Способ термохимической обработки пласта

 

Перед закачкой в пласт азотную кислоту смешивают с карбамидом. Получают азотную кислоту в неактивной форме в виде ее комплекса с карбамидом. При добавлении раствора нитрита натрия к осадку азотнокислого карбамида последний сразу разрушается , образуя исходные продукты - азотную кислоту и карбамид. Реакция идет с повышением температуры. 1 табл. т С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)з Е 21 В 43/27,43/24

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 3

Cd

О

О

4h (21) 4748711/03 . (22) 17,10.89 (46) 07.06.92.. Бюл . М 21 (71) Ивано-Франковский институт нефти и газа (72) В,В.Бантуш, Ю.А.Зарубин, А.И.Акульшин, Ю.А.Балакиров и В.М.Светлицкий (53) 622.276 (088.8) (56) Справочная книга по добыче нефти/

Под ред. LU.Ê.Ãèìàòóäèíoâà, — M.: Недра, .1 974; с.461 — 469. ,Савенков Г,Д., Бойко В.С. Расчет процессов интенсификации притока, освоения и эксплуатации скважин. — Львов: Выща школа, 1986, с.74 — 79, 97 — 99.

Авторское свидетельство СССР

М 1035201, кл. Е 21 В 43/27, 1982.

Каррер П. Курс органической химии.—

M.: Госхимиздат, 1960, с.287.

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к способам воздействия на призабойную зону пласта.

Известны способы теплового воздействия на призабойную зону скважин с целью удаления парафиновых и асфальто-смолистых отло. жений, ухудшающих. нефтепроницаемость призабойной зоны, путем электропрогрева призабойной эоны и закачки в скважину теплоносителей — насыщенного или перегретого пара, горячей воды и т.п.

При электройрогреве призабойной зоны недостатками. этих способов являются необходимость использования специального оборудования -глубинныхэлектронагревателей, необходимость извлечения из скважины глубинно-насосного оборудования; длительность электропрогрева, которая составляетт 3 — 7 сут, что влечет большой расход электроэнергии и длительный простой скважины, при-этом глубина интервала продук„„!Ж,„, 1739G14 А1 (54) СПОСОБ ТЕРМОХИМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ПЛАСТА (57) Перед закачкой в пласт азотную кислоту . смешивают с карбамидом, Получают азотную кислоту в неактивной форме в виде ее комплекса с карбамидом, При добавлении раствора нитрита натрия к осадку азотнокислого карбамйда последний сразу разру.шается, образуя исходные продукты— азотную кислоту и карбамид. Реакция идет с повышением температуры. 1 табл.

I тивного пласта не должна превышать 1200 — 1400 м, При закачке в скважину теплоносителей недостатки следующие: также необходимость использования. специального оборудования для нагрева теплоносителей, большие потери тепла при закачке теплоносителей в скважину, что снижает эффективность обработки, ограйиченная глубина скважин, в которых может использоваться данный способ (до 1000 м).

Известен также способ термохимического воздействия на призабойную зону пласта с применением гранулированного магния и соляной кислоты, взаимодействующих между собой с выделением тепла.

Недостатки этого cnocoba следующие.

При контакте с соляной кислотой (соляная кислота — реагент, обладающий высокими коррозионными свойствами) нефтепромысловое оборудование подвергается соляно1739014

10

СО(ЙНг)г.+ НЙОз +

15 (Нг СО Нз ЙОз ) (2) 20

40

50. кислотной коррозии с образованием солей железа, которые после нейтрализации кислоты, гидролизуясь, выпадают в осадок, закупоривая поровое пространство пласта, снижая, тем самым., его проницаемость и, соответственно, продуктивность скважины.

При проведении термохимических обработок с применением гранулированного магния может наблюдаться образование в скважине и пласте нежелательных пробок на основе магния и его гидроксида вследствие нарушений технологического режима этих процессов и вследствие гидролиза магния, протекающего при его контакте с нагретым нейтрализованным соляно-кислотным раствором. Все это приводит к аварийным ситуациям в скважийах и требует дополнительных мероприятий для их ликвидации. .. Известна самогенерирующая пенная система, включающая карбамид, нитрит натрия и соляную кислоту, компоненты которой вступают между собой в реакцию с выделением тепла и двух газов — азота и углекислого газа —. по следующему суммарному уравнению:

2йайОг+ 2НО+ СО(ИНг)г30

-+ 2NaD+ 2N2+ СОг+ ЗНгО (1) Так как данная система содержит также

ПАВ, то выделяющиеся в ходе реакции газы вспенивают ее.

Недостатком данной пенной системы является использование в качестве одного из компонентов соляной кислоты, вызывающей кислотную коррозию нефтепромыслового оборудования и закупорку порового пространства пласта продуктами коррозии.

Соляная кислота в отличие от азотной «ислоты не образует с карбамидом малорастворимых комплексов и поэтому не может быть переведена перед закачкой в скважину в неактивную форму, лишенную коррозионных свойств.

Целью изобретения является повышеwe эффективности обработки эа счет предотвращения коррозии нефтепромыслового оборудования и закупорки порового пространства пласта продуктами коррозии.

Поставленная цель достигается te, что в качестве кислоты используют азотную кислоту в неактивной форме в виде ее ком- 55 плекса с карбамидом, при этом комплекс . получает предварительным смешением азотной кислоты и карбамида на поверхности.

Предлагаемый способ основывается на проведении экзотермической химической реакции непосредственно в призабойной зоне скважины между предварительно получеиным на поверхности комплексным соединением азотной кислоты. и карбамида и нитритом натрия.

Комплексное соединение азотной кислоты и карбамида (азотнокислый карбамид) получают смешением на поверхности концентрированной азотной кислоты (60% и более) и насыщенного раствора карбамида или упрощенно (СО(йНг)г НИОз).

Для образования данного комплекса карбамид и азотную кислоту смешивают в стехиометрическом соотношении по основному веществу.

Комплексная соль азотнокислого карбамида малорастворима в воде и выпадает в виде объемистого осадка, практически равного по объему суммарному объему азотной кислоты и карбамида.

Азотная кислота по своим химическим свойствам черезвычайно агрессивный и коррозионноактивный реагент. Однако, будучи связанной в комплексную соль с карбамидом, она полностью утрачивает свои кислотные и коррозионные свойства, не взаимодействует ни с карбонатами пород, ни с железом (нефтепромысловое оборудование). Таким образом, азотная кислота переводится в неактивную форму.

Нитрит натрия по своей химической природе являетсэ восстановителем, При добавлении раствора нитрата натрия к осадку азотнокислого карбамида последний тотчас же разрушается, образуя исходные продукты (азотную кислоту и карбамид), и происходит их окислительно-восстановительное взаимодействие с выделением тепла

2NaN0z+ 2НИОз+ СО(ЙНг)г -

- 2ИаИОз+ 2йг+ СОг+ ЗНг0+ Q, (3) где Q — тепловой эффект реакции, рассчитанный по закону Гесса и равный

789 кДж, Для проведения реакции по уравнению (3) карбамид, нитрит натрия и азотную кислоту берут в эквимолярном соотношении, s результате чего половина карбамида после разложения комплекса не, вступает в реакцию с остальными реагентами. Это необхо1739014 димо для того, чтобы полностью связать азотную кислоту в неактивный комплекс, в поотивном случае половина кислоты ока-.. жется в несвязанном состоянии и не будет достигнуто упреждение коррозии нефте- 5 промыслового оборудования и закупорки . порового пространства пласта. Избыточный . карбамид не может вызвать каких-.либо осложнений в ходе реализации способа. После того, как основная часть реагентов 1.0 вступит в реакцию и будет достигнута высокая температура (выше 200 С), избыточный, карбамид будет разлагаться с выделением аммиака и образованием биуретовой кислоты. .. 15

В расчете на 1 кг карбамида тепловой эффект реакции. (3) составит 13150 кДж (на . карбамид, принимающий участие в реакции); В расчете на весь карбамид, в том числе и избыточный, тепловой эффект сни- 20 жается вдвое.

Однако в расчете на все.три реагента, участвующих в реакции, получим следующее.

Если рассчитать количество тепла в 25 расчете на 1 м смеси всех трех реагентов, то в случае азотной кислоты-60%-ной концентрации получим (0,353 м карбамида +

+ 0,263 м азотной кислоты + 0,384 мз нит.рита натрия) 1367,5 МДж. Прирост темпера- 30 туры. 256ОС.

Растворы карбамида и нитрита натрия берут максимально возможных концентра-:

- ций при данной температуре.

При 20 С растворимость карбамида и 35 нитрита натрия составляет соответственно:

1047 и829 кгна 1 м воды.

Плотность таких растворов составляет соответственно 1,145 и 1,356, а их массовая концентрация 51,2 и 45,3%; Целесообраэ-. 40 ным является использование именно таких растворов, так как применение более раз.. бавленных растворов приводит к увеличе. нию доли воды в растворе и, тем самым. к снижению температурного эффекта. - 45

В случае азотной кислоты 95 -ной концентрации на 1 м смеси реагентов (0,172 м : азотной кислоты + 0.394 мз карбамида +

:+ 0,434. мз.нитрита натрия) получим

1547,7 МДж тепла. Расчетный прирост тем- 50 пературы 284 С, . Таким образом, за счет тепла, выделяющегося в ходе реакции, температура в.обра-. батываемой зоне возрастает на 250- 280 С, . что позволяет полностью удалить отложе- 55 ния смол и парафинов со стенок скважин и в призабойной зоне пласта.

По известному способу. реакция по уравнению (1) дает тепловой эффекФ; равный 854;3 кДж.

В расчете на 1 кг карбамида количество выделяющегося тепла составляет

14238,5 кДж.

Если для реакции применяют все реа-, генты максимэльно возможных концентраций — 51,2%-ный раствор карбамида, 45,3%-ный раствор нитрита. натрия и 31 ную соляную кислоту (промышленностью выпускается соляная кислота с.концентрацией 27,5 и 31 }, то в расчете на 1 м смеси растворов всех тоех реагентов(0,427 м карбамида + 0,195 м нитрита натрия + 0,378 м соляной кислоты) количество полученного тепла составит 1627,38 МДж. Прирост температуры в результате реакции 1 м реагентов составит порядка 330 С.

Таким образом, по известному, способу тепловой эффект и прирост температуры несколько выше, чем по предлагаемомуспособу.

Однако соляная кислота не образует с карбамидом комплексов, подобных азотно- кислому карбамиду и, следовательно, не может быть переведена в неактивную форму.

Соляную кислоту закачивают в скважину в виде исходного .раствора, что приводит к коррозии нефтепромыслового оборудования и выпадению закупоривающих пласт продуктов коррозии, Подобные малорастворимые -комплек- . сы с карбамидом из всех минеральных кислот образует только азотная кислота высокой концентрации, другие кислоты (соляная, серная, фосфорная, плавиковая и т.д.} таких комплексов не образуют.

Уже указывалось, что половина всей массы карбайида после обраэования комплекса, доставки его в скважину и разложения при контакте с нитритом натрия дальнейшего участия- s реакции не принимает, поэтому тепловой эффект реакции в расчете на весь карбамид снижается вдвое, соответственно, проиСходит снижение и . температурного эффекта, Однако с учетом всех трех реагентов расчеты показывают следующее, Для 60%-ной азотной киолоты с учетом избытка карбамида прирост температуры составляет 256 С без учета избытка расчетный прирост температуры составил бы

302 С, для 95%-ной азотной кислоты — соответственно 284 и 344ОС.

Таким образом, потери в.приросте температуры составят от 15,2 до 17,4%.

Для расплавления и удаления парафинов,и смол достаточен прирост температуры и в 80 —. 100 С.

Таким-образом, некоторые потери тепла из-за избытка карбамида не окажут какого-либо существенного влияния на

1739014

25 зии азотнокислого карбамида и раствора нитрита натрия через,.затрубное пространство и насосно-компрессорные трубы, Выбор канала; по которому идет закачка первого или второго реагента, не имеет принципиального значения, так как оба реагента коррозионнопассивны, а потребные

30 их объемы близки.,В слабопоглощающих скважинах такая схема обеспечивает эффективное смешение. реагентов на базе . скважины ниже башмака подъемных труб, 35 а объем закачиваемых реагентов не ограничивается объемом подбашмачного пространства скважины.

В скважинах с высокой приемистостью

40 и достаточным объемом подбашмачного пространства способ реализуют последовательной закачкой сначала суспензии аэотнокислого карбамида; затем раствора нитрита натрия. В процессе закачки суспензия. азотнокислого карбвмида оседает на забое скважины, образуя хорошо проницаемый слой соли, ее дисперсный характер ограничивает ее проникновение s пласт. 3акачиваемый в последующем раствор нитрата натрия легко контактирует с солью и 50 вступает с ней в зкзотермическую реакцию.

При необходимости нагретый раствор продавливают в пласт.

Обе технологические схемы могут быть реализованы с получением азотнокислого 55 карбамида в стволе скважины путем смешения на устье азотной кислоты и раствора карбамида; Для этого к устью скважины через тройник подсоединяют две нагнетательные линии, через которые насосными.эффективность удаления парафиновых и смолистых отложений в пласте.

Соотношения реагентов в расчете на

1 м азотной кислоты разных концентраций, а также тепловые эффекты и прирост тем- 5 пературы в расчете на данные количества реагентов приведены в таблице.

Реакция по уравнению (3) протекает непосредственно в обрабатываемой зоне ни- . же башмака подъемных труб. Все реагенты 10 и продукты реакции хорошо растворимы в воде, поэтому исключается возможность закупорки порового пространства пласта или какйх-либо других осложнений при реализации способа. 15

В зависимости от горно-геологических условий предлагаемый способ может быть реализован по двум технологическим схемам.

В скважинах с низкой приемистостью 20 (ориентировочно до 50 м /ч) или небольшим

3 объемом ствола скважины ниже башмака подъемных труб способ целесообразно осу- . ществлять параллельной закачкой суспенагрегатами подают расчетные количества (см. таблицу) азотной кислоты и раствора карбамида, Смешиваясь после тройника, реагенты вступают во взаимодействие и образуют азотнокислый карбамид. Реакция протекает практически мгновенно, и в стволе скважины движется уже водная суспензия азотнокислого карбамида. В этом случае отпадает вероятность осложнений при закачке суспензии, а способ реализуется обычными насосными агрегатами, перекачивающими чистые жидкости.

Пример 1, В скважине глубиной

2500 м производят термохимическую обработку с целью удаления отложений парафинов и смол. Внутренний диаметр эксплуатационной колонны 122 мм. Скважина оборудована насосно-компрессорными трубами диаметром 73 мм, которые спущены на глубину 2300 м, Интервал перфорации.

2320 — 2470 м.

Для проведения работ с получением азотнокислого карбамида в скважине ее устье обвязывают следующим образом: к за.трубному пространству подсоединяют линию для нагнетания раствора нитрита на-. трия, а к насосно-компрессорным трубам через тройник — две линии для нагнетания азотной кислоты и раствора карбамида.

Затем начинают одновременно закачку через эатрубное пространство 1,1,5 м раствора нитрата натрия 45,3 -ноа концентрации с расходом 13,0 10 м /с и че-. рез насосно-компрессорные трубы 7,9 м

60 -ной азотной кислоты с расходом

2,23 10 м /си10,6м 51,2%-нагораствора карбамида с расходом 3,0 10 м /с. Такие расходы обеспечивают одновременное поступление реагентов к башмаку подъемных труб.

После закачки 11,5 м . раствора нитрита натрия его продавку ведут пресной водой объемом 5,7 м .

Через 22 мин. реагенты достигают башмака подъемных труб, после чего расход че-. . рез затоубное пространство снижают до

3,25 10 м /с, а закачку через Насосно-компрессорные трубы продолжают с начальным расходом для обеспечения смешения и полного реагирования раствора нитрита натрия и суспензии азотнокислого карбамида ниже башмака подъемных труб в стехиометрическом соотношении.

Прореагировавший нагретый раствор продавливают в пласт закачкой в насоснокомпрессорные трубы и затрубное пространство по 1,1 м пресной воды.

После этого скважину осваивают и пускают в эксплуатацию.

1739014 процентное концентрацнн раствора. теоновое аффект реакцн».

Составитель И;Лопакова

Техред М.Моргентал Корректор A,Îñàóëåíêî

Редактор С.Пекарь

Заказ 1986 Тираж .Лодписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035. Москва, Ж-35, Раушская наб.. 4/5 м

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Пример 2. В скважине глубиной

2000 м производят термохимическую обработку. Внутренний диаметр эксплуатационной колонны 122 мм, насоснокомпрессорные трубы диаметром 73 мм спущены на глубину 1500 м, Интервал перфорации 1600- 1980 м.

К насоснб-компрессорным трубам через тройник подсоединяют две линии, через которые одновременно закачивают 1,64 м з

80 -ной азотной кислоты и 3,11 м. 51,2 з ного раствора аммиака. Растворы, смешиваясь в насосно-компрессорных трубах; образуют суспензию азотнокислого карбамида.

I з

Затем закачиваютт 1,5 м нефти в качестве буферной жидкости, чтобы и редотвратить преждевременное взаимо: действие азотнокислого карбамида и нитрита натрия. После этого с тем же .расходом. закачивают 3;4 м 45,3%-ного раствора нитрита натрия.

Далее суспенэию азотнокислого карбамида и. раствор нитрита натрия пресной водой продавливают в интервал ниже башмака подъемных труб. Суспензия оседает, заполняя весь обрабатываемый интервал, после чего через нее проходит раствор йитрйта натрия. При этом происходит их реагирование и нагрев всего объема жидкости, которую затем продавливают в пласт пресной водой. Далее скважину осваивают и . пускают в эксплуатацию.. Положительный эффект от использования предлагаемого способа заключается в следующем.

Вследствие того, что азотная кислота

5 доставляется на забой скважины в неактивной форме, упреждается коррозия нефтепромыслового оборудования, закупорка порового пространства пласта, тем самым, повышается эффективность термохимиче10 ской обработки.

В результате этого после освоения и пуска скважины в эксплуатацию дополнительная добыча нефти оценивается в 1000—

2000 т за время действия эффекта.

15 По известным способам может быть достигнута такая же эффективность, но при возрастании в 2 — 3 раза текущих затрат на обработки с коррозией и т.д.

20 Формула изобретения

Способ термохимической обработки пласта, включающий закачку в пласт. карбамида, нитрита натрия и кислоты, о тл и ч аю шийся тем, что, с целью повышения

25 эффективности обработки за счет предотвращения кислотной коррозии нефтепро. мыслового оборудования и закупорки порового пространства пласта продуктами коррозии, в качестве кислоты используют

30 азотную кислоту в неактивной форме в виде ее комплекса с карбамидом, при этом комплекс получают предварительным смешением азотной кислоты и карбамида на поверхности.