Реагент-добавка к жидкости для глушения скважин
Изобретение относится к области нефтяной и газовой промышленности, в частности к реагентам, используемым в качестве добавки к технологическим жидкостям, в том числе к жидкостям для щадящего глушения скважин, преимущественно к минерализованным (солевым системам). Технический результат - обеспечение «щадящего» глушения, то есть при добавлении реагента в солевые - минеральные растворы обеспечивается их хорошая гидрофобизирующая и деэмульгирующая способность, низкое межфазное натяжение, устойчивость растворов к высаливанию и коагуляции, в том числе в высокоминерализованных растворах. Реагент-добавка содержит катионное поверхностно-активное вещество - четвертичное аммониевое соединение, характеризующееся следующей общей структурной формулой:
где R1 - алкил C8-C18, R2 - СН3, -С2Н5, R3 - Сl, или Вr, или -SO4СН3, причем реагент-добавка содержит смесь четвертичных аммониевых соединений со следующим химическим составом и со следующим их количественным содержанием в смеси, мас.%: соединение (I) с R1 - C8H15 0,1-10, соединение (I) с R1 - C10H21 1-20, соединение (I) с R1 - С12Н23 30-70, соединение (I) с R1 - C14H27 5-30, соединение (I) с R1 - C16H31 1-20, соединение (I) с R1 - C18H35 0,1-5. 2 табл.
Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности, в частности к реагентам, используемым в качестве добавки к технологическим жидкостям, в том числе к жидкостям для щадящего глушения скважин, преимущественно к минерализованным (солевым системам).
Каждая эксплуатационная скважина, как известно, многократно (не реже одного раза в год) подвергается глушению с целью проведения спуска в скважину насосно-компрессорного оборудования, подземных ремонтов, смены насоса, промывки забоя от загрязнений и т.п. В этих условиях повышение качества глушения для проведения ремонтных работ приобретает исключительную важность.
В настоящее время наиболее широкое применение нашли технологические жидкости для глушения на водной основе, представляющие собой технические и пластовые воды, растворы минеральных солей (NaCl, CaCl2, MgCl2, CaBr2 и прочее). Однако использование указанных известных водных растворов приводит, как правило, к ряду негативных последствий в призабойной зоне пласта (ПЗП), а именно: образованию водонефтяных эмульсий, набуханию глинистых материалов породы, глубокой пропитке водой ПЗП, вплоть до образования водной блокады. Все это приводит к значительному увеличению времени выхода скважины на рабочий режим после операций глушения и, как следствие, к потерям в добыче нефти.
Также известен ряд сложных составов для глушения скважин, в рецептуру которых входят четвертичные аммониевые соединения (Патент РФ №2246609, кл. Е21В 43/12, опубл. 2005 г.; Патент РФ №2173772, кл. Е21В 43/26, опубл. 2001 г.). Указанные составы частично решают задачу эффективного глушения скважин и сокращают время выхода скважины на режим работы после операций глушения.
Однако указанные известные составы, содержащие в своей основе четвертичные аммониевые соединения, сложны в приготовлении, а содержащийся в композиции полисахарид, в отсутствие деструкторов, негативно влияет на проницаемость призабойной зоны пласта, и поэтому не всегда обеспечивается быстрый выход скважины на режим добычи после проведения операций глушения.
Известен реагент-добавка к жидкостям для глушения скважин - катионное поверхностно-активное вещество (ПАВ) марки ИВВ-1 (по ТУ 2482-006-48482528-99), представляющий собой гидрофобизатор, получаемый путем конденсации алкилдиметиламина и бензилхлорида с общей структурной формулой: 
где R=С10-C18.
Однако жидкости для глушения скважин, приготовленные с использованием указанного известного реагента, не отличаются высокой эффективностью.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению по назначению является реагент-добавка к жидкости для глушения скважин - катионное ПАВ марки Нефтенол ГФ (по ТУ 2484-035-17197708-97), представляющий собой 50%-ный водный раствор четвертичных аммониевых солей - продуктов квартенизации третичных алкилдиметиламинов с алкильным радикалом C12-C18 и бензилхлорида.
Недостатком указанного известного реагента является также невысокая эффективность и низкая стойкость к солевой агрессии, приводящая к частичному высаливанию реагента из растворов минеральных солей, особенно в высокоминерализованных жидкостях глушения повышенной плотности.
Кроме того, этот известный реагент обладает ограниченной деэмульгирующей способностью из-за недостаточно низкого значения межфазного натяжения. Технический результат, достигаемый предлагаемым изобретением, заключается в создании эффективного реагента, обеспечивающего «щадящее» глушение, то есть при добавлении заявляемого реагента в солевые (минеральные) растворы обеспечивается их хорошая гидрофобизирующая и деэмульгирующая способность, низкое межфазное натяжение, устойчивость растворов к высаливанию и коагуляции, в том числе в высокоминерализованных растворах.
Поставленный технический результат обеспечивается предлагаемым реагентом-добавкой к жидкости для глушения скважин, содержащим катионное поверхностно-активное вещество ПАВ - четвертичное аммониевое соединение, при этом новым является то, что указанное четвертичное аммониевое соединение характеризуется следующей общей структурной формулой:
где R1 - алкил С8-С18;
R2 - СН3, -С2Н5;
R3 - Сl, или Br, или -SO4CH3,
причем реагент-добавка содержит смесь четвертичных аммониевых соединений со следующим химическим составом и со следующим их количественным содержанием в смеси, мас.%:
| соединение (I) с R1 - С8Н17 | 0,1-10 |
| соединение (I) с R1 - С10H21 | 1-20 |
| соединение (I) с R1 - С12Н25 | 30-70 |
| соединение (I) с R1 - С14Н29 | 5-30 |
| соединение (I) с R1 - С16H33 | 1-20 |
| соединение (I) с R1 - C18H37 | 0,1-5 |
Указанный технический результат достигается за счет следующего.
Благодаря использованию в качестве реагента-добавки к жидкости для глушения скважины предлагаемой смеси четвертичных аммониевых соединений указанной общей формулы, обеспечивается хорошая гидрофобизирующая способность жидкости для глушения, ее повышенная деэмульгирующая способность в результате низкого межфазного натяжения на границе с нефтью и высокая стойкость к солевой агрессии.
Полученный результат может быть объяснен с учетом следующих факторов. Первое - выбор в качестве четвертичных алкиламмонийных соединений соединения заявляемой структурной формулы 
(то есть в химической формуле отсутствует бензильный радикал), и второе - смесь четвертичных алкиламмонийных соединений, которая и является заявляемым реагентом-добавкой, представлена широкой композицией химических компонентов (из шести компонентов) с разной молекулярной массой и разной длиной самого длинного алкильного радикала (R1). Вероятно отсутствие в химической формуле у заявляемого реагента бензильного радикала, который имеет, как известно, существенно больший объем по сравнению с метильным или этильным радикалом, облегчает сольватацию катиона аммония, что повышает растворимость предлагаемого реагента в водно-солевых композициях, повышая стойкость реагента к высаливанию и понижая межфазное натяжение.
С другой стороны, известно, что свойства ПАВ существенно зависят не только от их химической природы, но и (в одном гомологическом ряду) от размеров молекулы (молекулярной массы). Как правило, низкомолекулярные катионные ПАВ обладают низким межфазным натяжением, но являются хорошими деэмульгаторами, хорошо растворяются в водно-солевых растворах, а с повышением молекулярной массы нарастает гидрофобизирующая способность, но уменьшается деэмульгирующая способность, увеличивается межфазное натяжение и заметно снижается растворимость в минеральных растворах. Использование в качестве реагента-добавки для жидкостей глушения широкой композиции (смеси) катионных ПАВ (шесть компонентов) заявляемой химической структуры с различной длиной алкильного радикала R1 (разной молекулярной массы) обеспечивает системность свойств за счет синергетического (взаимного усиления) эффекта отдельных компонентов композиции (смеси). И как оказалось, благодаря этому у жидкости для глушения, в которую добавлен этот реагент, обеспечивается хорошая гидрофобизирующая и деэмульгирующая способность, низкое межфазное натяжение, устойчивость композиции к высаливанию и к коагуляции в солевых, в том числе и в высокоминерализованных растворах.
Приготовление заявляемого реагента-добавки можно проводить двумя вариантами.
По первому варианту, берется готовая промышленно выпускаемая смесь третичных аминов, либо смесь предварительно готовится путем смешения третичных алкилдиметиламинов R1N(CH3)2 с необходимым количественным распределением компонентов по длине радикала R1 (С8; С10; C12; С14; C16; C18). Затем по известным методикам, изложенным в источнике: А.А.Абрамсон, Л.П.Зайченко, С.Ф.Файнгольд // Поверхностно-активные вещества. Ленинград, «Химия», 1988 год, проводится алкилирование третичного амина любым алкилирующим агентом (галоидным метилом или этилом - CH3Cl, CH3Br, CH3СН2Br, СН3СН2Cl, или диметилсульфатом - (СН3)2SO4) с образованием заявляемой композиции четвертичных алкиламмонийных соединений.
Например, смесь третичных аминов фирмы КАО Chemical в количестве 100 г с фактическим распределением компонентов, мас.%: C8H17N(CH3)2 - 0,3, C10H21N(CH3)2 - 4,2, С12Н25N(СН3)2 - 65, C14H29N(CH3)2 - 22, C16H33N(CH3)2 - 7,8,
C18H37N(CH3)2 - 0,7, растворяли в 150 г водного 50%-ного изопропилового спирта и по вышеуказанной известной методике проводили алкилирование третичных аминов в указанной смеси 57,0 г диметилсульфата - (СН3)2SO4. В результате получили предлагаемый реагент-добавку в количестве 157 г в виде раствора в 150 г водного изопропилового спирта следующего компонентного состава, мас.%:
По второму варианту предлагаемый реагент-добавка может быть также приготовлен простым смешением готовых компонентов - четвертичных алкиламмонийных соединений, в требуемых пропорциях. Т.е. для этого сначала готовятся по отдельности четвертичные алкиламмонийные соединения необходимого химического состава и химической формулы (методика их приготовления приведена в первом варианте), которые затем смешиваются в заявленном соотношении.
Предлагаемый реагент может использоваться в любой товарной форме, подходящей для введения в жидкость глушения: в сухом виде, причем как индивидуально, так и в смеси с другими реагентами; или в виде раствора в воде; в низкомолекулярных спиртах; в гликолях и тому подобное.
Далее с использованием полученных заявляемых реагентов готовили жидкости для глушения скважин. Для этого в солевой раствор различной плотности вводили заявляемую смесь четвертичных алкиламмонийных соединений и хорошо перемешивали.
Испытания показали, что предлагаемый реагент в указанную жидкость целесообразно вводить в количестве приблизительно 0,1%.
В ходе лабораторных испытаний определяли следующие свойства жидкостей глушения, в которые был введен заявляемый реагент:
- межфазное натяжение на границе керосин - минеральный раствор, содержащий реагент-добавку, мН/м;
- время разрушения эмульсии керосин - минеральный раствор, содержащий реагент-добавку, мин;
- гидрофобизирующую способность (смачиваемость после обработки минеральным раствором, содержащим реагент-добавку, кварцевого песка);
- устойчивость к высаливанию при температуре 20°С.
Межфазное натяжение на границе керосин - раствор CaCl2 (минеральный раствор) с реагентом-добавкой определяли по известной методике с использованием столагмометра марки СТ-1.
Время разрушения эмульсии керосин - минеральный раствор с реагентом-добавкой, определяли следующим образом: равные объемы керосина и минерального раствора по 50 мл интенсивно встряхивали в колбе объемом 250 мл в течение 5 минут, образовавшуюся эмульсию переливали в мензурку и засекали время полного расслоения.
Гидрофобизирующая способность (оценка смачиваемости) пористой среды осуществлялась на установке для измерения кинетики впитывания. В качестве насыпной пористой среды использовался кварцевый песок фракции 0,1-0,2 мм. Выдержка пористой среды в исследуемом растворе при атмосферном давлении и температуре ~20°С составляла 24 ч. В процессе исследований оценивалась гидрофобизирующая способность минерального раствора, представляющего собой раствор NaCl плотностью 1,123 г/см3 с добавлением в него 0,1% по массе предлагаемого реагента. В качестве базы для сравнения гидрофобизирующих свойств жидкостей для глушения, приготовленных с использованием заявляемых реагентов, приведены скорости самопроизвольного впитывания воды в необработанный гидрофильный кварцевый песок. Чем ниже скорость самопроизвольного впитывания воды, тем выше гидрофобизирующая способность жидкости.
Устойчивость к высаливанию определяли визуально после растворения реагента-добавки в солевом растворе в массовой концентрации 0,1%.
Данные о количественном содержании компонентов в предлагаемом реагенте-добавке и известной добавке по прототипу приведены в таблице 1.
Данные о свойствах минеральных растворов, в которые добавлен предлагаемый реагент-добавка (жидкости для глушения) и известная добавка по прототипу, приведены в таблице 2.
Данные, приведенные в таблицах 1 и 2, показывают, что жидкость для глушения, которая приготовлена с использованием предлагаемого реагента-добавки, имеет следующие преимущества перед известными:
- ею обеспечивается хорошая гидрофобизирующая способность (скорость впитывания воды кварцевым песком, обработанным этой жидкостью, приблизительно в 2 раза ниже, чем у прототипа);
- она имеет существенно более высокую деэмульгирующую способность (эмульсия разрушается в течение 1 минуты против 24 часов по прототипу);
- она характеризуется низким межфазным натяжением (на четверть ниже, чем у прототипа);
- имеет высокую устойчивость (полная растворимость) композиции к высаливанию и коагуляции в солевых, в том числе в высокоминерализованных растворах.
Таким образом, заявляемый реагент является композицией, характерирующейся комплексными (системными) свойствами, придаваемыми им жидкостям для глушения: хорошей гидрофобизирующей и деэмульгирующей способностью, низким межфазным натяжением, высокой устойчивостью композиции к высаливанию и коагуляции в солевых, в том числе в высокоминерализованных растворах.
| Таблица 1 | ||||||||
| Данные о количественном содержании компонентов в предлагаемом реагенте-добавке и в известной добавке по прототипу | ||||||||
| №№ опыта | Компоненты реагента: Четвертичные аммониевые соединения общей формулы 
|
|||||||
| Количество компонентов в мол.%, с R1…… | R2 |
|
||||||
| C8H15 | С10Н21 | C12H23 | C14H27 | С16Н31 | С18Н35 | |||
| Для предлагаемого реагента | ||||||||
| 1 | 0,3 | 4,8 | 65 | 22 | 7,8 | 0,7 | CH3 | SO4CH3 |
| 2 | 10 | 20 | 30 | 20 | 15 | 5 | CH3 | Cl |
| 3 | 0,3 | 4,8 | 65 | 22 | 7,8 | 0,7 | CH3 | Br |
| 4 | 0,3 | 4,8 | 65 | 22 | 7,8 | 0,7 | C2H5 | Cl |
| 5 | 10 | 20 | 30 | 20 | 15 | 5 | C2H5 | Br |
| 6 | Нефтенол ГФ |
Реагент-добавка к жидкости для глушения скважин, содержащий катионное поверхностно-активное вещество ПАВ - четвертичное аммониевое соединение, отличающийся тем, что указанное четвертичное аммониевое соединение характеризуется следующей общей структурной формулой:
где R1 - алкил C8-C18;
R2 - СH3, -C2H5;
R3 - Сl или Вr, или -SO4CH3,
причем реагент-добавка содержит смесь четвертичных аммониевых соединений со следующим химическим составом и со следующим их количественным содержанием в смеси, мас.%:
| соединение (I) с R1 - C8H15 | 0,1-10 |
| соединение (I) с R1 - C10H21 | 1-20 |
| соединение (I) с R1 - C12H23 | 30-70 |
| соединение (I) с R1 - C14H27 | 5-30 |
| соединение (I) с R1 - C16H31 | 1-20 |
| соединение (I) с R1 - C18H35 | 0,1-5 |
