Способ реагентной разглинизации скважин

 

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при эксплуатации скважин. Способ включает формирование в зоне перфорации скважины первой ванны водного раствора кислой соли щелочного металла и углекислого калия. Выдерживают ванну и удаляют. Формируют в той же зоне вторую ванну водного раствора соляной кислоты. Промывают и удаляют вторую ванну. Осваивают скважину. В раствор кислой соли щелочного металла добавляют углекислый газ в концентрации 0,5 - 3 мас.%. В раствор кислоты добавляют хлористый калий в концентрации 0,2 - 2 мас.%. Удаление первой ванны производят ее откачкой. Промывку производят водным раствором соляной кислоты с хлористым калием указанной концентрации. Перед удалением второй ванны раствор соляной кислоты с хлористым калием продавливают через зону перфорации в пласт. После удаления второй ванны производят удаление водной фазы, тонкодисперсных глинистых минералов и продуктов реакции из призабойной зоны пласта. Повышается эффективность разглинизации скважин и увеличивается их дебит. 8 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при эксплуатации скважин.

Известны различные способы реагентной разглинизации скважин, включающие формирование в зоне перфорации ванны кислот для повышения проницаемости призабойной зоны пласта не только за счет реакции кислот с карбонатами, но и за счет растворения глинистых минералов [1].

Однако практические испытания показывают низкую эффективность воздействия кислотами на глиносодержащие коллектора и коллектора, кальматированные глинистыми минералами в процессе бурения, вскрытия, ремонтных работ, что связано со спецификой взаимодействия глинистых минералов с кислотами. Основным принципиальным недостатком этих методов является отсутствие диспергирования глинистых минералов и, как следствие, низкая растворяющая способность глинистых минералов кислотами. Кроме того, при воздействии кислотами не предотвращается эффект набухания глин при взаимодействии их с пресными водами. Эти ограничения определяют низкую эффективность кислотных методов воздействия на коллектора, содержащие глинистые минералы.

Известен способ реагентной разглинизации скважин, включающий формирование в зоне перфорации первой ванны водного раствора кислой соли щелочного металла, ее выдержку, удаление, последующее формирование в той же зоне второй ванны водного раствора соляной кислоты, ее выдержку, удаление второй ванны и последующее освоение скважины [2].

При формировании второй ванны в раствор дополнительно вводят плавиковую кислоту. В этом способе организуют двухстадийный процесс разрушения глинистых кольматирующих образований, за счет чего повышают фильтрационную проводимость призабойной зоны скважины. К достоинствам этого способа следует отнести то, что он позволяет при относительно небольшом расходе реагентов перевести глинистые минералы, кольматирующие продуктивные пласты и, в итоге, снижающие приток нефти к скважине, в тонкодисперсное состояние и, тем самым, сделать реальным их рас творение, а также удаление продуктов реакции из фильтровой зоны пласта. В конечном итоге это приводит к существенному увеличению дебита скважин по сравнению со способами, включающими закачку кислот.

Однако основным ограничением этого способа является то, что очистка от глинистых материалов осуществляется только непосредственно в зоне перфорации. В призабойной части пласта глинистые минералы остаются и при попадании в эти зоны пресной воды, например, при проведении ремонтных работ и закачке в пласт воды с целью поддержания пластового давления, глинистые минералы могут набухать, т. е. увеличивать свой объем и перекрывать фильтрационные каналы, снижая тем самым дебит или приемистость скважины. Кроме того, при осуществлении этого способа на практике в промежутке между установкой первой ванны и второй ванны требуется промывка скважины водой, что увеличивает расход воды и для чего требуется дополнительное время.

Таким образом, известный способ имеет невысокую эффективность восстановления первоначальной гидропроводности призабойной зоны, что особенно важно для нагнетательных скважин.

Известен способ реагентной разглинизации скважин, включающий формирование в зоне перфорации первой ванны водного раствора кислой соли щелочного металла, ее выдержку, удаление, последующее формирование в той же зоне второй ванны водного раствора соляной кислоты, ее выдержку, удаление второй ванны, и последующее освоение скважины, причем в водный раствор соляной кислоты добавляют хлористый калий в концентрации 0,2 - 2 мас.%, удаление первой ванны производят ее откачкой, а содержимое скважины после удаления первой ванны осуществляют замещением первоначальным объемом водного раствора соляной кислоты с хлористым калием в указанной концентрации в процессе формирования второй ванны, при этом упомянутый первоначальный объем водного раствора соляной кислоты с хлористым калием в указанной концентрации после выдержки вытесняют из зоны перфорации вверх закачкой продавочной жидкости, в качестве которой используют упомянутый водный раствор соляной кислоты с хлористым калием в указанной концентрации, продавливают его через зону перфорации в призабойную зону пласта и выдерживают, удаление второй ванны осуществляют промывкой, после удаления второй ванны производят удаление водной фазы, тонкодисперсных глинистых минералов и продуктов реакции из призабойной зоны пласта [3].

Однако основным ограничением этого способа является то, что очистка от глинистых материалов осуществляется только непосредственно в зоне перфорации. В призабойной части пласта глинистые минералы остаются и при попадании в эти зоны пресной воды, например, при проведении ремонтных работ и закачке в пласт воды с целью поддержания пластового давления, глинистые минералы могут набухать, т. е. увеличивать свой объем и перекрывать фильтрационные каналы, снижая тем самым дебит или приемистость скважины. Кроме того, при осуществлении этого способа на практике в промежутке между установкой первой ванны и второй ванны требуется промывка скважины водой для исключения реакции нейтрализации между растворами соды и кислоты, что увеличивает расход воды и для чего требуется дополнительное время. Промывка же скважины водой дополнительно увеличивает трудоемкость, и вода не всегда имеется в наличии рядом со скважиной.

Таким образом, известный способ имеет невысокую эффективность восстановления первоначальной гидропроводности призабойной зоны, что особенно важно для нагнетательных скважин.

Задача, решаемая изобретением, - повышение эффективности разглинизации скважин и увеличение их дебита.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении заявленного способа, - увеличение гидропроводности пласта.

Для решения поставленной задачи в известном способе реагентной разглинизации скважин, включающем формирование в зоне перфорации первой ванны водного раствора кислой соли щелочного металла, ее выдержку, удаление, последующее формирование в той же зоне второй ванны водного раствора соляной кислоты, причем в водный раствор соляной кислоты добавляют хлористый калий в концентрации 0,2 - 2 мас.%, ее выдержку, удаление второй ванны, при этом упомянутый первоначальный объем водного раствора соляной кислоты с хлористым калием в указанной концентрации после выдержки вытесняют из зоны перфорации вверх закачкой продавочной жидкости, в качестве которой используют упомянутый водный раствор соляной кислоты с хлористым калием в указанной концентрации, продавливают его через зону перфорации в призабойную зону пласта и выдерживают, а удаление второй ванны осуществляют промывкой, и в последующем осваивают скважину, согласно изобретению в раствор кислой соли щелочного металла добавляют углекислый калий в концентрации 0,5 - 3 мас.%, удаление первой ванны производят ее откачкой, после удаления второй ванны производят удаление водной фазы, тонкодисперсных глинистых минералов и продуктов реакции из призабойной зоны пласта.

Возможны дополнительные варианты осуществления способа, в которых целесообразно, чтобы: - удаление первой ванны и удаление водной фазы, тонкодисперсных глинистых минералов и продуктов реакции из призабойной зоны пласта производили свабированием или откачкой насосом или желонкой;.

- в водный раствор соляной кислоты с хлористым калием в концентрации 0,2 - 2 мас.% вводили плавиковую кислоту с концентрацией 2 - 5 мас.%, - в качестве водного раствора кислой соли щелочного металла использовали раствор бикарбоната натрия с концентрацией 5 - 15 мас.%, а выдержку первой ванны осуществляли в течение 8 - 10 ч; - вторую ванну водного раствора соляной кислоты с хлористым калием в концентрации 0,2 - 2 мас.% формировали на 0,5 - 1 ч, при этом использовали соляную кислоту в концентрации 6 - 10 мас.%, - формирование первой и второй ванны производили закачкой растворов по колонне насосно-компрессорных труб (НКТ), опущенной до нижних отверстий зоны перфорации, при этом общий объем Q водного раствора соляной кислоты с хлористым калием в концентрации 2 - 5 мас.% выбирали из соотношения Q = (8÷13,5)πh(R²-r²)+(1,5÷2)πhmR²_п, где π h - высота фильтра [м]; R - внутренний радиус обсадной колонны [м]; r - наружный радиус насосно-компрессорных труб [м];
m - коэффициент эффективной пористости;
R_п - радиус примыкающей к скважине зоны пласта [м].

- первоначальный объем Q₁ водного раствора соляной кислоты с хлористым калием в концентрации 0,2 - 2 мас.% выбирали из соотношения
Q₁ = (5÷10)πh(R²-r²).
- объем Q₂ продавочной жидкости для удаления содержимого скважины после удаления первой ванны, в качестве которой используется водный раствор соляной кислоты с хлористым калием в концентрации 0,2 - 2 мас.%, выбирают из соотношения
Q₂ = (3÷3,5)πh(R²-r²).
- объем Q₃ для заполнения порового пространства призабойной зоны пласта водным раствором соляной кислоты с хлористым калием в концентрации 0,2 - 2 мас.% выбирали из соотношения
Q₃ = (1,5÷2)πhmR²_п.
За счет введения в водный раствор кислой соли щелочного металла углекислого калия, в раствор кислоты хлористого калия удается сохранить гидропроводность призабойной зоны пласта.

Указанные преимущества, а также особенности настоящего изобретения поясняются лучшим вариантом его выполнения с приведением конкретного примера осуществления способа и со ссылками на прилагаемые рисунки.

Фиг. 1 изображает зависимость степени замещения раствора кислот с хлористым калием ϕ от объема прокаченной жидкости Q;
фиг. 2 - зависимость степени восстановления гидропроводности призабойной зоны пласта χ от объема прокаченной жидкости Q.

Сущность предложенного технического решения заключается в обработке глинистых частиц первоначально, как и в известном решении, водным раствором щелочных металлов, но с добавлением углекислого калия, что на первой стадии процесса позволяет повысить диспергирование глинистых материалов в результате ионообменных реакций, а именно замены двух или трехвалентных ионов металлов на одновалентные ионы натрия и калия. В качестве кислой соли щелочного металла обычно используется пищевая сода - бикарбонат натрия NaHCO₃. Добавление в раствор углекислого калия позволяет в 1,5-2 раза увеличить скорость разукрупнения частиц глинистых минералов, что объясняется тем, что ионный потенциал, равный заряду иона, отнесенному к его ионному радиусу для иона калия существенно ниже (0,74), чем для иона натрия (1,05), и тем более, чем у ионов кальция (2,02), магния (3,03) или алюминия (6,0), входящих в состав глинистых минералов. В случае, если в качестве соли щелочного металла используется бикарбонат калия KHCO₃, эффект ускорения процесса диспергирования также имеет место из-за повышения концентрации ионов калия в растворе.

Таким образом, на первой стадии процесса происходит диспергирование глинистых минералов в результате ионообменных реакций.

Удаление первой ванны в отличие от известного способа производят ее откачкой, что позволяет исключить реакцию нейтрализации при взаимодействии кислоты с раствором кислой соли щелочного металла (содой) и исключить операцию промывки водой. Для откачки содержимого скважины могут быть использованы любые методы, например свабирование или откачка насосом или желонкой.

На второй стадии процесса происходит механическое удаление оставшихся частиц и растворение их раствором кислоты с добавлением хлористого калия. Наличие хлористого калия позволяет более эффективно растворять глинистые минералы по мере проникновения кислотного раствора в призабойную зону пласта в результате ионообменных реакций, приводящих к уменьшению сил сцепления между чешуйками глинистых минералов.

Наряду с этим наличие ионов калия в растворе позволяет компенсировать дефицит положительных ионов в глинистых минералах, возникающих при взаимодействии их с пресными водами, например, при проведении ремонтных работ или вытеснению нефти из пласта пресной водой.

Введение дополнительной операции после удаления второй ванны перед освоением скважины, а именно удаление водной фазы, тонкодисперсных глинистых минералов и продуктов реакции из призабойной зоны пласта путем откачки позволяет повысить качество и эффективность очистки скважины, что приводит к увеличению ее дебита. Удаление водной фазы, тонкодисперсных глинистых минералов и продуктов реакции из призабойной зоны пласта производят свабированием или откачкой насосом или желонкой.

Как показали исследования, по сравнению с известным способом при содержании хлористого калия в растворе кислот более 0,2% пресная вода не ухудшает гидропроводность коллектора. Повышение концентрации упомянутой соли выше 2% приводит к появлению в растворе твердого осадка, что может вызвать закупорку поровых каналов, и, следовательно, привести к снижению дебита или приемистости скважины.

На практике в известном способе необходимо было до установки второй ванны раствора кислот производить промывку призабойной зоны водой с целью удаления глинистых минералов и продуктов реакции. В предложенном способе удаление из призабойной зоны водного раствора кислой соли щелочного метала с продуктами ионообменной реакции позволяет удалять продукты реакции вытеснением и, тем самым, исключить дополнительную операцию промывки.

Как и в известном способе, для растворения алюмосиликатов во вторую ванну можно вводить плавиковую кислоту с концентрацией 2 - 5 мас.%.

В качестве водного раствора кислой соли щелочного металла можно использовать раствор соды NaHCO₃ с концентрацией 5-15%, а выдержку осуществлять в течение 8 - 10 ч.

Закачку водного раствора кислой соли щелочного металла и формирование первой и второй ванны, как и в известном способе, производят при помощи колонны насосно-компрессорных труб (НКТ), опущенной до нижних отверстий зоны перфорации.

При этом требуемый объем Q водного раствора кислот с хлористым калием может быть получен из следующих соображений.

Количество раствора кислоты с хлористым калием должно быть таким, чтобы ее объемного количества хватило:
а) на установку ванны с целью растворения глинистых материалов, перешедших в тонкодисперсную фазу в результате обработки раствором кислой соли щелочного металла
Q₁ = (5÷10)πh(R²-r²),
где π = 3,14;
h - высота фильтра [м];
R - внутренний радиус обсадной колонны [м];
r - наружный радиус насосно-компрессорных труб [м].

Учитывая погрешности в измерении объемов при проведении ремонтных работ на скважинах для предотвращения возможных ошибок, на практике принимается 5 - 10-кратный запас раствора кислот при толщине вскрытых продуктивных пластов от 5 до 15 м. Для более тонких пластов этот запас может быть выбран и 30 - 50-кратным, с тем, чтобы заведомо расположить ванну против продуктивных пластов.

б) для удаления из зоны фильтра раствора, содержащего продукты реакции кислот с глинистыми компонентами (операция промывки - вытеснением)
Q₂ = (3÷3,5)πh(R²-r²),
что получено опытным путем в результате исследования модели скважины.

Как видно из фиг. 1, для этой цели вполне достаточно 3 - 3,5 объема межтрубного пространства в зоне перфорации скважины.

в) для заполнения порового пространства призабойной зоны скважины с целью закрепления глин и, следовательно, предотвращения их разбухания при взаимодействии с водой, имеющей низкую концентрацию солей
Q₃ = (1,5÷2)πymR²_п,
где m - коэффициент эффективной пористости;
R_п - радиус, примыкающей к скважине зоны пласта [м],
Объем прокаченной жидкости для эффективной степени восстановления гидропроводности призабойной зоны пласта χ, как следует из фиг. 2, должен составлять 1,5 - 2 объема пор.

Обычно коэффициент эффективной пористости принимается в среднем равным 0,2, а радиус R_n - равным 0,5.

Как видно из фиг. 1 и 2, обе зависимости при определенных указанных значениях аргумента Q становятся практически постоянными.

Таким образом, общий требуемый объем раствора кислот с хлористым калием соответствует (Q = Q₁ + Q₂ + Q₃)
Q = (8÷13,5)πh(R²-r²)+(1,5÷2)πymR²_п,
Установка ванны из раствора кислот с хлористым калием на 0,5-1 час выбирается из условия, что за этот период реакция кислоты с тонкодисперсными частицами глинистых материалов протекает полностью, а увеличение времени ванны может при вести к дополнительной неоправданной коррозии труб.

Перед удалением второй ванны осуществляют закачку в скважину через колонну насосно-компрессорных труб (НКТ) при открытом межтрубном пространстве продавочной жидкости в объеме 3 - 3,5 объема межтрубного пространства в зоне перфорации, затем закрывают межтрубное пространство и продавочной жидкостью продавливают водный раствор кислот с хлористым калием в объеме 1,5 - 2 объема порового пространства породы, примыкающей к зоне перфорации, после продавливания производят выдержку в течение 0,5 - 1 ч. Закрытие межтрубного пространства после закачки в НКТ продавочной жидкости обеспечивает поступление в призабойную зону пласта раствора хлористого калия в кислоте, не содержащего продуктов реакции. Время выдержки 0,5 - 1 ч обусловлено временем, необходимым для связывания ионами калия глинистых частиц.

Пример осуществления способа.

Скважину, оборудованную колонной насосно-компрессорных труб, соединяют с оборудованием для нагнетания рабочих растворов и спуска-подъема НКТ. Колонну НКТ опускают ниже или до нижних отверстий фильтра обсадной колонны. В качестве оборудования можно использовать цементировочный агрегат, например ЦА-320, в емкости которого растворяют бикарбонат натрия NaHCO₃ (6%) и углекислый калий (2%), и агрегат для закачки кислот типа АзИНМАШ-30 с раствором, содержащим ингибитор коррозии, 10% - HCl, 3% - HF и 1% KCl. Скважину предварительно глушат и соединяют с оборудованием, установленным на ее устье.

Первым агрегатом закачивают в колонну НКТ 4 м³ раствора питьевой соды и углекислого калия и, продавливая его водой, доводят до забоя. Установленную ванну раствора соды и углекислого калия выдерживают в течение 10 часов.

После этого откачивают содержимое первой ванны - тонкодисперсные глинистые минералы, что приводит к увеличению проницаемости пласта.

Далее в скважину закачивают промывочную жидкость - раствор 10%- HCl, 3% - HF и 1% KCl. Общий объем раствора рассчитывается по приведенной формуле. При обсадной колонне диаметром 146 мм, стенке 8 мм и диаметре колонны НКТ - 73 мм, h = 10 м, при выборе m = 0,2 и R_п = 0,5 получим
Q = (8 - 13,5)·3,14·10·(0,065 - 0,031)+ (1,5 - 2)·3,14·10·0,2·0,5
Таким образом, величина Q находится в интервале от 3,2 м³ до 4,4 м³.

Примем Q = 4 м³
Далее закачкой промывочной жидкостью доводят раствор кислот с хлористым калием до забоя скважины, вытесняя и замещая им раствор соли, содержимое скважины после откачки без промывки скважины, и устанавливают кислотную вторую ванну в межтрубном пространстве в соответствии с выражением для Q₁ в объеме 0,5 м³ сроком на 0,5 часа.

Затем при открытом межтрубном пространстве в колонну НКТ закачивают продавочную жидкость в объеме Q₂, соответствующем для выбранного примера - 0,3 м³. При этом происходит вытеснение первоначального объема Q₁, загрязненного продуктами реакций взаимодействия глиносодержащих частиц с кислотой, вверх. После этого закрывают межтрубное пространство и закачивают в НКТ жидкость, продавливая тем самым кислоту с хлористым калием в призабойную зону пласта, и оставляют скважину на 0,5 - 1 ч. После этого промывают скважину и производят удаление водной фазы, тонкодисперсных глинистых минералов и продуктов реакции из призабойной зоны пласта свабированием или откачкой насосом или желонкой. Осваивают скважину обычным методом.

Проведенные испытания показали, что увеличение дебита или приемистости составляет до 4 раз. Как показали исследования, наиболее хорошие результаты могут быть получены на скважинах, вышедших из бурения.

Наиболее успешно заявленный способ реагентной разглинизации скважин может быть использован в горной промышленности при введении в эксплуатацию скважин с призабойной зоной, закольматированной глинистыми минералами. Данный способ позволяет освоить скважины, которые не могли быть освоены традиционными методами.

Источники информации
1. Патент Российской Федерации N 2078203, E 21 В 43/27, опубл. 27.04.97.

2. Патент Российской Федерации N 2055983, E 21 В 43/27, опубл. 10.03.96.

3. Патент Российской Федерации N 2120546, E 21 В 43/276, опубл. 20.10.98.

Формула изобретения

1. Способ реагентной разглинизации скважин, формирование в зоне перфорации первой ванны водного раствора кислой соли щелочного металла, ее выдержку, удаление, последующее формирование в той же зоне второй ванны водного раствора соляной кислоты, причем в водный раствор соляной кислоты добавляют хлористый калий в концентрации 0,2 - 2 мас.% ее выдержку, удаление второй ванны, при этом упомянутый первоначальный объем водного раствора соляной кислоты с хлористым калием в указанной концентрации после выдержки вытесняют из зоны перфорации вверх закачкой продавочной жидкости, в качестве которой используют упомянутый водный раствор соляной кислоты с хлористым калием в указанной концентрации, продавливают его через зону перфорации в призабойную зону пласта и выдерживают, а удаление второй ванны осуществляют промывкой, и в последующем осваивают скважину, отличающийся тем, что в раствор кислой соли щелочного металла добавляют углекислый калий в концентрации 0,5 - 3 мас.%, удаление первой ванны производят ее откачкой, после удаления второй ванны производят удаление водной фазы, тонкодисперсных глинистых минералов и продуктов реакции из призабойной зоны пласта.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что удаление первой ванны и удаление водной фазы, тонкодисперсных глинистых минералов и продуктов реакции из призабойной зоны пласта производят свабированием или откачкой насосом или желонкой.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в водный раствор соляной кислоты с хлористым калием в концентрации 0,2 - 2 мас.% вводят плавиковую кислоту с концентрацией 2 - 5 мас.%.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве водного раствора кислой соли щелочного металла используют раствор бикарбоната натрия с концентрацией 5 - 15 мас.%, а выдержку первой ванны осуществляют в течение 8 - 10 ч.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что вторую ванну водного раствора соляной кислоты с хлористым калием в концентрации 0,2 - 2 мас.% формируют на 0,5 - 1 ч, при этом используют соляную кислоту в концентрации 6 - 10 мас.%.

6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что формирование первой и второй ванны производят закачкой растворов по колонне насосно-компрессорных труб (НКТ), опущенной до нижних отверстий зоны перфорации, при этом общий объем Q водного раствора соляной кислоты с хлористым калием в концентрации 2 - 5 мас.% выбирают из соотношения
Q = (8-13,5)πh(R²-r²)+(1,5-2)πhmR²_п,
где π = 3,14;
h - высота фильтра, м;
R - внутренний радиус обсадной колонны, м;
r - наружный радиус насосно-компрессорных труб, м;
m - коэффициент эффективной пористости;
R_п - радиус примыкающей к скважине зоны пласта, м.

7. Способ по п.6, отличающийся тем, что первоначальный объем Q₁ водного раствора соляной кислоты с хлористым калием в концентрации 0,2 - 2 мас.% выбирают из соотношения
Q₁= (5-10)πh(R²-r²).
8. Способ по п.6, отличающийся тем, что объем Q₂ продавочной жидкости для удаления содержимого скважины после удаления первой ванны, в качестве которой используется водный раствор соляной кислоты с хлористым калием в концентрации 0,2 - 2 мас.% выбирают из соотношения
Q₂= (3-3,5)πh(R²-r²).
9. Способ по п.6, отличающийся тем, что объем Q₃ для заполнения порового пространства призабойной зоны пласта водным раствором соляной кислоты с хлористым калием в концентрации 0,2 - 2 мас.% выбирают из соотношения
Q₃= (1,5-2)πhmR²_п.е

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2