Способ улучшения проницаемости подземной нефтеносной формации

Способ улучшения проницаемости подземной нефтеносной формации

Реферат

Настоящее заявка претендует на приоритет по предварительной заявке на патент США №60/155983, поданной 24 сентября 1999 г.

В общем, настоящее изобретение относится к композициям и способам улучшения приемистости водонагнетательных скважин, восстанавливающих таким образом проницаемость формации и увеличивающих нефтеотдачу с использованием способов заводнения.

Нефть обычно добывают из подземных формаций с помощью проникновения в формацию и установления сообщения жидкости с одной или несколькими скважинами и откачивая насосом или давая возможность нефти растекаться по поверхности. Такой способ добычи, называемый первичной добычей, обычно дает возможность получения только 20-30% нефти, существующей в формации.

После завершения первичной добычи часто требуются вторичные методы добычи, такие как способы заводнения. Вторичная добыча осуществляется с помощью проникновения в формацию через нагнетательную скважину и установления сообщения жидкости. Затем в нагнетательную скважину закачивают воду или пар и нефть, и воду получают в эксплуатационной скважине. Однако в действительности нефтеотдача в водных скважинах является низкой. Более конкретно, в пористой подземной нефтеносной формации поры в области, смежной со стволом скважины, имеют тенденцию забиваться синтетическими и биологическими веществами, которые ограничивают ток водных жидкостей, таких как вытесняющая жидкость, в нагнетательную скважину в способе добычи нефти. Со временем накопление засоряющих материалов становится достаточным для существенного снижения реальной проницаемости формации для вытесняющей жидкости, что сильно снижает добычу нефти.

Различные способы предлагались для улучшения приемистости водонагнетательных скважин для использования в некоторых способах заводнения там, где из-за присутствия остаточной нефти в объеме пор формации существует низкая проницаемость формации для воды по сравнению с абсолютной проницаемостью формации. Например, в патенте США №4690217 описан способ улучшения приемистости водонагнетательных скважин, который включает закачивание в скважину водной жидкости, содержащей эффективное количество поверхностно-активного агента. В соответствии с данным документом использовались анионные поверхностно-активные вещества.

В патенте США №4464268 описан способ восстановления проницаемости нагнетательных скважин, которые были засорены полимерным остатком и/или органическим мусором. Способ включает обработку скважины в течение промежутка времени водным раствором, содержащим пероксид водорода и кислоту, выбранную из группы, состоящей из хлористоводородной, фтористоводородной и уксусной кислот, и, необязательно, поверхностно-активное вещество.

В патенте США №5374361 описана композиция для очистки стволов скважин, которая включает алкилполигликозид и соповерхностно-активное вещество, которое выбирают из линейного алкилэтоксилата или алкилфенилэтоксилата, и каустическую соду.

В патенте США №5830831 описана композиция для очистки ствола скважины, которая состоит по существу из первого поверхностно-активного вещества, которое представляет собой алкилполигликозид, и второго поверхностно-активного вещества, состоящего по существу из по крайней мере одного алкилполигликозида и линейного этоксилированного спирта.

В патенте США №4514310 описан способ обработки ствола скважины композицией, содержащей в основной части неводный растворитель, содержащий по крайней мере 50% по весу N-метил-2-пирролидона.

В патенте США №4668408 описана композиция для обработки ствола буровой скважины, содержащего парафин. Композиция включает жидкую смесь водорастворимого этоксилированного алкилфенола и спирта, содержащего от одного до четырех атомов углерода.

В патенте США №5501276 описаны способ и композиция для удаления огеленной и дегидратированной буровой жидкости и глинистой корки на стенках стволов буровых скважин. Композиция включает водный раствор сахара, выбранного из моно-, ди- и триглицеридов и их смесей.

Наконец, в патенте США №5678631 описана химическая добавка для очистки стволов буровых скважин, которая включает простой аминоэфир, алкеновый спирт и воду.

Задачей настоящего способа является разработка усовершенствованного и благоприятного для окружающей среды способа восстановления проницаемости для нагнетательных скважин, которые засорены различным биологическим и синтетическим органическим мусором и для улучшения общей скорости извлечения методов вторичной добычи. Эти и другие задачи реализуются с помощью способа и композиции по настоящему изобретению.

Настоящее изобретение, в общем, относится к способу восстановления проницаемости пористой нефтеносной формации, улучшая таким образом приемистость скважин при нагнетании воды, приводя к увеличению отдачи нефти. Способ изобретения обычно включает обработку указанной формации композицией, которая включает комбинацию по крайней мере одного неионного поверхностно-активного соединения с по крайней мере одним катионным поверхностно-активным соединением, при соотношении и в концентрации, эффективных для восстановления проницаемости формации.

Способ и композиция настоящего изобретения могут использоваться для удаления остатков от бурения, осадков, грязи, парафина, илистых отложений, биологических или синтетических твердых веществ и тому подобного из области формации, прилегающей к стволу буровой нагнетательной скважины, восстанавливая, таким образом, проницаемость подземной формации. Способ обычно включает обработку формации композицией, которая включает комбинацию по крайней мере одного неионного поверхностно-активного вещества с по крайней мере одним катионным поверхностно-активным веществом в определенном соотношении таким образом, что улучшается проницаемость подземной нефтеносной формации, увеличивая таким образом нефтеотдачу. Композиция настоящего изобретения также эффективна для очистки частично закупоренных или засоренных буровых скважин.

Неионное поверхностно-активное вещество настоящей композиции предпочтительно выбирают из группы, состоящей из алканоламидов, алкоксилированных спиртов, алкоксилированных аминов, алкилфенилполиэтоксилатов, лецитина, гидроксилированного лецитина, эфиров жирных кислот, сложных эфиров глицерина и их этоксилатов, сложных эфиров гликоля и их этоксилатов, сложных эфиров пропиленгликоля, сорбита, этоксилированного сорбита, полигликозидов этоксилированного сорбита и тому подобного и их смесей. Алкоксилированные спирты, предпочтительно этоксилированные спирты, необязательно в сочетании с алкилполигликозидами являются наиболее предпочтительными неионными поверхностно-активными веществами.

Этоксилированный спирт, который можно использовать в контексте настоящего изобретения, предпочтительно представляет собой этоксилированный линейный или разветвленный спирт, содержащий от 8 до 18 атомов углерода, подвергнутый взаимодействию с 2-12 молями этиленоксида. Особенно предпочтительными являются этоксилированные спирты следующего общего спирта:

R-O-(CH₂CH₂O)_z-H (I)

где R представляет собой С₈-С₃₀ насыщенную или ненасыщенную, разветвленную или линейную алкильную группу, или алкилфенильную группу формулы , где А представляет собой С₈-С₃₀ насыщенный или ненасыщенный, разветвленный или линейный алкил, предпочтительно C₉-C₁₂ линейный или разветвленный алкил, a z представляет собой целое число от 1 до 30.

Особенно предпочтительными являются следующие спирты: лауриловый спирт, этоксилированный 3 молями этиленоксида (ЕО), кокосовый спирт, этоксилированный 3 молями ЕО, стеариловый спирт, этоксилированный 5 молями ЕО, смешанный С₁₂-С₁₅ спирт, этоксилированный 7 молями ЕО, смешанный вторичный С₁₁-С₁₅ спирт, этоксилированный 7 молями ЕО, смешанный С₉-С₁₁ линейный спирт, этоксилированный 6 молями ЕО, С₉-С₁₁ спирт, этоксилированный 4 молями ЕО, и т.п. Сужая диапазон, особенно предпочтительными являются этоксилаты с меньшим распределением. Неионный поверхностно-активный компонент настоящего изобретения может быть получен разными способами в соответствии с предшествующим уровнем развития данной области, известным специалисту в данной области. Альтернативно, многие неионные вещества, полезные в контексте настоящего изобретения, являются коммерчески доступными.

Предпочтительное полиалкилгликозидное неионное поверхностно-активное вещество представлено ниже формулами III или IV:

где R₄ представляет собой линейную или разветвленную алкильную или алкенильную группу, содержащую от 8 до 21 атомов углерода, G представляет собой остаток моносахарида, и х и y выбирают из числа, составляющего от 1 до 5;

где R₄ представляет собой линейную или разветвленную алкильную или алкенильную группу, содержащую от 8 до 21 атомов углерода, R₅ представляет собой водород или линейную или разветвленную алкильную или алкенильную группу, содержащую от 8 до 21 атомов углерода, G представляет собой остаток моносахарида, и х и y - число от 1 до 5.

Катионные поверхностно-активные вещества настоящего изобретения предпочтительно выбирают из первичных, вторичных и третичных аминов, сложных аминоэфиров, амидоаминов, четвертичных солей аммония, содержащих сложный эфир соединений четвертичного аммония, амидоаминных соединений четвертичного аммония, солей алкилпиридиния и тому подобного. Наиболее предпочтительным катионным поверхностно-активным веществом является соединение четвертичного аммония. Класс соединений четвертичного аммония, которые пригодны для применения в контексте настоящего изобретения, представлен общей формулой:

где R₁ представляет собой насыщенную или ненасыщенную, разветвленную или линейную алкильную группу, содержащую 8-22 атома углерода, предпочтительно кокоалкил; R₂ представляет собой С₈-С₁ алкильную группу, 2-этилгексил, гидроксиэтил, гидроксипропил, предпочтительно метил, этил или пропил; R₃ выбирают из R₁, R₂ или группы формулы:

где R₅ и R₆ независимо выбирают из водорода или С₁-С₆ алкильной группы, и m+n представляет собой целое число от 2 до 80; R₄ выбирают из R₂ или R₃; и X^- представляет собой анион.

Предпочтительные анионы включают, но не ограничены ими, Cl- и метилсульфат (MeSO

-

4

), ацетат и т.п.

Катионный поверхностно-активный компонент настоящего изобретения предпочтительно представляет собой бис-этоксилированные соединения четвертичного аммония, включая, но не ограничиваясь ими: хлорид стеарилметилбис(этокси)аммония (12 молей ЕО), этилсульфат стеарилэтилбис(этокси)аммония (15 молей ЕО), метилсульфат(производное твердого жира)метилбис(этокси)аммония (15 молей ЕО), метилсульфат (производное твердого жира)этилбис(этокси)аммония (15 молей ЕО), хлорид(производное гидрированного твердого жира)метилбис (этокси)аммония (15 молей ЕО), хлорид кокометилбис(этокси)аммония (20 молей ЕО) и т.п. В контексте настоящего изобретения также можно использовать смеси данных соединений. Дополнительно, в вышеприведенном описании, количество этоксилирования представляет собой общее этоксилирование молекулы. Специалисту в данной области будет очевидно, что данные значения могут изменяться, сохраняя при этом суть и объем настоящего изобретения. Кроме того, специалисту в данной области будет очевидно, что значения типа могут изменяться, но их объединенная сумма оказывает сильное влияние на ГЛБ (гидрофильно-липофильный баланс). Соединения аммония по настоящему изобретению предпочтительно имеют ГЛБ от 14,00 до 22,00 и являются гидрофильными. Особенно предпочтительным катионным поверхностно-активным компонентом является хлорид четвертичного кокометилбис[этоксилированного] (15)аммония, доступный от Akzo Nobel Chemicals, Inc. под торговой маркой Etho-quad® C/25.

Вместе с композицией настоящего изобретения можно использовать растворитель или смесь растворителей. При использовании растворителя его предпочтительно выбирают из группы, которая включает, но не ограничивается, воду, низшие спирты, такие как метанол, этанол, 1-пропанол, 2-пропанол и т.п., гликоли, такие как этиленгликоль, пропиленгликоль, диэтиленгликоль, дипропиленгликоль, полиэтиленгликоль, полипропиленгликоль, блоксополимеры полиэтиленгликоль-полиэтиленгликоль и т.п., и простые эфиры гликоля, такие как 2-метоксиэтанол, монометиловый простой эфир диэтиленгликоля и т.п.

Композиция настоящего изобретения также может содержать различные необязательные ингредиенты, такие как ингибиторы коррозии, ингибиторы образования отложений, биоциды и т.п.

Соотношение по крайней мере одного неионного поверхностно-активного вещества к указанному по крайней мере одному катионному поверхностно-активному веществу обычно находится в диапазоне от 4:1 до 1:4, более предпочтительно, от 3:1 до 1:3 по весу.

В одном варианте осуществления настоящее изобретение относится к способу улучшения проницаемости нефтеносной формации, предусматривающему обработку указанной формации композицией, которая включает 20-80% этоксилированного спирта, 10-60% соединения четвертичного аммония, возможно вплоть до 30% алкилгликозида и, возможно, растворитель.

В другом варианте осуществления настоящее изобретение относится к способу улучшения проницаемости нефтеносной формации, предусматривающему обработку указанной формации композицией, которая включает 25-65% этоксилированного спирта, 20-60% соединения четвертичного аммония и, возможно, вплоть до 30% алкилгликозида и, необязательно, растворитель.

Еще в одном варианте осуществления изобретение относится к способу очистки пористой формации и прилегающего ствола буровой скважины от синтетических загрязнений и загрязнений нефтяной основы, предусматривающий обработку указанной формации и ствола скважины композицией, которая включает по меньшей мере один этоксилированный линейный или разветвленный спирт, содержащий от 8 до 18 атомов углерода, приведенный во взаимодействие с 2-12 молями этиленоксида, по крайней мере одно соединение четвертичного аммония и, возможно, по крайней мере алкилполигликозид (АГГ).

Изобретение также относится к различным композициям, используемым для восстановления нефтеносных формаций и для очистки ствола нагнетательных буровых скважин.

Эффективная концентрация поверхностно-активной композиции настоящего изобретения в закачиваемом растворе будет изменяться между примерно 0,1 и 10% по весу водной жидкости и поверхностно-активной композиции, предпочтительно между примерно 0,1 и 5% по весу. Количество закачиваемого раствора, необходимого для очистки от закупоривающих материалов из области формации вблизи ствола скважины, легко может быть определено обычным специалистом в данной области. Однако обычно объем закачиваемого раствора будет составлять менее 1% пространственного объема пор нефтесодержащего коллектора между нагнетательной скважиной и эксплуатационной скважиной.

При обработке скважины в соответствии с настоящим изобретением следует использовать достаточное количество раствора для заполнения ствола скважины и для заполнения пористой формации раствором на расстоянии от примерно одного фута (30,48 см) до примерно двадцати футов или более (6,096 м) от стенки коллектора. Обычно для достижения хороших результатов достаточной является обработка пористой формации на расстоянии от примерно одного (30,48 см) до примерно четырех футов (121,92 см). После того, как в скважину закачивают композицию по настоящему изобретению, скважину оставляют на период времени от примерно 2 часов до примерно 96 часов или более. Обычно промежуток от 10 до примерно 36 часов является достаточным временем для того, чтобы композиция по настоящему изобретению диффундировала в поры формации и удалила закупоривающие материалы. Скважину затем можно либо обработать противотоком для удаления композиции по изобретению и удаления закупоривающих материалов, либо закачиваемая жидкость может использоваться для перемещения и/или удаления закупоривающих материалов.

Альтернативно, скважину можно обработать по методу непрерывного потока с использованием циркуляции композиции настоящего изобретения вниз по трубопроводу ствола скважины и наружу через кольцо в течение промежутка времени, достаточного для того, чтобы композиция для обработки диффундировала в формацию для взаимодействия с закупоривающими материалами и их удаления. Обрабатывающий поток обычно циркулирует в течение от примерно 2 часов до примерно 96 часов или более, предпочтительно от примерно 10 до примерно 36 часов. Это обычно является достаточным временем для диффундирования композиции по настоящему изобретению в поры формации и удаления закупоривающих материалов, хотя специалисту в данной области будет очевидно, что данное время может значительно изменяться в зависимости от формации и разновидности закупоривающих материалов. Как отмечено ранее, скважину затем либо обрабатывают противотоком для удаления композиции по изобретению и удаления закупоривающих материалов, либо закачиваемая жидкость может использоваться для перемещения и/или удаления закупоривающих материалов.

После обработки закачивание жидкости можно продолжать, и нефть и водные жидкости получают в эксплуатационной скважине.

Для использования композиции настоящего изобретения для обработки стволов буровых нагнетательных скважин композиция может периодически или непрерывно циркулировать в стволе скважины для растворения и рассеивания нежелательных накоплений и для обработки поверхностей для предотвращения дальнейших накоплений. Эффективное чистящее ствол скважины количество композиции по настоящему изобретению для использования в стволе скважины изменяется в зависимости от количества удаляемых обломков, количества парафинов и т.д. в сырой нефти, производительности, температуры скважины и других факторов, которые без труда очевидны для специалистов в данной области.

Для непрерывной обработки стволов скважин композиция настоящего изобретения может циркулировать в формации при примерной норме от 50 до 500 частей на миллион из расчета на добычу нефти. Циркуляция композиции может достигаться с помощью накачивания ее насосом через внешнюю сторону обсадной колонны приемной стороны нефтепровода.

Для периодической обработки композицию по изобретению можно добавлять при норме 1-5 галлонов (4,54-22,7 л) каждые 5-10 дней. Циркуляция может осуществляться либо во время закачивания или при остановке добычи.

Другие способы улучшения проницаемости подземных формаций и обработки стволов скважин композициями по настоящему изобретению известны обычному специалисту в данной области.

1. Способ улучшения проницаемости нагнетательных скважин в нефтеносной формации путем восстановления проницаемости указанной нефтеносной формации, предусматривающий обработку указанной формации композицией, включающей, по меньшей мере, одно неионное поверхностно-активное вещество и, по меньшей мере, одно катионное поверхностно-активное вещество в количестве и концентрации, эффективных для улучшения проницаемости указанной формации, где указанное, по меньшей мере, одно неионное поверхностно-активное вещество выбирают из группы, состоящей из алканоламидов, алкоксилированных спиртов, алкоксилированных аминов, алкилфенилполиэтоксилатов, лецитина, гидроксилированного лецитина, эфиров жирных кислот, сложных эфиров глицерина и их этоксилатов, сложных эфиров гликоля и их этоксилатов, сложных эфиров пропиленгликоля, сорбита, этоксилированного сорбита, полигликозидов и их смесей, и указанное, по меньшей мере, одно катионное поверхностно-активное вещество является соединением этоксилированного четвертичного аммония.

2. Способ по п.1, где указанное, по меньшей мере, одно неионное поверхностно-активное вещество представляет собой этоксилированный линейный или разветвленный спирт формулы

где R представляет собой С₈-С₃₀ насыщенный или ненасыщенный, разветвленный или линейный алкил или алкилфенильную группу формулы

где А представляет собой С₈-С₃₀ насыщенный или ненасыщенный, разветвленный или линейный алкил, a z представляет собой целое число от 1 до 30.

3. Способ по п.2, где А представляет собой насыщенный или ненасыщенный, разветвленный или линейный С₉-С₁₂ алкил.

4. Способ по п.2, где указанный этоксилированный спирт является, по меньшей мере, одним, выбранным из лаурилового спирта, этоксилированного 3 моль этиленоксида (ЕО), кокосового спирта, этоксилированного 3 моль ЕО, стеарилового спирта, этоксилированного 5 моль ЕО, смешанного С₁₂-С₁₅ спирта, этоксилированного 7 моль ЕО, смешанного вторичного С₁₁-С₁₅ спирта, этоксилированного 7 моль ЕО, смешанного С₉-С₁₁ линейного спирта, этоксилированного 6 моль ЕО, С₉-С₁₁ спирта, этоксилированного 4 моль ЕО, и их смесей.

5. Способ по п.1, где указанное, по меньшей мере, одно катионное поверхностно-активное вещество представляет собой соединение этоксилированного четвертичного аммония общей формулы (II)

где R₁ представляет собой насыщенную или ненасыщенную, разветвленную или линейную алкильную группу, содержащую 8-22 атома углерода, R₂ представляет собой С₁-С₆ алкильную группу, 2-этилгексил, гидроксиэтил или гидроксипропил, R₃ выбирают из R₁, R₂ или группы формулы

где R₅ и R₆ независимо выбирают из водорода или С₁-С₆ алкильной группы, и m+n представляет собой целое число, равное от 2 до 80; R₄ выбирают из R₂ или R₃ и X^- представляет собой анион.

6. Способ по п.1, где указанная композиция включает комбинацию (i) по меньшей мере, одного этоксилированного линейного или разветвленного спирта, содержащего от 8 до 18 атомов углерода, подвергнутого взаимодействию с 2-12 моль этиленоксида; (ii) по меньшей мере, одного соединения четвертичного аммония общей формулы II

где R₁ представляет собой насыщенную или ненасыщенную, разветвленную или линейную алкильную группу, содержащую 8-22 атома углерода, R₂ представляет собой С₁-С₆ алкильную группу, 2-этилгексил, гидроксиэтил, гидроксипропил; R₃ выбирают из группы формулы

где R₅ и R₆ независимо выбирают из водорода или C₁-C₆ алкильной группы, и m+n представляет собой целое число, равное от 2 до 80; R₄ выбирают из R₂ или R₃ и X^- представляет собой анион, и (iii) до 30% по весу, по меньшей мере, одного (поли)алкилгликозида.

7. Способ по п.6, где указанный этоксилированный спирт является, по меньшей мере, одним из лаурилового спирта, этоксилированного 3 моль этиленоксида (ЕО), кокосового спирта, этоксилированного 3 моль ЕО, стеарилового спирта, этоксилированного 5 моль ЕО, смешанного С₁₂-С₁₅ спирта, этоксилированного 7 моль ЕО, смешанного вторичного С₁₁-С₁₅ спирта, этоксилированного 7 моль ЕО, смешанного С₉-С₁₁ линейного спирта, этоксилированного 6 моль ЕО, С₉-С₁₁ спирта, этоксилированного 4 моль ЕО, и их смесей.

8. Способ по п.6, где R₁ представляет собой кокоалкил, m+n=15, R₂ представляет собой метил, R₅ и R₆ оба представляют собой Н и X^- представляет собой Сl^- или метилсульфат.

9. Способ по п.6, где указанное соединение четвертичного аммония является, по меньшей мере, одним из хлорида стеарилметилбис(этокси)аммония (12 моль ЕО), этилсульфата стеарилэтилбис(этокси)аммония (15 моль ЕО), метилсульфата (производное твердого жира)метилбис(этокси) аммония (15 моль ЕО), метилсульфата(производное твердого жира)этилбис(этокси)аммония (15 моль ЕО), хлорида(производное гидрированного твердого жира)метилбис(этокси) аммония (15 моль ЕО), хлорида кокометилбис(этокси)аммония (20 моль ЕО) и их смесей.

10. Способ по п.6, где гидрофильно-липофильный баланс соединения четвертичного аммония составляет от примерно 14,00 до 22,00.

11. Способ по п.6, где указанная композиция дополнительно включает вплоть до 30% полиалкилгликозида формулы III или IV:

где R₄ представляет собой линейную или разветвленную алкильную или алкенильную группу, содержащую от 8 до 21 атомов углерода, G представляет собой остаток моносахарида и х и у выбирают из чисел от 1 до 5;

где R₄ представляет собой линейную или разветвленную алкильную или алкенильную группу, содержащую от 8 до 21 атомов углерода, R₅ представляет собой водород или линейную или разветвленную алкильную или алкенильную группу, содержащую от 8 до 21 атомов углерода, G представляет собой остаток моносахарида и х и у выбирают из чисел от 1 до 5.

12. Способ по п.1, где указанная композиция дополнительно включает один или несколько растворителей.

13. Способ по п.12, где указанный растворитель выбирают из, по меньшей мере, одного из воды, низших спиртов, простых эфиров гликоля и их смесей.

14. Способ по п.13, где указанный растворитель выбирают из группы, состоящей из метанола, этанола, 1-пропанола, 2-пропанола, гликолей, таких, как этиленгликоль, пропиленгликоль, диэтиленгликоль, дипропиленгликоль, полиэтиленгликоль, полипропиленгликоль, блоксополимеры полиэтиленгликоль-полиэтиленгликоля, и их смесей.

15. Способ по п.1, где соотношение, по меньшей мере, одного неионного поверхностно-активного вещества к указанному, по меньшей мере, одному катионному поверхностно-активному веществу находится в диапазоне от 4:1 до 1:4.

16. Способ по п.15, где указанную композицию, включающую указанное, по меньшей мере, одно неионное поверхностно-активное вещество и указанное, по меньшей мере, одно катионное поверхностно-активное вещество, разбавляют до концентрации от примерно 0,1% до примерно 10% по весу перед введением в формацию.