия (ТУ 2144-002-24345844-2004), в зависимости от химического состава пластовой воды.
Соотношение компонентов в реагентном составе определяют с учетом следующих факторов:
- свойств пласта-коллектора;
- термобарических условий призабойной зоны пласта-коллектора;
- химического состава пластовой воды и ее минерализации;
- химического состава отложений (в состав кольматанта помимо сульфатов могут входить другие вещества неорганического или органического происхождения).
Приготовление реагентного состава для растворения сульфатов двухвалентных металлов осуществляют с использованием стандартного оборудования в следующей последовательности:
- в технической воде растворяют щелочной реагент;
- в раствор вводят смесь комплексонов необходимой концентрации и перемешивают в течение 10 мин;
- после растворения смеси комплексонов вводят пероксосоединение и перемешивают в течение 10 минут.
- после растворения всех компонентов проводят замер водородного показателя полученного реагентного состава.
Для подтверждения эффективности растворения кольматанта, в состав которого входят сульфаты двухвалентных металлов, были отобраны образцы кольматанта с противопесочных фильтров Касимовского и Увязовского ПХГ. В таблице 1 приведен минеральный состав кольматанта.
В лабораторных условиях были проведены исследования по растворению кольматанта с помощью предлагаемого реагентного состава.
Исследования предлагаемого реагентного состава (присвоенное коммерческое название ВМКР-С) проводили по следующим параметрам: время растворения кольматанта, масса растворенного кольматанта, скорость коррозии.
Для получения экспериментальных данных по определению эффективности растворения кольматанта были приготовлены реагентные составы ВМКР-С с различной концентрацией каждого из компонентов. В таблице 2 приведены данные о концентрации компонентов в реагентном составе ВМКР-С.
Эффективность растворения кольматанта характеризуется массой растворенного кольматанта, которая определяется массовой долей, выраженной в %, характеризующей степень растворения кольматанта за определенное время при воздействии реагентного состава при комнатной температуре. Данный показатель определяли следующим образом:
- высушивали и взвешивали образцы кольматанта с точностью до 0,01 г до постоянной массы;
- готовили реагентный состав объемом 150 мл;
- реагентный состав разливали в три стеклянных стакана по 50 мл в каждый стакан и опускали в них кольматант определенной массы;
- регистрировали начальное время погружения кольматанта в реагентный состав;
- регистрировали время проведения эксперимента и затем проводили фильтрование раствора, содержащего твердую фазу;
- отфильтрованную твердую фазу высушивали до постоянной массы с точностью до 0,01 г и взвешивали;
- проводили расчет убыли массы кольматанта за счет растворения сульфатных отложений.
В таблице 3 приведены сравнительные результаты растворения образцов кольматанта с Касимовского ПХГ реагентными составами ВМКР-С и известным составом, приготовленным по патенту №2385339 (прототип).
В таблице 4 приведены сравнительные результаты растворения образцов кольматанта с Увязовского ПХГ реагентными составами ВМКР-С и известным составом, приготовленным по патенту №2385339 (прототип).
Далее определяли скорость коррозии по ГОСТ 9.502-82 и набухание глинистых частиц - по ГОСТ 12248-2010. В таблице 5 представлены сравнительные результаты скорости коррозии и коэффициента набухания глинистых частиц для исследуемых составов.
Данные таблиц 3 и 4 подтверждают высокую эффективность растворов ВМКР-С-2, ВМКР-С-3 и ВМКР-С-4 по растворению сульфатного кольматанта. При увеличении и уменьшении концентрации комплексообразующего вещества в предлагаемом составе (составы ВМКР-С-1 и ВМКР-С-5) степень растворения сульфатной составляющей кольматанта уменьшается.
Немаловажное значение для растворения сульфатных образований имеет водородный показатель среды. Из таблицы 5 следует, что наиболее эффективно растворяют сульфатный кольматант составы, имеющие водородный показатель рН 10,1-10,2.
Таким образом, из таблиц 3, 4, 5 очевидно, что оптимальное содержание компонентов в предлагаемом реагентном составе составляет, мас. %:
комплексообразующее вещество
13,0-16,0
гидроксид калия
12,0-14,0
пероксосоединение
1,0-2,0
вода
остальное
Предлагаемый реагентный состав, содержащий комплексообразующее вещество в виде смеси этилендиаминотетрауксусной и нитрилотриуксусной кислот, взятых в соотношении (3,00-3,33):1, позволяет эффективно растворять сульфатные отложения, формирующиеся на противопесочных фильтрах и в призабойной зоне пласта-коллектора. Кроме того, введение в предлагаемый состав пероксосоединения способствует разрушению кольматирующей корки и облегчает вынос глинистых и песчаных частиц, что обеспечивает повышение надежности и продуктивности скважин.