2258136 - Жидкость-песконоситель для гидравлического разрыва пласта

Жидкость-песконоситель для гидравлического разрыва пласта

Иллюстрации

Показать все

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к жидкостям-песконосителям для гидравлического разрыва пласта (ГРП). Техническим результатом является повышение пескоудерживающей способности жидкости-песконосителя за счет увеличения вязкости и стабильности, что обеспечивает снижение ее расхода, объемной скорости закачивания, и как следствие уменьшение количества используемых технических средств и оборудования при проведении ГРП, повышение показателя восстановления проницаемости продуктивного пласта за счет предотвращения загрязнения его призабойной зоны. Жидкость-песконоситель для ГРП, состоящая из углеводородной жидкости, катионоактивного поверхностно-активного вещества - продукта производства ланолина, полученного путем переработки шерстного жира, и водной фазы, содержит в качестве указанного катионоактивного поверхностно-активного вещества эмульгатор СПЛ, а в качестве водной фазы - водный раствор хлорида кальция плотностью 1010-1020 кг/м³ при следующем соотношении ингредиентов, мас.%: углеводородная жидкость 20-25, эмульгатор СПЛ 0,5-1,5, указанный раствор хлорида кальция - остальное. Жидкость-песконоситель в качестве углеводородной жидкости содержит газовый конденсат или дизельное топливо, или нефть. 1 з.п. ф-лы, 2 табл.

Реферат

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к жидкостям-песконосителям для гидравлического разрыва пласта (ГРП).

Анализ существующего уровня техники показал следующее:

- известна жидкость-песконоситель для ГРП, содержащая нефть, пластовую воду и добавку - соапсток - отход масложирового производства при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:

Нефть	20,03-21,60
Соапсток - отход масложирового производства	0,60-1,33
Пластовая вода общей минерализации не менее 262 г/л	остальное,

(см. патент РФ №2061853 от 09.11.1993 г. по кл. Е 21 В 43/12, 43/26 опубл. в ОБ №16, 1996 г.).

Ввиду этого получаемая обратная эмульсия имеет низкую вязкость, повышенную фильтрацию в пласт и низкую стабильность, то есть быстро расслаивается на воду и более концентрированную эмульсию, что является причиной низкой пескоудерживающей способности. При быстром расслоении ее вязкость по объему будет неоднородной и песок из данной жидкости-песконосителя будет выпадать в осадок в отделившемся фильтрате, а последний, проникая в продуктивный пласт, будет загрязнять его призабойную зону, что приводит к снижению показателя восстановления проницаемости продуктивного пласта;

- известен эмульсионный состав для ГРП, проявляющий свойства жидкости-песконосителя, содержащий углеводородную фазу, маслорастворимый эмульгатор, понизитель фильтрации - конденсированную сульфит-спиртовую барду или лигносульфат, водную фазу - пресную или минерализованную воду и фазу раствор водорастворимого полимера на пресной или минерализованной воде при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:

Углеводородная фаза: дизельное топливо или газоконденсат, или нефть	5-25
Маслорастворимый эмульгатор: эмультал или нефтенол-НЗ, или нефтехимеко-1, или ЭС-2	0,3-5,0
Конденсированная сульфитно-спиртовая барда или лигносульфонат	0,1-1,0
Раствор водорастворимого полимера, приготовленный на пресной или минерализованной воде, содержащий 0,3-1,0 мас.% ПАА или КМЦ	5-25
Водная фаза: вода пресная или минерализованная	остальное,

(см. патент РФ №2097547 от. 19.09.1996 г. по кл. Е 21 В 43/26 опубл. в ОБ №33, 1997 г.).

Недостатком указанного состава является низкий показатель восстановления проницаемости продуктивного пласта.

Обусловлено это следующими причинами: водорастворимые полимеры - полиакриламид или КМЦ, при разложении полученной эмульсии в поровом пространстве расклинивающего агента или продуктивного пласта адсорбируются на стенках пор, особенно в условиях высокой минерализации воды (высаливаются). Гидрофильные поверхности стенок пор эффективно адсорбируют водный раствор полимеров и образуют прочные адсорбционные связи. Из-за этого при промывке продуктивного пласта не удается удалить эти пленки. За счет этого уменьшается объем порового пространства и снижается проводимость трещины. С другой стороны, полиакриламид совместно с высококонцентрированным водным раствором хлорида кальция или с минерализованной водой очень быстро после приготовления состава образует высоковязкие и прочные гели, которые после проведения ГРП практически полностью кольматируют поровое пространство в расклинивающем агенте и в продуктивном пласте, адсорбируются на стенках пор, таким образом происходит загрязнение призабойной зоны продуктивного пласта, что значительно снижает показатель восстановления проницаемости продуктивного пласта. К тому же очень высокая вязкость таких составов (см. описание к патенту, таблица 2, примеры ) делает их нетекучими, что затрудняет их использование при ГРП; в качестве прототипа взята жидкость-песконоситель для гидравлического разрыва пласта, содержащая ингредиенты, мас.%:

Газовый конденсат	15,22
РЭМ	0,50
Пластовая вода	84,28,

(см. Ю.М.Басарыгин, П.П.Макаренко, В.Д.Мавромати. Ремонт газовых скважин. М., ОАО «Издательство Недра», 1998, с. 19, 169-172). Количество реагентов пересчитаны авторами.

Катионоактивное поверхностно-активное вещество - эмульгатор РЭМ является продуктом омыления триэтаноламином отхода при переработке кислот шерстного жира для получения ланолина с общей формулой

RCON(C₂H₄OH)₂,

где R - радикал кислот шерстного жира.

Недостатками указанной жидкости-песконосителя является ее низкая пескоудерживающая способность и невысокий показатель восстановления проницаемости продуктивного пласта. Обусловлено это следующими причинами: указанная жидкость-песконоситель представляет собой обратную эмульсию. РЭМ хорошо растворяется в углеводородных жидкостях и чуть хуже в воде. Он не образует стабильную обратную эмульсию, так как для образования стабильной обратной эмульсии необходимо, чтобы у эмульгатора действие неполярной группы молекулы преобладало над действием полярной группы. Другими словами, эмульгатор препятствует слипанию (коалесценции) капелек дисперсной фазы только тогда, когда он находится у поверхности с наружной стороны капельки воды, то есть лучше растворяется в дисперсионной среде. В указанной жидкости-песконосителе этого не происходит. Поэтому при эмульгировании на границе раздела фаз образуются маловязкие и непрочные слои эмульгатора. Как следствие этого указанная жидкость-песконоситель имеет невысокую вязкость, повышенную фильтрацию и низкую стабильность, то есть быстро расслаивается, что в свою очередь приводит к снижению пескоудерживающей способности (см. пример №22 акта испытаний). При закачивании в скважину жидкости-песконосителя с песком происходит ее расслоение, что может вызвать преждевременное выпадение песка в осадок в отделившемся фильтрате и неполное закрепление трещины. Проникая в продуктивный пласт, отделившийся фильтрат загрязняет его призабойную зону, что снижает показатель восстановления проницаемости продуктивного пласта. Быстрое расслоение жидкости-песконосителя не позволяет готовить ее на скважине заранее. Невысокая пескоудерживающая способность вызывает необходимость увеличения ее расхода и объемной скорости закачивания в скважину при проведении ГРП и приводит к увеличению количества технических средств и оборудования при проведении ГРП.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении предлагаемого изобретения, сводится к следующему:

- повышается пескоудерживающая способность жидкости-песконосителя за счет увеличения вязкости и стабильности, что обеспечивает снижение ее расхода, объемной скорости закачивания и как следствие уменьшение количества используемых технических средств и оборудования при проведении ГРП;

- повышается показатель восстановления проницаемости продуктивного пласта за счет предотвращения загрязнения его призабойной зоны.

Технический результат достигается с помощью известной жидкости-песконосителя для ГРП, состоящей из углеводородной жидкости, катионоактивного поверхностно-активного вещества - продукта производства ланолина, полученного путем переработки шерстного жира, и водной фазы, которая в качестве катионоактивного поверхностно-активного вещества содержит эмульгатор СПЛ, а в качестве водной фазы - водный раствор хлорида кальция плотностью 1010-1020 кг/м³ при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:

Углеводородная жидкость	20-25
Эмульгатор СПЛ	0,5-1,5
Указанный раствор хлорида кальция	остальное.

Жидкость-песконоситель в качестве углеводородной жидкости содержит газовый конденсат или дизельное топливо, или нефть.

Заявляемая жидкость-песконоситель соответствует условию «новизны».

Используют газовый конденсат, дизельное топливо по ГОСТу 305-82, хлорид кальция - по ГОСТу 4460-87, эмульгатор СПЛ - по ТУ 00323708-01-03 (прилагается).

Эмульгатор СПЛ - это соапсток производства ланолина, который получается в качестве отходов при щелочной рафинации шерстного жира. Он представляет собой сложную эмульсионно-суспензионную систему, содержащую нейтральный шерстный жир, нейтральные и кислые натриевые мыла, неомыляемые вещества и воду.

Приготовление заявляемой жидкости-песконосителя сводится к совместному диспергированию двух жидкостей - раствора эмульгатора СПЛ в углеводородной жидкости и водного раствора хлорида кальция до получения однородной обратной эмульсии. При этом в получаемой обратной эмульсии на границе раздела фаз в тонких слоях эмульгатора очень быстро идет реакция замещения катиона натрия (Na⁺) на катион кальция (Са²⁺). Образовавшееся кальциевое мыло очень хорошо растворяется в углеводородной жидкости и практически не растворяется в воде. Поэтому в эмульсии катионоактивный эмульгатор СПЛ адсорбируется на поверхности воды, а гибкие длинные участки его молекул растворены во внешней неполярной фазе (углеводородной жидкости). При этом слои эмульгатора СПЛ приобретают высокую вязкость и прочность, что обеспечивает эмульсии-жидкости-песконосителю высокую вязкость и стабильность. Стабилизируют жидкость-песконоситель также находящиеся в эмульгаторе СПЛ нейтральный жир и неомыляемые вещества, которые увеличивают толщину слоя эмульгатора на межфазной поверхности и его прочность на границе раздела фаз. Высокую стабильность обеспечивает также и высокое содержание в эмульгаторе СПЛ солей жирных кислот (мыла), а также то, что число углеродных атомов в углеводородной цепи эмульгатора доходит до 18, что повышает его эмульгирующую способность.

В предлагаемой жидкости-песконосителе обратной эмульсии дисперсной фазой является вода, а дисперсионной средой - углеводородная жидкость, что обеспечивает ее гидрофобность. При этом малое содержание дисперсионной среды (20-25 мас.%) делает жидкость-песконоситель высоковязкой, что в свою очередь обеспечивает ей высокую пескоудерживающую способность, то есть седиментационную устойчивость. Это обусловлено тем, что скорость седиментации частицы песка обратно пропорциональна вязкости среды, в которой находится песок.

Таким образом, высокая вязкость и стабильность обеспечивает жидкости-песконосителю высокую пескоудерживающую способность, что обуславливает снижение ее расхода, объемной скорости закачивания и как следствие приводит к уменьшению количества используемых технических средств и оборудования при проведении ГРП, а благодаря низкому показателю фильтрации в продуктивный пласт предотвращается загрязнение его призабойной зоны, что в свою очередь приводит к достижению высокого показателя восстановления проницаемости последнего.

Кроме того, при проведении ГРП при продавливании жидкости-песконосителя в пласт возникает повышенное сопротивление на границе скважина - пласт, что позволяет получать трещины в самом слабом месте пласта или в зоне пропластков с максимальной проницаемостью, а следовательно, и с максимальным дебитом добываемого флюида, что увеличивает эффективность ее использования.

Используемые для приготовления жидкости-песконосителя ингредиенты не токсичны, а сама она не растворяется в воде, поэтому и не загрязняет пластовые воды.

Таким образом, согласно вышесказанному, обеспечивается достижение заявляемого технического результата.

Содержание в жидкости-песконосителе углеводородной жидкости менее 20 мас.% и эмульгатора СПЛ менее 0,5 мас.% (см. примеры №№10,12 и 14 акт испытаний) приводит к ухудшению свойств жидкости-песконосителя.

Содержание в жидкости-песконосителе углеводородной жидкости более 25 мас.% и эмульгатора СПЛ более 1,5 мас.% не требуется (см. примеры №№11, 13 и 15 акта испытаний), так как ее свойства практически не улучшаются.

Содержание в жидкости-песконосителе водного раствора хлорида кальция плотностью менее 1010 кг/м³ не обеспечивает полного омыления эмульгатора СПЛ до получения кальциевой соли жирных кислот (см. примеры №№17, 19 и 21 акта испытаний), а плотностью более 1020 кг/м³ не требуется, так как уже обеспечено полное омыление эмульгатора, резко возрастает вязкость жидкости-песконосителя, делая ее нетекучей (см. примеры №№16, 18 и 20 акта испытаний).

По имеющимся источникам известности, не выявлены технические решения, имеющие признаки, совпадающие с отличительными признаками предлагаемого изобретения по заявляемому техническому результату, что позволяет сделать вывод о соответствии решения условию «изобретательский уровень».

Более подробно сущность предлагаемого изобретения описывается следующими примерами.

В промысловых условиях используют жидкость-песконоситель при ГРП на скважине №239 Пунгинского ПХГ:

Исходные данные

Диаметр эксплуатационной колонны, м	0,146
Глубина спуска эксплуатационной колонны, м	1726
Первоначальный искусственный забой, м	1701
Интервал перфорации, м	1662-1700
Текущее пластовое давление, МПа	5,82
Наружный диаметр насосно-компрессорных труб (НКТ), dн нкт, м	0,073
Внутренний диаметр НКТ, dв нкт, м	0,062
Глубина спуска НКТ, hнкт, м	1700
Глубина установки пакера за НКТ, м	1654-1658
Расчетное давление гидравлического разрыва пласта, Р_гр, МПа	34,56

Для проведения ГРП используют кварцевый песок фракции 0,4-1,0 мм Волгоградского карьера в количестве Q_п=18 т с концентрацией его в жидкости-песконосителе С_п=600 кг/м³.

Определяют объем жидкости-песконосителя по формуле

где V_жп - объем жидкости-песконосителя, м³;

Q_п - количество песка, кг;

С_п - концентрация песка в жидкости-песконосителе, кг/м³,

Готовят жидкость-песконоситель при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:

Газовый конденсат	20
Эмульгатор СПЛ	0,5
Водный раствор хлорида кальция плотностью 1020 кг/м³	79,5

Плотность данной жидкости-песконосителя ρ_жп=969 кг/м³. С учетом этого масса жидкости-песконосителя составляет Q_жп=969·33=31977 кг.

Для приготовления жидкости-песконосителя используют ингредиенты в следующих количествах:

Газовый конденсат плотностью 765 кг/м³:

Эмульгатор СПЛ плотностью 1000 кг/м³:

Водный раствор хлорида кальция плотностью 1020 кг/м³

На 1 м³ водного раствора хлорида кальция плотностью 1020 кг/м³ требуется 25,8 кг хлорида кальция. Следовательно, для приготовления 24,92 м³ водного раствора расход хлорид кальция составляет 24,92·25,8=642,9 кг.

С учетом этого масса воды для приготовления указанного раствора хлорида кальция составляет 25421,7 - 642,9=24778,8 кг или 24,78 м³.

Готовят жидкость-песконоситель следующим образом: в емкости объемом 10 м³ в 8,36 м³ газового конденсата растворяют 159,9 кг эмульгатора СПЛ, в емкости объемом 30 м³. В 24,78 м³ воды растворяют 642,9 кг хлорида кальция. Оба раствора одновременно откачивают через диспергатор цементирующиего агрегата ЦА-320М в емкость объемом 40 м³. Полученную эмульсию дополнительно диспергируют 1-2 цикла до получения однородной эмульсии.

Свойства жидкости-песконосителя: пластическая вязкость - 142 мПа·с, предельное динамическое напряжение сдвига - 226 дПа, фильтрация за 30 минут - 2,2 см³.

Для скважины №239 Пунгинского ПХГ в качестве жидкости разрыва используют техническую воду в объеме V_жр=10,0 м³.

Определяют число пескосмесителей марки УСП-50, исходя из загрузочной массы их бункеров (9 т) и количества закачиваемого песка (18 т),

Определяют число насосных агрегатов 4АН-700, необходимых для проведения работ по ГРП

n_на - число насосных агрегатов, шт;

Р_ур - устьевое давление разрыва пласта, МПа;

Q_жр - темп закачивания жидкости разрыва, л/с;

Р_А - рабочее давление агрегата, МПа;

Q_A - подача агрегата при рабочем давлении, л/с;

к - коэффициент технического состояния агрегатов;

N - число резервных агрегатов, шт.

Q_жр=15 л/с; Р_А=26 МПа; Q_A=17,3 л/с; к=0,65.

Р_ур=1,15-1,25 (Р_гр-Р_гст),

где Р_гст - гидростатическое давление на продуктивный пласт столба жидкости разрыва в НКТ, МПа.

Р_гст=ρ_жп·g·h_нкт·10^-6;

Р_гст=969·9,81·1700·10^-6=16,16 МПа.

Р_ур=1,25·(34,56-16,16)=23,0 МПа.

С учетом этого число необходимых насосных агрегатов будет составлять

Для подготовки используемых жидкостей на площадке скважины необходимо иметь металлические емкости вместимостью 70-80 м³. Осуществляют проведение ГРП.

Промывают скважину до искусственного забоя.

Поднимают НКТ, проверяют их состояние и спрессовывают на давление 30 МПа.

Спускают НКТ с пакером и пакеруют кольцевое пространство за НКТ. Далее осуществляют обвязку технологического оборудования и вспомогательных средств между собой и со скважиной.

Опрессовывают манифольды нагнетательных линий от насосных агрегатов к скважине давлением в 1,5 раза большим рабочего давления при гидравлическом разрыве -35 МПа.

Закачивают жидкость разрыва в пласт: сначала одним агрегатом 4АН-700, а затем последовательным включением других ступенчато увеличивают темп закачивания до 15 л/с, проверяют герметичность пакера, устанавливают факт разрыва пласта и включают в работу пескосмесители.

Жидкость-песконоситель с песком и продавочную жидкость (воду) закачивают с темпом и рабочим давлением, при которых был зафиксирован разрыв пласта.

При этом объем продавочной жидкости составляет

По окончании продавливания скважину закрывают и оставляют до момента снижения избыточного давления на устье до атмосферного - 2 часа. После этого извлекают пакер, промывают скважину, определяют приемистость пласта и вводят ее в эксплуатацию.

После проведения ГРП с использованием предлагаемой жидкости-песконосителя рабочий дебит скважины по газу увеличился в 2,5 раза. В сравнении с прототипом концентрация песка в жидкости-песконосителе увеличилась в 1,33 раза, что обеспечило снижение объема жидкости-песконосителя в 1,2 раза.

Объемная скорость закачивания жидкости-песконосителя с песком уменьшилась в 1,67 раза. В связи с чем сокращено число насосных агрегатов на один и время проведения работ по ГРП.

Лабораторные примеры

Пример 1

Для приготовления 1000 г жидкости-песконосителя: в 242,4 мл дизельного топлива (ρ=825 кг/м³), что составляет 20 мас.%, растворяют 5 г эмульгатора СПЛ (ρ=1000 кг/м³), что составляет 0,5 мас.%. Затем этот раствор смешивают с 779,4 мл водного раствора хлорида кальция (ρ=1020 кг/м³), что составляет 79,5 мас.%, выливают в стакан, устанавливают его в миксер с числом оборотов 7000^-1с и диспергируют до получения однородной эмульсии.

Свойства жидкости песконосителя: плотность - 981 кг/м³, пластическая вязкость - 188 мПа·с, предельное динамическое напряжение сдвига - 263 дПа, фильтрация за 30 минут - 1,70 см³, стабильность - более 24 часов, пескоудерживающая способность: через 0,5 часа - 0, через 2 часа - 0,012 г/см³, коэффициент восстановления проницаемости - 99,0%.

Пример 2