СПОСОБ ТЕРМОХИМИЧЕСКОГО РАЗРЫВА ПЛАСТА
METHOD OF THERMOCHEMICAL FRACTURING

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к способу воздействия на пласт, и предназначено для расширения и углубления естественных и образования искусственных трещин, и может быть использовано для повышения проницаемости призабойной зоны пласта и увеличения продуктивности пласта при добыче нефти, газа и газового конденсата или приемистости нагнетательных скважин.
Известен способ гидравлического разрыва пласта (ГРП), который предназначен для повышения проницаемости обрабатываемой области призабойной зоны пласта (ПЗП). Сущность ГРП заключается в нагнетании под давлением в призабойную зону пласта жидкости, которая заполняет микротрещины и «расклинивает» их, а также формирует новые трещины.
Если при этом вводится в образовавшиеся или расширившиеся трещины закрепляющий материал (например, песок), то после снятия давления трещины не смыкаются. Данный способ требует больших финансовых затрат, трудоемок и требует специального насосного оборудования (И.Т Мищенко. Скважинная добыча нефти. «Нефть и газ» РГУ нефти и газа им. И.М.ГУБКИНА. Москва, 2007 г.» УДК 622.276.5, стр.222).
Известен также способ термохимического воздействия на призабойную зону пласта (ТГХВ), при котором под давлением газов, образовавшихся при сгорании на забое скважины порохового заряда, происходит разрыв пласта (И.Т Мищенко. Скважинная добыча нефти. «Нефть и газ» РГУ нефти и газа им. И.М. ГУБКИНА. Москва, 2007 г.» УДК 622.276.5, стр.258). В данном способе пороховой заряд ограниченной мощности доставляется на забой каротажным кабелем и имеет низкую эффективность и успешность. Наиболее близким к предлагаемому изобретению, т.е. его прототипом является «Способ и композиция для химического инициирования горения водного раствора горючеокислительного состава при барической обработке пласта», RU 2154733, МПК Е21В 43/263.
В изобретении используется горение водных растворов горючеокислительных составов(ГОС), используемых для воздействия на продуктивный пласт давлением газообразных продуктов горения для возбуждения скважин путем формирования трещин или разрывов пласта. В способе «химического инициирования горения водного раствора горючеокислительного состава при барической обработке пласта» в качестве инициатора-ускорителя горения используют композицию, полученную в виде спрессованных таблеток из смеси компонентов, следующего состава, мас.%: боргидрид натрия 85-95, перекись натрия 5-15. Инициатор используют в количестве 2-5 мас.% от массы водного раствора ГОС.
Примерами растворов ГОС, в прототипе, являются водные растворы на основе аммиачной селитры и водорастворимых горючих органического происхождения. Такие растворы не содержат токсичных компонентов, имеют широкую сырьевую базу, пожаро- и взрывобезопасны при нормальных условиях, имеют низкую стоимость. Для образования трещин давление при горении растворов ГОС в скважине должно превышать горное давление, составляющее 25-50 МПа, необратимые трещины образуются при давлении ~100 МПа.
Этот способ имеет ряд существенных недостатков.
1. Реакция окисления (горения) происходит в эксплуатационной колонне при давлениях, значительно превышающих прочность колонны, и при высоких температурах, что приводит к нарушению как колонны и заколонного цементного камня, так и спущенного в скважину подземного оборудования. Трещины в пласте, если и образуются то имеют небольшие размеры и не приводят к значительному увеличению производительности скважины.
2. В изобретении используется твердый инициатор горения, который требует специальных средств доставки его к месту реакции.
3. Используется инициатор горения в виде таблеток, требующих специальных устройств по доставки их в зону горения и геофизической станции.
Решаемая техническая задача - создание способа, позволяющего повысить эффективность обработки призабойной зоны пласта при повышении безопасности процесса.
Поставленная цель достигается тем, что ГОС закачивается в пласт нагнетанием его на поглощение и инициатор окислительной реакции, в виде раствора, закачивается в скважину после закачки водяной разделительной пачки и вводится в призабойную зону, где и происходит соединение ГОС с инициатором реакции окисления. В результате смешивания ГОС и инициатор вступают в реакцию, которая протекает с выделением большого количества газов и паров. Газы и пары воды, образовавшиеся в процессе реакции окисления ГОС и инициатора, в естественных трещинах и порах создают давление, необходимое для расширения существующих трещин разрыва пласта, т.е. создания новых трещин. Закачка ГОС в призабойную зону позволяет использовать большее, чем в прототипе количество ГОС, т.е повышает эффективность и предотвращает воздействие большого давления на эксплуатационную колонну. Исследования и расчеты показали, что на колонну воздействует избыточное давление величиной не более 10% от давления в зоне реакции. Использование большего количества ГОС создает в пласте сеть трещин большой протяженности, что значительно повышает эффект операций.
Использование жидкого, в виде водного раствора, инициатора реакции обеспечивает доставку его в зону реакции, перемешивание с ГОС в пласте и протекание реакции в полном объеме. С целью предотвращения смыкания трещин после падения давления в зоне образования и расширения трещин в эту зону закачивается кислотный состав, предназначенный для данного типа пород.
Термохимический разрыв производится в следующей последовательности.
Приготавливаются растворы ГОС и инициатора реакции окисления:
а. ГОС - это раствор аммиачной (натриевой) селитры в воде, имеет следующий состав (мас.%);
- селитра
50%÷60%;
- катализатор
4%÷6%;
- горючее
0%÷15%;
- остальное
вода.
Катализатор вводится в раствор для активизации окислительной реакции. В качестве катализатора применяются соли меди - хлорная медь, медный купорос, и другие соли поливалентных металлов.
Горючее вводится в состав ГОС для увеличения количества продуктов реакции - газов и паров воды в случае, когда имеется значительная приемистость скважины и часть продуктов реакции рассевается, а давление не может достигнуть необходимой для разрыва величины. В качестве горючего в ГОСе используются этиленгликоли, карбамид, различные спирты. В заготовленный ГОС вводится 5-8% соляной кислоты концентрацией 24% для увеличения кислотности раствора до значения рН2÷рН3.
В случае высокой приемистости скважины она снижается эмульсиями, ВУСами или другими блокирующими составами.
б. В качестве инициатора реакции окисления применяются растворы нитрита натрия, борогидрида натрия и другие вещества, обладающие восстановительными свойствами. Подбор этих веществ и их концентрацию осуществляется в каждом случае перед проведением работ, и зависят эти величины от пластовой температуры, давления и состава пород, залегающих в пласте.
3
Раствор из нитрита натрия готовится из расчета: в 1 м раствора содержится 450-600 кг нитрита натрия.
Если в качестве инициатора окислительной реакции используется раствор борогидрида натрия (или другого щелочного металла), то раствор готовится следующим образом.
3
В 1 м воды растворяют 100 кг каустической соды, и охладив раствор до 20°С, растворяют 40-60 кг борогидрида натрия. рН12÷рН13.
3
Расход ГОС рассчитывается исходя из нормы 0,2÷0,4 м на 1 метр вскрытой мощности пласта.
3
3
3
Раствор нитрита натрия вводится в раствор селитры из расчета 0,1-0,2 м, борогидрида 0,05-0,1 м на 1 м ГОС.
1. В скважину спускают следующее подземное оборудование:
- пакер с гидроякорем;
- насосно-компрессорные трубы до верхней части интервала перфорации.
На устье скважины устанавливается фонтанная арматура, рабочее давление которой должно соответствовать давлению опрессовки эксплуатационной колонны и ожидаемому давлению, возникающему при проведении обработки.
С целью предохранения колонны от высокого давления на затрубном пространстве устанавливается предохранительный (сбросной) клапан.
3
2. Определяется приемистость скважины, и, если она превышает 15-25 мпри 100 атм на каждые 10 метров интервала перфорации, производятся работы по снижению приемистости закачкой в интервал перфорации обратной нефтяной эмульсии.
3
3. В скважину закачивается запланированный объем раствора селитры, и через разделительную пачку тех. воды объемом 0,8÷1,4 м закачивается расчетное количество инициатора реакции окисления. Инициатор задавливается в пласт жидкостью глушения скважины в объеме, на 5÷10% превышающем объем труб. Закачку инициатора в пласт необходимо вести на максимально возможной скорости без остановок.
4. После технологической остановки на реакцию 3-5 часов в скважину закачивается кислотный раствор на максимально возможной скорости и задавливается в пласт с целью расширения образовавшихся трещин и предотвращения полного их смыкания.
Пример 1
Планируется проведение термохимического разрыва пласта в скважине глубиной 2500 метров, имеющей интервал перфорации мощностью 25 метров. В скважину спущены НКТ 73 мм на глубину 2470 м.
Объем НКТ 7460 литров.
Для проведения запланированных работ требуется:
1. ГОС
0,3 м<sup>3</sup>*25=7,5 м<sup>3</sup>;
3
где - 0,3 м - норма расхода ГОС на 1 метр вскрытой мощности пласта;
- 25 - вскрытая мощность пласта в метрах.
3
Учитывая, что плотность ГОС -1350 кг/м, а вес ГОС равен 1350*7,5=10125 кг,
для приготовления ГОС требуется:
Селитры
10125*0,55=5568,75 кг;
Катализатора - хлористой меди
10125*0,05=506,25 кг;
Горючего - карбомида
10125*0,15=1518,75 кг;
Воды необходимо 2531,25 кг (литров).
3
2. Приготовить раствор инициатора реакции, растворив в 1,3 м воды 120 кг каустической соды и 72 кг нитрита натрия.
Порядок проведения работ:
- спустить подземное оборудование;
- заготовить рабочие растворы по рецептуре, указанной выше;
3
- закачать на поглощение ГОС в объеме 7,5 м;
3
- закачать разделительную порцию воды в объеме 0,6 м;
3
3
- закачать инициатор реакции в объеме 1,5 м и продавить водой в пласт в объеме 7,6 м;
- реакция в пласте 3 часа;
3
3
- закачать в скважину 15 м кислотного раствора и продавить его в пласт, прокачав 10 м жидкости глушения.
Пример 2
Скважина глубиной 3500 м. Интервал перфорации 12 м.
В скважину спущены НКТ 73 мм на глубину 3475 м.
3.
Объем НКТ 10,5 м
Заготовить растворы:
3
- ГОС 4,8 м вес 6480 кг, в т.ч.:
аммиачная селитра 3440 кг,
катализатор 324 кг,
этиленгликоль 648 кг, вода 2070 литров.
- Инициатор реакции 480 литров. В т.ч.:
каустическа сода 45 кг,
борогидрит 39 кг,
остальное вода.
Порядок проведения работ:
- спустить подземное оборудование;
- заготовить рабочие растворы по рецептуре, указанной выше;
3
- закачать в скважину ГОС в объеме 4,8 м;
3
- закачать разделительную порцию воды в объеме 0,6 м;
3
3
- закачать инициатор реакции в объеме 0,48 м и продавить водой в пласт в объеме 11 м;
- реакция в пласте 3 часа;
3
3
- закачать в скважину 10 м кислотного раствора и продавить его в пласт, прокачав 15 м жидкости глушения.