Способ получения структурированной жидкости для разрыва пласта

 

Цель - улучшение технологических свойств жидкости в процессе эксплуатации путем снижения ее вязкости, содержания твердой фазы и полной деструкции под воздействием соляной кислоты при одновременном уменьшении ее расхода, а также сокращение времени приготовления и расширения номенклатуры используемых реагентов . Способ заключается в обработке минерализованной воды, содержащей от 119 г -ион/дм3 ионов кальция идо насыщения фосфорной кислотой или дигидрофосфатами аммония, или щелочных металлов, или продуктами, содержащими их в своем составе, в концентрации 0,8 - 0,9 мас.% (в пересчете на PaOs) с последующим введением водного раствора едкого натра или аммиака до значений рН 6 - 8. В качестве источников ионов кальция используют хлорид , нитрат или бромид кальция или их смеси между собой. 1 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4860298/03 (22) 16.08.90 (46) 23.09.92, Бюл, N 35 (71) Печорский государственный научно-исследовательский и проектный институт нефтяной промышленности и Пермский научно-исследовательский проектный институт нефтяной промышленности (72) В. Н. Глущенко, И, П, Королев, П, М. Южанинов, О. В. Поздеев и Г, В, Сидоренко (56) Авторское свидетельство СССР

М 664986, кл. С 09 К 7/02, 1979 r, (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СТРУКТУРМРОВАННОЙ ЖИДКОСТИ ДЛЯ РАЗРЫВА ПЛАСТА (57) Цель — улучшение технологических свойств жидкости в процессе эксплуатации путем снижения ее вязкости, содержания

Изобретение относится к нефтегазовой промышленности, конкретно к способам получения структурированной жидкости на водной основе, которая может быть использована в качестве жидкости — песконосителя для проведения операции разрыва нефтегазовых пластов, жидкости глушения скважин или надкамерной жидкости, Известен способ получения жидкости на водной основе для разрыва газовых пластов, заключающийся в механическом смешивании 20 -ного раствора хлористого натрия с концентратом сульфит-спиртовой барды (ССБ) в объемном соотношении 1: 1 (1).

Образующаяся жидкость имеет значения плотности 1165 кг/м, динамической вязкости 37,3 МПа с, водоотдачи 2 см /30 мин. Песок фракциями 0,8 — 1,2 мм осаждается из такой жидкости со скоростью 66 м /ч.

„, Ы,, 1763641 А1 (я)5 Е 21 В 43/26, С 09 К 7/02 твердой фазы и полной деструкции под воздействием соляной кислоты при одновременном уменьшении ее расхода, а также сокращение времени приготовления и расширения номенклатуры используемых реагентов. Способ заключается в обработке минерализованной воды, содержащей от

119 г — ион/дм ионов кальция и до насыщез ния фосфорной кислотой или дигидрофосфатами аммония, или щелочных металлов, или продуктами, содержащими их в своем составе, в концентрации 0,8 — 0,9 Mac,og (в пересчете на Р2ОБ) с последующим введением водного раствора едкого натра или аммиака до значений рН 6 — 8. В качестве источников ионов кальция используют хлорид, нитрат или бромид кальция или их смеси между собой. 1 табл, Известен способ получения структурированной жидкости для разрыва пласта, включающий смешение водного раствора хлорида цинка с 40%-ным раствором едкого натра до рН 2 — 5,7 с образованием гидроксида цинка в виде конденсированной твер- 0 дой фазы и последующее введение сухой, (А) карбоксиметилцеллюлозы (КМЦ-600) при О перемешивании до ее полного растворения,ф при следующем соотношении ингредиен- д тов, мас, /О.

Хлорид цинка 5 — 55

Едкий натр 2,5 — 15 .КМЦ-600 1,5 — 3,0

Вода 0crçëüíoå

На приготовление 20 м такого состава в производственных условиях затрачивается5 — 7ч.

Полученная этим способом струк1урированная жидкость обладает значениями

1763641

2. Жидкость вмещает большое количество твердой фазы и на ее растворение в пласте требуется значительное количество соляной кислоты, соизмеримое с объемом исходной жидкости, Это неоправданно удлиняет и удорожает процесс разрыва пласта, а полное растворение такого количества твердой фазы в вязком составе, находящемся в узкой трещине разрыва на значительном удалении от ствола скважины, является проблематичным.

55 плотности )090 — 1800 кг/м, условной вязз кости — 33 — 200 с, водоотдачи — 0 — 8 см /30 з мйн, СНС через "1 и 10 мин покоя — 0;8(1—

21)33 дПа соответственно. Расчеты свидетельствуют, что проведенное в составе ко- 5 личество едкого натра образует от 3,1 до

18,6 мас.% конденсированной твердой фазы. Деструкция состава в трещине, разрыва достигается за счет нейтрализации конденсированной твердой фазы соляной кислотой 10

27%-ной концентрации. Согласно проведенным расчетам на полное растворение такого количества твердой фазы требуется от 85 до 508 кг 27%-ной соляной кислоты на

1 т состава. 15

Конкретный пример получения состава в лабораторных условиях по данному способу, Для этого к 405 см 40%-ного водного раствора хлорида цинка плотностью 1417 20 кг/м при перемешивании на смесителе

"Воронеж-2" с частотой вращения вала мешалки 3 10 мин в течение 10 мин вливали

218 см 40%-ного раствора едкого натра, а затем вводили 17,4 г (2 мас.%) КМЦ-600 и 25 продолжали перемешивание до полного растворения КМЦ в течение 6 ч. При этом по уравнению проходящей в составе реакции образовалось 153 г гидроксида цинка в виде кондейсированной твердой фазы, 30

Полученный состав при 20 С имел значения плотности 1421 кг/м, рН 6, СНС— з

10/33 дПа и эффективной вязкости при градиенте сдвига 739 с — 186,7 мПа с. На деструкцию 100 г состава (растворение кон- 35 денсированной твердой фазы) было израсходовано 37 г 27%-ной соляной кислоты до его полного осветления, При 20 С деструктированный состав имел значение эффективной вязкости при градиенте сдвига 145,8 40 с — 43,1 мПа с.

Недостатки данного способа получения структурированной жидкости заключаются в следующем:

1. Об аз ю аяся жи кость обла ает

p g щ д A высокой вязкостью, что увеличивает гидравлическое сойротивление при ее закачке в пласт по трубам.

3. После деструкции твердой фазы жидкость из-за загущающего действия КМЦ обладает высокой вязкостью, что снижает эффективность быстрого и полного ее выноса из трещины разрыва в ствол скважины.

4, При температуре более 60 С КМЦ в кислой среде подвержена термодеструкции с образованием нерастворимого осадка.

Это может вызвать необратимую кольматацию пороховых каналов пласта и трещины разрыва со снижением фазовой проницаемости для нефти.

5. Способ получения состава длителен во времени и требует значительных энергозатрат.

6. Способ ограничен использованием одной водорастворимой соли и едкого натра, Эти недостатки снижают технологические свойства получаемой жидкости в условиях ее получения и эксплуатации, особенно в глубоких скважинах с низкопроницаемыми коллекторами.

Цель изобретения — улучшение технологических свойств жидкости в процессе эксплуатации путем снижения ее вязкости, содержания твердой фазы и полной деструкции под воздействием соляной кислоты при одновременном уменьшении ее расхода, а также сокращения времени приготовления и расширения номенклатуры используемых реагентов.

Поставленная цель достигается тем, что в способе получения структурированной жидкости для гидроразрыва пласта, включающем смешение водного раствора минерализованного ионами двухвалентных металлов и щелочнго агента при постоянном перемешивании до рН 2 — 5,7, предварительно водный раствор, минерализованный ионами двухвалентных металлов обрабатывают фосфорной кислотой или продуктам, содержащими в своем составе РгОь в концентрации 0,8 — 0,9 мас%, а в качестве водного раствора минерализованного ионами двухвалентного металла используют хлорид и/или нитрат и/или бромид кальция в стехиометрическом соотношении компонентов, В качестве источников ионов кальция используют хлорид, нитрат или бромид кальция, или их смеси между собой.

Хлорид кальция производится Славянским и другими ПО "Химпром" по ГОСТ45077.

Кристаллический нитрат кальция производится Днепродзержинским ПО "Азот" по

ТУ 6-03-367-74.

Аммонизированный раствор нитрата кальция (APHK) производится Россошанским химическим заводом по ТУ 113-03-091763641

01-87 и представляет собой водный раствор нитрата кальция с плотностью от 1400 до

1550 кг/м, Поставляется в больших количез ствах в основные нефтяные регионы страны. 5

Водный раствор бромида кальция с плотностью до 1857 кг/м производится з опытным заводом ВНИИйодбром (г. Саки) для нужд нефтяной промышленности, Фосфорная кислота 73 -ной концент- 10 рации производится Джамбульским НПО

"Химп ром" по ГОСТ 10678-76 и поставляется для потребностей нефтегазовой промышленности.

Дигидрофосфаты аммония (NH4HzP04) 15 калия (КН2Р04) и натрия (МаН2Р04 2Н20) производятся Чимкентским ПО "Фосфор" по ГОСТ 3771-74, ГОСТ 4198-75 и ГОСТ 24576 соответственно.

Аммофос представляет собой широко 20 распространенное минеральное удобрение с содержанием дигидрофосфата аммония около 90, Нитроаммофоска является сложным минеральным удобрением с содержанием 25 дигидрофосфата аммония около 17 — 18О/ (в пересчете на PzOs).

Аммофос и нитроаммофоска производятся Черкасским, Ровенским и др. ПО

"Азот" по ГОСТ 18918-85 и ГОСТ 19691-84 30 соответственно.

В качестве водного раствора аммиака используют 25 -ный раствор по ГОСТ 9-77, который поставляется нефтегазовой промышленностии, 35

В качестве водного раствора едкого натра используют серийно производимый

40%-ный раствор по ГОСТ 2263-71.

Пример 1. К 750 r 35 / -ного раствора нитрата кальция, содержащего 110 r — 40 ион/дм ионов кальция прибавляют 14 г з

60 -ной фосфорной кислоты (0,8 мас.% в пересчете на PzOs) и при постоянном перемешивании на смесителе "Воронеж-2" с частотой вращения вала мешалки 3 10 мин 45 вводят 18 см 40 -ного раствора едкого натра. При этом раствор мутнеет и повышается его вязкость, Происходящие при этом процессы объясняются происхождением следующих реакций, 50

5Са(ИОз)2 + 3НзР04 + 3NaOH

=1,5Ca(HzP04)z + 2NaNOz + 3,5Са(МОз)2 i

+ЗН20

1,5Са(НгР04)г + 3,5Са(ИОз)г + ЗйаОН + 55

+ЗН20 = 3((CaHP04 2Н20) + ЗйайОз +

+2 Са(й Оз)

Образовавшуюся вязкую жидкость перемешивают в течение 1 мин, а затем охлаждаютдо 20 С и подвергают испытаниям, Плотность жидкости (p) при 20 С определяют пикнометром после ее вакуумирования для удаления следов газовой фазы.

Эффективную вязкость (, ) при 20 С определяют на приборе "Rheotest-2" при градиенте сдвига 729 с (характерном для закачки жидкостей в пласт по трубам при разрыве пласта) как произведение двух постоянных прибора на считывающую цену деления на шкале регистратора.

Статическое напряжение сдвига через 1 и 10 мин покоя жидкости (Gv1о ) при 20 С определяют на приборе В СН-3 при градиенте сдвига 0,2 мин " как произведение постоянной прибора на считываемую цену деления на лимбе прибора, Значения рН жидкости регистрируют по индикаторной бумаге.

Количество конденсированной твердой фазы определяют путем фильтрации 100 г жидкости, разбавленной в 4-кратном количестве дистиллированной воды, на воронке

Бюхнера через фильтр с синей полосой с последующей промывкой осадка до нейтральной реакции на ион кальция, количественным сбором осадка, сушкой его при

105 С до постоянной массы и взвешиванием на аналитических весах.

Количество соляной кислоты, необходимой для полной нейтрализации конденсированной твердой фазы, определяют прямым титрованием 100 г жидкости 27о -ной соляной кислотой до ее визуального обесцвечивания, Динамическую вязкость (д ) деструктированной жидкости определяют при 20 С на приборе "Rheotest-2" при градиенте сдвига

1458 с (характерен для движения жидкости по трещине разрыва), Результаты испытаний по этому и другим примерам приведены в таблице.

Пример 2, К 750 г насыщенного (45%-ного) раствора нитрата кальция прибавляют 9,6 г дигидрофосфата аммония (0,8 мас. / на Р205) в виде 15 -ного водного раствора и при постоянном перемешивании на смесителе "Воронеж-2" вводят 16 см

25 -ного раствора аммиака, дополнительно перемешивают в течение 1 мин, охлаждают до 20 С и подвергают испытаниям. Ход происходящих в жидкости химических реакций в присутствии аммиака можно представить в следующем виде:

Са(МОз)2 + 2NH4HzPO< = Ca(HzP04)z +

+2М Н4ИОз

Са(Н2Р04)2 + 2МНз + 2HzO = CaHP04

2Н20Ф+ (ИН4)2 НР04

Ca(N0a)z+(NH4)z НР04+ 2Н20 = CaHP04

2HzQ+ 2ИН4ИОз

1763641

П р и м.е р 3. К 750 г 25 -ного раствора хлорида кальция, содержащего 110 г— ион/дм3 ионов кальция, прибавляют 15,7 r

60 -ной фосфорной кислоты (0,9 мас, на

PzOs) и при постоянном перемешивании на смесителе "Воронеж-2" вводят 24 см 25 ного раствора аммиака, дополнительно перемешивают в течение 1 мин, охлаждают до

20 С и подвергают испытаниям.

Пример 4, К 750 г насыщенного (40 -ного) раствора хлорида кальция прибавляют 12 г аммофоса (0,9 мас. íà PzOg) в виде 20 -ного водного раствора и при постоянном перемешивании на смесителе

"Воронеж-2" вводят 15 см 40 -ного раствора едкого натра., дополнительно перемешивают в течение 1 мин, охлаждают до 20 С и подвергают испытаниям, Пример 5. К 750 г 33 -ного раствора хлорида кальция, содержащего 158 г— ион/дм ионов кальция, прибавляют 12,3 г дигидрофосфата калия (0,85 мас.% íà РгОц) в виде 25 -ного водного раствора и при постоянном перемешивании на смесителе

"Воронеж-2" вводят 14 см 25 -ного раствора аммиака, дополнительно перемешивают в течение 1 мин, охлаждают до 20 С и подвергают исп ытаниям.

Пример 6. К 750 г 35 -ного раствора нитрата кальция, содержащего 110 r— .ион/дм ионов кальция, прибавляют 15 г з дигидрофосфата натрия (0,9 мас. íà Р20ц) в виде 50 -ного раствора и при постоянном перемешивании на смесителе "Воронеж-2" вводят 16 см 25 -ного раствора аммиака, дополнительно перемешивают в течение 1 мин, охлаждаютдо 20 С и подвергают испытаниям.

Пример 7, К 1000 г смеси нитрата и хлорида кальция с содержанием 272 г— ион/дм ионов кальция прибавляют 44,2 г иитроаммофоски (0,8 мас. на Р205) в виде

25 -ного водного раствора и при постоянном перемешивании на смесителе "Воронеж-2" вводят 12 см 25%-ного раствора аммиака, дополнительно перемешивают в течение 1 мин, охлаждают до 20 С и подвергают испытаниям.

Пример 8. К 1000 г насыщенного (55 - ного) раствора бромида кальция прибавляют 20,5 r 60%-ной фосфорной кислоты (0,9 мас, íà P205) и при постоянном перемешивании на смесителе "Воронеж-2" вводят 24 см 40%-ного раствора едкого натра, дополнительно перемешивают в течение 1 мин, охлаждаютдо 20 С и подвергают испытаниям.

Пример 9, К 750 r 35 -ного раствора нитрата кальция, содержащего 110 г— ион/дм ионов кальция, прибавляют 16 см

25 -ного раствора аммиака и при постоянном перемешивании на смесителе "Воронеж-2" вводят 15 r дигидрофосфата натрия (0,9 мас. íà PzOs) в виде 50 -його раствора, дополнительно перемешивают в течение

1 мин, охлаждают до 20 С и подвергают испытаниям.

П риме р 10. K 750 r 35 -ного раствора нитрата кальция, содержащего 110 r— ион/дм ионов кальция, прибавляют 12,3 г

60 -ной фосфорной кислоты (0,7 мас. на

PzOs) и при постоянном перемешивании на смесителе "Воронеж-2" вводят 16 см 40 ного раствора едкого натра, дополнительно перемешивают в течение 1 мин, охлаждают до 20 С и подвергают испытаниям.

Пример 11. К 750 г насыщенного раствора хлорида кальция прибавляют 13,3 г аммофоса (1,0 мас. / íà Рг05) в виде 25/оного водного раствора и при постоянном перемешивании на смесителе "Воронеж-2" вводят 16 см 40 /-ного раствора едкого натра, дополнительно перемешивают в течение 1 мин, охлаждают до 20 С и подвергают испытаниям.

Пример 12. К 750 г 32 ного раствора нитрата кальция, содержащего 10 г— ион/дм ионов кальция, прибавляют 14 г

60 -ной фосфорной кислоты (0,8 мас, / на

PzOs) и при постоянном перемешивании на смесителе "Воронеж-2" вводят 98 см 40 ного раствора едкого натра, дополнительно перемешивают в течение 1 мин, охлаждают до 20 С и подвергают испытаниям.

Пример 13. К 750 г 25 -ного раствора хлорида кальция, содержащего 110 г— ион/дм ионов кальция, прибавляют 15,7 г

60%-ной фосфорной кислоты (0,9 мас. на

P20s) и при постоянном перемешивании на смесителе "Воронеж-2" вводят 20 см 25 ного раствора аммиака, дополнительно перемешивают в течение 1 мин, охлаждают до

20 С и подвергают испытаниям.

П ример 14. К750г25 -ного раствора хлорида кальция, содержащего 110 г— ион/дм ионов кальция, прибавляют 15,7 г з

60 -ной фосфорной кислоты (0,9 мас.% на

P20g) и при постоянном перемешивании на смесителе "Воронеж-2" вводят 28 см 25 ного раствора аммиака, дополнительно перемешивают в течение 1 мин, охлаждают до

20 С и подвергают испытаниям.

Как следует из данных таблицы, нижним концентрационным пределом ионов кальция в растворе является 110 г — ион/дм . з

Снижение этой концентрации (пр. 12) вызывает резкое снижение значений CHC в жидкости. Содержание вводимых фосфатов наиболее приемлемо в диапазоне 0,8 — 0,9 мас. (на Pz05), Так, снижение их концент10

1763641

5 Формула изобретения

Способ получения структурированной жидкости для разрыва пласта, включающий смешение водного раствора минерализованного ионами двухвалентных металлов и

10 щелочного агента при постоянном перемешивании до рН 5 — 7, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью улучшения технологических свойств жидкости в и роцессе эксплуатации путем снижения ее вязкости, 15 содержания твердой фазы и полной деструкции под воздействием соляной кислоты при одновременном уменьшении ее расхода, а также сокращения времени приготовления и расширения номенклатуры ис20 пользуемых реагентов, предварительно водный раствор, минерализованный ионами двухвалентных металлов, обрабатывают фосфорной кислотой или продуктами, содержащими в своем составе P20g в концен25 трации 0,8 — 0,9 мас.%, а в качестве водного раствора, минерализованного ионами двухвалентного металла, используют хлорид, и/или нитрат, и/или бромид кальция в стехиометрическом соотношении компонен30 тов. г

Кол- ао

27Ф-ной

НС1 . (Кг/т), требуемой на деструкцию жидкости

В 5(30 дПа

Яэ э мПа с

Пример

Кол-во твердой

Фазы, кг/т (» к /мз жидкОсти после дестукции, мПа с

Предлагаемый способ

38,4 43/48 6

33,7 60/74 6

20,4 19/19 8

21,2 33/38 8

23,9 22/25 7

41,5 57/57 6

45,4 22/32 7

39,1 70/94 6

24,8 1 3/13 6

18,2 7/7 6

87,5 128/156 8-

29,2 13/14 6

10 9 О/О .. 5

20 6 20/20 9

Известный способ, 186,7 .1 0/33 . 6

1317

1373

1293

1292

1488

1702

1292

1314

1359

1287

1221

1219

2

4

6

8

11

12

13

18,5

13,6

20,6

17,0

15,2

16,5

12,7

11 8

4,0

7,8

3,0

7,8

3,2

3,9

15,7

20,3

31,5

29,8

40 9

46,8

38,6

31,6

32,7

36,4

370

169,4

1421

43,1 рации (пр. 10) значительно уменьшает значения СНС в жидкости, а увеличение (пр. 11) — интенсивное гелеобразование жидкости, что делает ее труднопрокачиваемой по трубам. Снижение значений рН состава менее

6 (пр. 13) не позволяет получить структурированную жидкость, а рост его более 8 (пр, 14) не улучшает качество жидкости и экономически нецелесообразен. Получение состава путем предварительного ввода в минерализованную воду щелочного агента, а затем фосфата (пр. 9) также приводит к снижению структурно-механических свойств жидкости.

Как следует из сравнительных данных свойств структурированных жидкостей, полученных по известному и предлагаемому способам, предлагаемое решение позволяет получить жидкость для гидроразрыва пласта с вязкостью ниже в 4,1 — 9,2 раза, содержанием конденсированной твердой фазы ниже в 8,2 — 13,3 раза, на нейтрализацию которой требуется в 7,9 — 12,4 раза меньше 27%-ного раствора соляной кислоты и обладающей после деструкции в 2,7—

14,4 раза более низкой вязкостью при сопоставительных значениях диапазонов по плотности и СНС, При этом использование предлагаемого способа позволяет расширить номенклатуру реагентов для получения жидкости разрыва, в десятки раз сократить время ее приготовления в производственных условиях,