Способ реагентной разглинизации скважин

 

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при эксплуатации скважин. Согласно способу формируют в зоне перфорации призабойной зоны скважины первую ванну водного раствора кислой соли щелочного металла с добавлением углекислого калия в концентрации 0,5 - 3 мас.%. Выдерживают первую ванну, затем удаляют ее путем вытеснения упомянутого первоначального объема водного раствора соляной кислоты с хлористым калием в концентрации 0,2-2 мас.% из зоны перфорации вверх закачкой продавочной жидкости, в качестве которой используют упомянутый водный раствор соляной кислоты с хлористым калием в указанной концентрации. Затем формируют в той же зоне вторую ванну водного раствора соляной кислоты с хлористым калием в указанной концентрации. Продавливают водный раствор соляной кислоты с хлористым калием в указанной концентрации через зону перфорации в призабойную зону пласта. Выдерживают вторую ванну, затем удаляют ее путем промывки. Техническим результатом заявленного способа является увеличение гидропроводности пласта. 7 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, кольматированные 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.

Наиболее близким является 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 растворение, 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.

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, ее выдержку, удаление второй ванны и последующее освоение скважины, согласно изобретению в раствор кислой соли щелочного металла добавляют углекислый калий К₂СО₃ в концентрации 0,5 - 3 мас.%, в водный раствор соляной кислоты добавляют хлористый калий в концентрации 0,2 - 2 мас.%, удаление первой ванны осуществляют ее вытеснением и 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, а удаление второй ванны осуществляют промывкой.

Возможны дополнительные варианты осуществления способа, в которых целесообразно, чтобы: - 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)πhmR_п ², 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;
- 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, в качестве которой используется водный раствор соляной кислоты с хлористым калием в концентрации 0,2-2 мас.%, выбирали 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)πhmR_п ².

За счет введения в водный раствор кислой соли щелочного металла углекислого калия, а 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 КНСО₃, 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. На второй стадии процесса происходит как механическое удаление этих частиц, так 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 вытеснении нефти из пласта пресной водой.

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 NаНСО₃ 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 фигуры 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)πymR_п ²,
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_п - равным 0,5.

Как видно из фигур 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)πymR_п ².

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 привести 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 NаНСО₃ (6%) и углекислый калий (2%), и агрегат для закачки кислот типа АзИНМАШ-30 с раствором, содержащим ингибитор коррозии, 10 % - HСl, 3% - HF и 1% КСl. 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.

Далее в скважину закачивают раствор: 10% - НС1, 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 жидкости доводят раствор кислот с хлористым калием до забоя скважины, вытесняя и замещая им раствор соли без предварительной 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 осваивают ее обычным способом.

Проведенные испытания показали, что увеличение дебита или приемистости составляет не менее чем 2 - 2,5 раза.

Наиболее успешно заявленный способ реагентной разглинизации скважин может быть использован в горной промышленности при введении в эксплуатацию заглининных скважин.

Источники информации
[1] Патент Российской Федерации 2078203, Е 21 В 43/27, опубл. 27.04.97.

[2] Патент Российской Федерации 2055983, Е 21 В 43/27, опубл. 10.03.96.

Формула изобретения

1. 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, отличающийся тем, что в раствор кислой соли щелочного металла добавляют углекислый калий в концентрации 0,5 - 3 маc. %, в водный раствор соляной кислоты добавляют хлористый калий в концентрации 0,2 - 2 маc. %, удаление первой ванны осуществляют ее вытеснением и 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, а удаление второй ванны осуществляют промывкой.

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

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

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

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что формирование первой и второй ванны производят закачкой растворов по колонне насосно-компрессорных труб, опущенной до нижних отверстий зоны перфорации, при этом общий объем Q водного раствора соляной кислоты с хлористым калием в концентрации 2 - 5 маc. % выбирают из соотношения
Q = (8 ÷ 13,5)πh(R² - r²) + (1,5 ÷ 2)πhmR_п ²,
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.

6. Способ по п. 5, отличающийся тем, первоначальный объем Q₁ водного раствора соляной кислоты с хлористым калием в концентрации 0,2 - 2 маc. % выбирают из соотношения
Q₁ = (5 ÷ 10)πh(R² - r²).

7. Способ по п. 5, отличающийся тем, что объем Q₂ продавочной жидкости, в качестве которой используется водный раствор соляной кислоты с хлористым калием в концентрации 0,2 - 2 маc. %, выбирают из соотношения
Q₂ = (3 ÷ 3,5)πh(R² - r²).

8. Способ по п. 5, отличающийся тем, что объем Q₃ для заполнения порового пространства призабойной зоны пласта водным раствором соляной кислоты с хлористым калием в концентрации 0,2 - 2 маc. % выбирают из соотношения
Q₃ = (1,5 ÷ 2)πhmR_п ².

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2