Способ удаления жидкости из скважины

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, предназначено для удаления воды из газовых, газоконденсатных и нефтяных скважин, а также для вызова притока из пласта и освоения скважин и очистки призабойной зоны пласта от загрязнений. Технический результат - повышение эффективности удаления жидкости из скважины. В способе удаления жидкости из пласта, включающем введение самогенерирующего, пенообразующего состава на забой скважины в виде твердых шашек двух типов различных по составу: основу шашки одного типа составляет нитрит щелочного металла, основу шашки другого типа - сульфаминовая кислота, шашки обоих типов содержат неионогенное поверхностно-активное вещество ПАВ и утяжелитель: хлористый натрий или хлористый калий в количестве, обеспечивающем плотность шашек не менее 1,8 г/см³, при этом по стехиометрии на 1 часть нитрита щелочного металла в первой шашке приходится 1,14 или 1,4 части сульфаминовой кислоты в шашке другого типа. 2 з.п. ф-лы, 1 табл., 1 ил.

 

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, предназначено для удаления воды из газовых, газоконденсатных и нефтяных скважин, а также может найти применение для вызова притока из пласта и освоения скважин и очистки призабойной зоны пласта от загрязнений.

Известен газовыделяющий и пенообразующий состав (RU 2197606), содержащий нитрит натрия - 0,9-20,9; сульфаминовую кислоту - 0,9-16,4; реагент, нейтрализующий сульфаминовую кислоту - 0,2-7,9, пенообразователь - 0,1-2,5, вода - остальное. Компоненты состава доставляются на забой скважины в виде растворов, а это требует специального оборудования и бригады для проведения операции. Устойчивость пены, образованной данным составом, в 2-3 раза меньше устойчивости пены, образованной при доставке компонентов самогенерирущего, пенообразующего состава в виде шашек.

Известен пенообразущий состав для удаления жидкости с забоя скважины (SU 1760095), содержащий превоцел или ОП-10 или сульфонол - 10-15; кристаллическую сульфаминовую кислоту - 12-16; карбонат щелочного, щелочно-земельного металла или аммония - 4-8; сухой лед - остальное. В результате реакции между сульфаминовой кислотой и карбонатом щелочного и щелочно-земельного металла выделяется углекислый газ, растворимость которого в 1 литре воды при нормальном давлении и температуре 20°С составляет 710 см³. Таким образом, углекислый газ, имеющий высокую растворимость, будет находиться частично или полностью в растворенном состоянии в зависимости от конкретных скважинных условиях. Количество углекислого газа, выделяющего при растворении сухого льда, трудно определить, так как часть углекислого газа теряется за время, прошедшее от изготовления стержня до его контакта со скважинной жидкостью, за счет сублимации. Плотность стержней лежит в пределах 1,000-1,002 г/см³, при этой плотности скорость доставки будет 0,1 м/сек, стержни будут доставляться на забой 5-6 час.

Наиболее близким по технической сущности является способ удаления жидкости из скважины (RU 2248443). Удаление жидкости из скважины осуществляют в два этапа: на первом этапе выполняют поршневание верхней части столба жидкости, на втором этапе в скважину вводят водорастворимое пенообразующее вещество со стабилизатором пены и инициатором реакции, а также газообразующее вещество, при этом водорастворимое пенообразующее и газообразующее вещества вводят в скважину сразу после поршневания. В качестве газообразующего вещества применяют карбонат аммония.

Недостатками способа являются:

- дорогостоящее поршневание верхней части столба жидкости;

- выделение в результате реакции углекислого газа, который из-за высокой растворимости будет находиться частично или полностью в растворенном состоянии;

- низкая плотность пенообразующих стержней, длительное время доставки на забой скважины;

- доставка газообразующего вещества - карбоната аммония в виде порошка (трудность сохранения нужной концентрации в заданном интервале).

Задачей данного изобретения является создать способ, повышающий эффективность удаления жидкости из скважины за счет повышения пенообразующий свойств самогенерирующего, пенообразующего состава, за счет технологичности способа: с увеличением плотности шашек увеличивается скорость и время доставки шашек на забой скважины и объем жидкости, вытесненный из скважины определенным количеством шашек.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе удаления жидкости из пласта, включающем введение самогенерирующего, пенообразующего состава на забой скважины в виде двух типов твердых шашек различных по составу: основу шашки первого типа составляет нитрит щелочного металла, основу шашки второго типа - сульфаминовая кислота, шашки обоих типов содержат неионогенное поверхностно-активное вещество ПАВ, кроме того, шашки дополнительно содержат утяжелитель: хлористый натрий или хлористый калий в количестве, обеспечивающем плотность обеих шашек не менее 1,8 г/см³, при этом по стехиометрии на 1 часть нитрита щелочного металла в шашке первого типа приходится 1,14 или 1,4 части сульфаминовой кислоты в шашке второго типа.

Шашки последовательно доставляются на забой скважины: вначале шашки с нитритом щелочного металла, затем шашки с сульфаминовой кислотой в равном количестве по массе, затем дается выдержка для генерации азота и образования пены 1,5-2 часа и скважина пускается на самоизлив.

Объем жидкости, вытесненный из скважины и, соответственно, извлеченный из пласта, рассчитывается по формуле:

V_ж - объем жидкости, л;

V_г - объем газа, генерируемого из шашек, л;

к - кратность пены;

μ_ш - суммарная масса шашек, кг;

100 - коэффициент, определяющий газообразующую способность состава, л/кг, определен экспериментальным путем.

Для исследования использовались:

1. Нитрит натрия - NaNO₂ технический ГОСТ 19906-95, представляет собой белый кристаллический порошок, массовая доля основного вещества 98,5%, растворимость в воде NaNO₂ при 20°С - 82,9 г/100 мл или нитрит калия KNO₂ - ГОСТ- 4144-79, растворимость в воде KNO₂ при 0°С 280 г/100 г.

2. Сульфаминовая кислота - HN₂SO₃Н (ТУ 2121-400-0576-3441-2002) - белый кристаллический порошок, растворимость в воде при 20°С 14,7 г/100 г.

3. Неионогенные ПАВ: оксиэтилированный алкилфенол, марки неонол Аф₉-12 по ТУ 38-507-63-171-91 или Синтанол АЦСЭ-12 - полиоксиэтиленгликолевые эфиры синтетических первичных жирных спиртов фр. C₁₆-C₂₀, ТУ 6-14-819-88 с изм. 1,2.

4. Хлористый натрий - ГОСТ 4233-77, растворимость в воде NaCl при 20°С составляет 35,7 г/100 г или хлористый калий - ГОСТ 4568-95, растворимость в воде KCl при 20°С составляет 34,2 г/100 г.

Ниже приводятся химические реакции взаимодействия сульфаминовой кислоты с нитритом натрия или нитритом калия:

NH₂SO₃H+NaNO₂=NaHSO₂+N₂+Н₂O

NH₂SO₃H+KNO₂=KHSO₄+N₂+H₂O

Поскольку молярная масса сульфаминовой кислоты составляет 97 г/моль, нитрита натрия 69 г/моль, а нитрита калия 85 г/моль, то стехиометрическое соотношение нитрита натрия к сульфаминовой кислоте составляет 1,4, а нитрита калия к сульфаминовой кислоте 1,14, это позволяет выдержать рН в пенообразующем составе в пределах 1,5-3,0, в результате чего реакция между нитритом натрия или калия с сульфаминовой кислотой идет с преимущественным выделением азота.

Шашки цилиндрической формы формировались на гидравлическом прессе, развивающем давление 600 атм. и усилие 10000 кг. Рабочее давление при прессовании поддерживали постоянным, равным 150 кг/см².

Первый тип химических шашек формировался на основе нитрита щелочного металла, неионогенного ПАВ и утяжелителя хлористого натрия или калия (компоненты тщательно перемешивались). Второй тип химических шашек формировался на основе сульфаминовой кислоты, неионогенного ПАВ и утяжелителя - хлористого натрия или калия (компоненты тщательно перемешивались).

Готовые шашки взвешивались на технических весах и измерялись их высота и диаметр.

Плотность шашек определялась по формуле:

р - вес шашки, г;

v - объем шашки, см³;

S - площадь шашки, см²;

h - высота шашки, см.

Скорость движения химических шашек изучалась в водах различной минерализации на модели скважины, представляющей вертикальную трубу внутренним диаметром 42 мм и длиной 2,4 м.

Зависимость скорости оседания шашек от их плотности приведена на чертеже.

Как видно из чертежа химическая шашка при плотности 1,8-2,0 г/см³ достигает скорости 0,5-0,6 м/сек. При глубине скважины 2000 м время доставки на забой скважины составит 50-60 мин.

Время доставки шашки рассчитывалось по формуле:

н - глубина скважин, м;

V - скорость движения шашки, м/сек.

Для определения пенообразующей способности состава в мерный цилиндр на 1 л заливалась вода в количестве 100 мл, затем погружалась шашка первого типа на основе нитрита щелочного металла, затем шашка второго типа на основе сульфаминовой кислоты. В результате реакции между компонентами системы генерировалась пена за счет растворения ПАВ и выделения свободного азота. Изучалась кинетика выделения пены во времени и определялись пенообразующие свойства состава: кратность и устойчивость пены.

Кратность пены - отношение объема образованной пены к исходному объему. Устойчивость пены определяется периодом времени, в течение которого разрушается половина столба пены.

Эффективность удаления жидкости из скважины предлагаемым способом обусловлена тем, что при взаимодействии шашек двух типов выделяется азот, а в присутствии поверхностно-активных веществ образуется пена с высокой кратностью. Высокократная пена имеет плотность в 5-10 раз меньше плотности любой скважинной жидкости (пластовой воды, газового конденсата или нефти), и следовательно, ее использование позволяет существенно снизить давление на пласт, что в свою очередь приводит к выбросу облегченной скважинной жидкости пластовым давлением газа или нефти и тем самым эффективно удаляет жидкость из скважины.

Исследования выносной способности составов проводилось в стендовых условиях по методике, разработанной ВНИИ.

Более подробно сущность заявляемого способа описывается следующими примерами.

Пример 1

Компоненты сначала первой шашки (потом второй) тщательно перемешивали и формировали стержни на гидравлическом прессе при одном давлении 150 кг/см². Размер лабораторных шашек высота - 0,5 см, диаметр - 1,5 см.

Состав первой шашки: 1,85 г (52,9%) нитрита натрия, 0,2 г (5,7%) Аф₉-12, 1,45 г (41,4%) хлористого натрия.

Состав второй шашки: 2,6 г (74,3%) сульфаминовой кислоты, 0,05 г (1,4%) Аф₉-12, 0,85 г (24,3%) хлористого натрия.

На одну часть нитрита натрия в первой шашке приходится 1,4 части сульфаминовой кислоты во второй шашке. Вынос жидкости 100%.

Пример 2

Состав первой шашки: 1,85 г (52,9%) нитрита натрия, 0,2 г (5,7%) Синтанол АЦСЭ-12, 1,45 г (41,4%) хлористого натрия.

Состав второй шашки: 2,6 г (74,3%) сульфаминовой кислоты, 0,05 г (1,4%) Синтанол АЦСЭ-12, 0,85 г (24,3%) хлористого натрия.

На одну часть нитрита натрия в первой шашке приходится 1,4 части сульфаминовой кислоты во второй шашке. Вынос жидкости 100%.

Пример 3

Состав первой шашки: 2,28 г (65,1%) нитрита калия, 0,22 г (6,3%) Аф₉-12, 1,0 г (28,6%) хлористого натрия.

Состав второй шашки: 2,6 г (74,3%) сульфаминовой кислоты, 0,05 г (1,4%) Аф₉-12, 0,85 г (24,3%) хлористого натрия.

На одну часть нитрита натрия в первой шашке приходится 1,14 части сульфаминовой кислоты во второй шашке. Вынос жидкости 100%.

Пример 4

Состав первой шашки: 2,28 г (65,1%) нитрита калия, 0,22 г (6,3%), 1,0 г (28,6%) Синтанол АЦСЭ-12 хлористого натрия.

Состав второй шашки: 2,6 г (74,3%) сульфаминовой кислоты, 0,05 г (1,4%) Синтанол АЦСЭ-12, 0,85 г (24,3%) хлористого натрия.

На одну часть нитрита натрия в первой шашке приходится 1,14 части сульфаминовой кислоты во второй шашке. Вынос жидкости 100%.

Пример 5

Состав первой шашки: 1,85 г (52,9%) нитрита натрия, 0,2 г (5,7%) Аф₉-12, 1,45 г (41,4%) хлористого калия.

Состав второй шашки: 2,6 г (74,3%) сульфаминовой кислоты, 0,05 г (1,4%) Аф₉-12, 0,85 г (24,3%) хлористого калия.

На одну часть нитрита натрия в первой шашке приходится 1,4 части сульфаминовой кислоты во второй шашке. Вынос жидкости 100%.

Пример 6

Состав первой шашки: 2,28 г (65,1%) нитрита калия, 0,22 г (6,3%), 1,0 г (28,6%) Синтанол АЦСЭ-12 хлористого калия.

Состав второй шашки: 2,6 г (74,3%) сульфаминовой кислоты, 0,05 г (1,4%) Синтанол АЦСЭ-12, 0,85 г (24,3%) хлористого калия.

На одну часть нитрита натрия в первой шашке приходится 1,14 части сульфаминовой кислоты во второй шашке. Вынос жидкости 100%.

Эффективность пенообразующей способности составов по примерам 1-6 и плотность химических шашек на их основе в сравнении с протопипом приведена в таблице 1.

Самогенерирующий пенообразующий состав обладает высокими пенообразующими свойствами, а именно кратностью пены от 4 до 6, в 2-4 раза выше по сравнению с прототипом и высокой устойчивостью 40-60 мин, в 4-6 раз больше по сравнению с прототипом. Количество выделяемого газа азота на 1 кг шашек составляет 100 л.

Таким образом, результаты лабораторных испытаний показали (табл.1), что предлагаемая самогенерирующая пенная система обладает более высокой пенообразующей способностью по сравнению с прототипом, что способствует более эффективному выносу пластовой воды из скважины.

Пример расчета объема жидкости, удаленной из скважины на забой. На забой скважины доставлено 200 кг шашек (100 кг на основе нитрита щелочного металла и 100 кг на основе сульфаминовой кислоты). При выделении азота образуется пена с кратностью 4.

В соответствии с формулой 1, объем газа составит 200 кг·100 л/кг=20000 л. Соответственно, объем жидкости, извлеченной из пласта, составит:

Таким образом, предлагаемый способ удаления жидкости из скважины имеет следующие преимущества:

- отсутствие техники и бригады для проведения операции поршневания (свабирования) - экономичность способа;

- сохранение концентрации компонентов самогенерирующей, пенообразующего состава в нужном интервале на забое скважины;

- последовательная доставка двух типов шашек с плотностью не менее 1,8 г/см³ в течение 1-2 часов на забой скважины;

- высокая пенообразующая способность предлагаемого самогенерирующего пенообразующего состава и высокая степень выносящей способности жидкости из скважины;

- расчет объема жидкости, вытесненной (удаленной) из скважины определенным количеством химических шашек.

На практике при плотности шашек 1,8-2,0 г/см³ для достижения скорости оседания 0,5-0,6 м/сек целесообразно применять шашки цилиндрической формы диаметром 2,5-3 см и длиной 10-15 см.

Расчетное количество шашек первого типа, а затем второго типа забрасывают в насосно-компрессорные трубы НКТ через сальник-лубрикатор, установленный на устье скважины, дают выдержку для генерации азота и образования пены (1,5-2 час), которую контролируют по давлению на устье. После достижения максимального значения давления открывают задвижку на НКТ и выполняют излив пены и жидкости из скважины. Скорость падения давления регулируют, не превышая 1,5-2,0 МПа/час. Такая скорость снижения давления обеспечивает постепенное выделение газа из пластовой жидкости и участие пластового газа в технологическом процессе удаления жидкости из скважины.

Таблица 1
№№ п/п	Состав шашек по примеру	Пенообразующая способность	Плотность шашек, г/см3
Кратность	Устойчивость, мин	1 тип шашек	2 тип шашек
1.	Пример 1	6	40	1,95	1,90
2.	Пример 2	4	60	1,95	1,90
3.	Пример 3	6	40	1,93	1,92
4.	Пример 4	4	60	1,94	1,92
5.	Пример 5	6	40	1,85	1,80
6.	Пример 6	4	60	1,83	1,80
7.	Прототип	2	10	1,00	-

1. Способ удаления жидкости из скважины, включающий введение самогенерирующего, пенообразующего состава на забой скважины в виде твердых шашек двух типов различных по составу: основу шашки одного типа составляет нитрит щелочного металла, основу шашки другого типа сульфаминовая кислота, при этом шашки обоих типов содержат неионогенное поверхностно-активное вещество ПАВ, отличающийся тем, что шашки обоих типов дополнительно содержат утяжелитель: хлористый натрий или хлористый калий в количестве, обеспечивающем плотность шашек не менее 1,8 г/см³, при этом по стехиометрии на 1 часть нитрита щелочного металла в шашке одного типа приходится 1,14 или 1,4 части сульфаминовой кислоты в шашке другого типа.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что шашки последовательно доставляются на забой скважины: вначале шашки с нитритом щелочного металла, затем шашки с сульфаминовой кислотой в равном количестве по массе, затем дается выдержка для генерации азота и образования пены 1,5-2 часа и скважина пускается на самоизлив.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что объем жидкости, вытесненный из скважины и соответственно извлеченный из пласта, рассчитывается по формуле

где V_ж - объем жидкости, л;

V_г - объем газа, генерируемого из шашек, л;

к - кратность пены;

μ_ш - суммарная масса шашек, кг;

100 - коэффициент, определяющий газообразующую способность состава, л/кг.