Способ кислотной обработки карбонатного коллектора высокотемпературного пласта
Владельцы патента RU 2278968:
Открытое Акционерное Общество "Акционерная нефтяная компания "Башнефть" (RU)
Способ кислотной обработки карбонатного коллектора высокотемпературного пласта относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к кислотным обработкам призабойной зоны пласта. Технический результат - упрощение и удешевление технологии за счет использования более доступных и дешевых реагентов, интенсификация извлечения нефти и воды из пласта за счет постепенного образования кислоты в пласте, увеличение радиуса обрабатываемого интервала пласта, исключение коррозии нефтепромыслового оборудования и улучшение эффективности кислотной обработки. В способе кислотной обработки карбонатного коллектора высокотемпературного пласта, включающем закачку в пласт одновременно или последовательно оторочек водного раствора сложного эфира уксусной кислоты и воды, технологическую выдержку для образования уксусной кислоты в пласте и реакции ее с породами пласта и ввод скважины в эксплуатацию, в качестве указанного раствора используют 20-60% раствор сложного эфира уксусной кислоты, в который вводят 3% соляной кислоты, а соотношение оторочек указанного раствора и воды составляет 1:1,5-4 в зависимости от температуры пласта. 4 табл.
Способ кислотной обработки карбонатного коллектора высокотемпературного пласта относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к кислотным обработкам призабойной зоны пласта с целью интенсификации притока нефти.
В высокотемпературных пластах обычные кислотные растворы быстро снижают свою активность, поэтому закачка состава, генерирующего кислоту в пласте, обеспечивает более глубокое ее проникновение в пласт и является наиболее эффективной.
С ростом глубины скважин процесс обработки осложняется вследствие повышенного воздействия кислот на скважинное оборудование. Для уменьшения коррозионной активности кислот применяют ингибиторы коррозии. Однако их эффективность значительно снижается при высоких температурах; возрастает также расход ингибиторов. Кроме того, в высокотемпературных скважинах при реакции больших количеств ингибиторов коррозии с пластовыми породами образуются нерастворимые твердые вещества, закупоривающие поры и уменьшающие проницаемость.
Так как соляная кислота быстро реагирует с карбонатной породой, то разработаны методы замедления ее реакции эмульгированием, гелеобразованием и химическим способом.
Известен способ использования вместо соляной кислоты для замедления реакции с карбонатами низших карбоновых кислот: муравьиной и уксусной кислот [1]. Реакция уксусной кислоты, конечно, замедленная, так как накопление продукта реакции - углекислого газа уменьшает скорость реакции. Когда двуокись углерода просачивается в пласт или поглощается нефтью, водой или углеводородным газом, то продолжается реакция уксусной кислоты.
До настоящего времени кислоты с замедленной скоростью обладали ограниченными преимуществами перед обычной соляной кислотой, так как необходимо значительное увеличение проницаемости, простирающейся, по крайней мере, на 3 м от ствола скважины, чтобы достигнуть значительных улучшений в дебите нефти [2].
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является способ обработки подземного пласта, включающий нагнетание в пласт субстрата для фермента, причем субстрат способен превращаться в органическую кислоту под действием фермента [3] (прототип), отличающийся тем, что в качестве фермента используется гидралаза или липаза, или эстераза. Недостатком данного решения является получение кислоты в результате реакции, катализируемой ферментами, получаемыми из проросшей пшеницы или органов животных. Кроме того, используемые в известном способе концентрации (0,1 - 20 об.%) исходных реагентов для снижения их высокой коррозионной активности позволяют получить слабо концентрированную кислоту с малой растворяющей емкостью, с малым радиусом воздействия кислоты на обрабатываемый интервал пласта в отличие от предложенного решения.
Решаемой задачей предполагаемого изобретения является интенсификация извлечения нефти и воды из пласта за счет постепенного образования кислоты в пласте, увеличение радиуса обрабатываемого интервала пласта, исключение коррозии нефтепромыслового оборудования и улучшение эффективности кислотной обработки.
Поставленная задача достигается тем, что в способе кислотной обработки карбонатного коллектора высокотемпературного пласта, включающем закачку в пласт одновременно или последовательно оторочек водного раствора сложного эфира уксусной кислоты и воды, технологическую выдержку для образования уксусной кислоты в пласте и реакции ее с породами пласта и ввод скважины в эксплуатацию, согласно изобретению в качестве указанного раствора используют 20-60% раствор сложного эфира уксусной кислоты, в который вводят 3% соляной кислоты. Соотношение указанных оторочек составляет 1:1,5-4 в зависимости от температуры пласта.
Суть предлагаемого способа заключается в технологии, предусматривающей превращение сложных эфиров карбоновой кислоты в уксусную кислоту в пласте под действием температуры и катализатора ионов водорода с последующей выдержкой. Соотношение этилацетатной оторочки к водной может меняться от 1:4 до 1:1,5.
По сравнению с известными способами кислотной обработки настоящее изобретение имеет следующие преимущества:
- представляет способ, по которому кислота может быть получена на месте в пласте (как в прототипе) и с такой скоростью, что в непосредственной близости от ствола скважины не производится и не расходуется вся кислота;
- в качестве катализатора реакции в пласте выбран дешевый и доступный реагент - соляная кислота,
- не корродирует или очень слабо корродирует оборудование скважины,
- побочный продукт превращения сложного эфира уксусной кислоты в кислоту этиловый спирт уменьшает поверхностное натяжение между нефтью и водой, способствует ускорению очистки скважины,
- возможность кислотной обработки горизонтальных скважин без применения специальных методов,
- эфиры уксусной кислоты не коррозионные реагенты.
Для осуществления предлагаемого способа используется этиловый эфир уксусной кислоты или бутиловый эфир уксусной кислоты по ГОСТ 8981-78, которые в настоящее время применяются в качестве растворителя в различных отраслях промышленности. По физико-химическим свойствам этилацетат или бутилацетат должен соответствовать требованиям и нормам, указанным в таблице 1.
Для доказательства соответствия заявленного изобретения критерию "промышленная применимость" приводим конкретные примеры определения эффективности заявляемого способа в лабораторных условиях по показателю изменения концентрации СНЗСООН.
Пример 1. Исследование самогенерирования уксусной кислоты в результате гидролиза этилацетата при высоких температурах
Исследовано самогенерирование (без введения катализатора) уксусной кислоты в результате гидролиза этилацетата при температурах 50, 70, 90°С. Методика исследования реакции гидролиза этилацетата заключалась в следующем: каждый состав помещался в термостат на определенное время, после выдержки при заданной температуре в составе определялась общая и свободная кислотности. Концентрация СН3СООН определялась по разности между общей и свободной кислотностями. По найденной концентрации СН3СООН рассчитывалась степень гидролиза этилацетата.
| Таблица 2. Самогенерирование уксусной кислоты в результате гидролиза этилацетата при высоких температурах | |||||
| Состав, мас.% | Температура, °С | Равновесная концентрация СН3СООН,% | Время, час. | Степень гидролиза этилацетата, % | |
| этилацетат | вода | ||||
| 20 | 80 | 50 | 1,1 | 5 | 22,6 |
| 20 | 80 | 70 | 3,1 | 2 | 23,0 |
| 20 | 80 | 90 | 3,6 | 1,5 | 23,2 |
| 40 | 60 | 50 | 2 | 6 | 10,0 |
| 40 | 60 | 70 | 2,7 | 4 | 7,5 |
| 40 | 60 | 90 | 18 | 1,0 | 66,1 |
| 60 | 40 | 50 | 3,0 | 6 | 7,2 |
| 60 | 40 | 70 | 3,0 | 6 | 7,2 |
| 60 | 40 | 90 | 16,9 | 3,5 | 41,3 |
Оптимизация концентрации катализатора в реакции гидролиза этилацетата.
Исследовалась реакция омыления этилацетата в присутствии ионов водорода. В качестве катализатора реакции омыления использовалась соляная кислота, при этом концентрация ее менялась в пределах 1, 3, 15%. Определялось изменение концентрации СН3СООН в составах во времени. Максимальная достигнутая концентрация СН3СООН и время ее достижения приведены в таблице 3. Также в таблице 3 дается характеристика работы катализатора - увеличение выхода уксусной кислоты (выраженное в процентах) при введении HCl по сравнению с концентрацией СН3СООН, полученной при омылении этилацетата без катализатора.
| Таблица 3 Равновесная концентрация уксусной кислоты, достигаемая в результате каталитического действия соляной кислоты на омыление этилацетата при высоких температурах | |||||||
| Состав, мас.% | Температура, °С | Концентрация СН3СООН, % | Время, час. | Степень гидролиза этилацетата, % | Увеличение выхода кислоты при введении HCl, % | ||
| этилацетат | HCl | вода | |||||
| 20 | 1 | 79 | 50 | 7,5 | 4 | 53,9 | 85 |
| 20 | 3 | 77 | 50 | 8,7 | 6 | 63,7 | 87,4 |
| 20 | 15 | 65 | 50 | 8,7 | 4 | 63,7 | 87,4 |
| 20 | 1 | 79 | 70 | 7,5 | 1 | 55,3 | 58,7 |
| 20 | 3 | 77 | 70 | 8,4 | 1 | 61,4 | 63,1 |
| 20 | 15 | 65 | 70 | 7,5 | 6 | 54,7 | 58,7 |
| 20 | 1 | 79 | 90 | 9,1 | 1,5 | 64,0 | 60,4 |
| 20 | 3 | 77 | 90 | 9,6 | 1,0 | 68,3 | 62,5 |
| 20 | 15 | 65 | 90 | 9,5 | 1,0 | 70,9 | 62,1 |
| 40 | 1 | 59 | 50 | 13,8 | 5 | 50,5 | 85,5 |
| 40 | 3 | 57 | 50 | 18,9 | 5,5 | 69,4 | 88,2 |
| 40 | 15 | 45 | 50 | 7,2 | 6,5 | 26,6 | 72,2 |
| 40 | 1 | 59 | 70 | 12,6 | 3 | 46,3 | 78,6 |
| 40 | 3 | 57 | 70 | 12,5 | 3 | 46,9 | 78,8 |
| 40 | 15 | 45 | 70 | 14,7 | 5 | 58,4 | 81,6 |
| 40 | 1 | 59 | 90 | 18,8 | 2,0 | 69,0 | 4,2 |
| 40 | 3 | 57 | 90 | 18,3 | 1,5 | 67,2 | 1,6 |
| 40 | 15 | 45 | 90 | 15,6 | 2,0 | 57,3 | 0 |
| 60 | 1 | 39 | 50 | 7,8 | 6 | 19 | 61,5 |
| 60 | 3 | 37 | 50 | 14,7 | 6 | 36 | 79,6 |
| 60 | 15 | 25 | 50 | 8,1 | 6 | 19,9 | 63,0 |
| 60 | 1 | 39 | 70 | 20,8 | 3 | 50,8 | 85,6 |
| 60 | 3 | 37 | 70 | 23,1 | 3 | 56,5 | 87,0 |
| 60 | 15 | 25 | 70 | 21 | 3 | 51,8 | 85,7 |
| 60 | 1 | 39 | 90 | 23,2 | 2,5 | 56 | 26,7 |
| 60 | 3 | 37 | 90 | 22 | 2,5 | 54,5 | 22,7 |
| 60 | 15 | 25 | 90 | 23,7 | 2 | 46,6 | 28,3 |
При температуре 50°С и 70°С наибольший выход уксусной кислоты наблюдается при введении 3% HCl в 20-60% составы этилацетата. При температуре 90°С наибольший выход уксусной кислоты наблюдается при введении 3% HCl в 20% составы этилацетата, введение HCl в 60% составы этилацетата повышает выход уксусной кислоты на 23-28%.
Таким образом, предлагаемый способ кислотной обработки содержит:
1. Закачку водного раствора сложного эфира уксусной кислоты и 3% ионов водорода. Соотношение этилацетатной оторочки к водной может меняться в пределах: 1:4 или 1:1,5 в зависимости от необходимой для обработки карбонатов или окислов железа концентрации уксусной кислоты.
2. Выдержку для превращения сложного эфира уксусной кислоты в уксусную кислоту и для реакции с породой. (При температурах 50-70°С время выдержки составляет 6-8 часов. При температурах 90°С и выше - 2-4 часа.)
Растворение карбонатной породы.
Эксперименты проводились в колбах с обратным холодильником, которые помещались в термостат с заданной температурой. В качестве карбонатной породы использовались мраморные пластины с фиксированными массой и поверхностью. Величина количества состава, приходящегося на единицу поверхности мраморной пластины, была постоянна в экспериментах и равнялась 3 см3/см2. Приведены результаты исследования растворимости мрамора в 20% составах этилацетата при температуре 50°С (таблица 4). Методика исследования растворимости мраморной пластины в исследуемом составе заключалась в следующем: каждый состав помещался в термостат на 0,5 часа, после выдержки при заданной температуре в состав вводилась мраморная пластина и выдерживалась на реакции заданное время при заданной температуре. После этого пластину промывали, сушили и определяли ее массу после реакции с кислотным составом.
| Таблица 4. | |||
| Время, час. | Растворимость мрамора (%) в следующих составах: | ||
| 20% этилацетата +80% вода | 20% этилацетата +3% HCl +77% вода | 13,6% СН3СООН | |
| 1 | 0,42 | 6,31 | 2,70 |
| 2 | 0,67 | 7,53 | 2,81 |
| 3 | 0,92 | 9,22 | 3,68 |
| 4 | 1,50 | 10,94 | |
| 5 | 1,75 | 11,11 | |
| 6 | 2,10 | 11,43 |
Теоретический выход из 20% состава этилацетата составляет 13,6% СН3СООН. Сравнение скорости растворения мрамора кислотой, образовавшейся из водного состава этилацетата, со скоростью растворения мрамора уксусной кислотой показывает замедление растворения мрамора в 4-6 раз. При использовании ионов водорода в качестве катализатора реакции омыления этилацетата растворяющая способность состава увеличивается, но замедление скорости растворения мрамора сохраняется.
Пример 2.
В способе кислотной обработки карбонатного коллектора высокотемпературного пласта (50°С) в пласт одновременно закачивают оторочки 40%-ного водного раствора сложного эфира уксусной кислоты, в который вводят 3% соляной кислоты, и воды. Соотношение указанных оторочек составляет 1:4. Осуществляют технологическую выдержку для образования уксусной кислоты в пласте и реакции ее с породами пласта 6 часов и вводят скважину в эксплуатацию.
Пример 3.
В способе кислотной обработки карбонатного коллектора высокотемпературного пласта (90°С) в пласт последовательно закачивают оторочки 20%-ного водного раствора сложного эфира уксусной кислоты, в который вводят 3% соляной кислоты, и воды. Соотношение указанных оторочек составляет 1:1,5. Осуществляют технологическую выдержку для образования уксусной кислоты в пласте и реакции ее с породами пласта 4 часа и вводят скважину в эксплуатацию.
Применение предлагаемого способа экономически выгодно не только с точки зрения эффективности, но и вследствие меньшего объема работ и численности рабочих, удлинения срока службы труб, пакеров и другого оборудования.
Источники информации
1. М.Кристиан и др. Увеличение продуктивности и приемистости скважин. - М.: Недра, 1985, с.53-54.
2. Williams, Gidley and Schechier, 1979, Ch 10, in Acidizing Funamentals, Soc. Petrol. Eng. ofALME, New York, Dallas.
3. RU 2122633 C1, E 21 В 43/27, 27.11.1998, Бюл. №33.
Способ кислотной обработки карбонатного коллектора высокотемпературного пласта, включающий закачку в пласт одновременно или последовательно оторочек водного раствора сложного эфира уксусной кислоты и воды, технологическую выдержку для образования уксусной кислоты в пласте и реакции ее с породами пласта и ввод скважины в эксплуатацию, отличающийся тем, что в качестве указанного раствора используют 20-60%-ный раствор сложного эфира уксусной кислоты, в который вводят 3% соляной кислоты, а соотношение оторочек указанного раствора и воды составляет 1:1,5-4 в зависимости от температуры пласта.
