способ вскрытия продуктивного углеводородного пласта бурением

Формула изобретения

Способ вскрытия продуктивного углеводородного сероводородсодержащего пласта бурением, включающий разрушение горных пород, удаление шлама с забоя скважины буровым раствором, обработанным до подачи в скважину реагентом для связывания сероводорода, восстановление технологических свойств отработанного бурового раствора путем очистки от шлама и регулирования параметров, отличающийся тем, что в качестве реагента для связывания сероводорода используют хелатный комплекс металла и перед восстановлением технологических свойств отработанного бурового раствора производят регенерацию содержащегося в нем реагента для связывания сероводорода, выделение из бурового раствора сернистых соединений и их утилизацию.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и может быть использовано при бурении скважин на месторождениях сероводородсодержащего газа и сернистой нефти при вымыве на поверхность поступивших в скважину пластовых флюидов, например при бурении на равновесии или с депрессией на пласт.

Известен способ вскрытия продуктивного углеводородного пласта бурением, включающий разрушение горных пород, удаление шлама с забоя скважины буровым раствором, восстановление технологических свойств отработанного бурового раствора путем очистки от шлама и стабилизации плотности, удаление части отработанного бурового раствора в шламовый амбар [1].

Известен способ вскрытия продуктивного углеводородного пласта бурением, включающий разрушение горных пород, удаление шлама с забоя скважины буровым раствором, восстановление технологических свойств отработанного бурового раствора путем очистки от шлама и стабилизации плотности [2].

Однако известные способы не обеспечивают безопасность работающих на буровой и не отвечают требованиям экологичности при вскрытии сероводородсодержащего продуктивного углеводородного пласта, особенно при бурении на равновесии или с депрессией на пласт, когда в скважину поступают из пласта сероводородсодержащие флюиды, т.к. не предусматривают меры по поглощению сероводорода буровым раствором в скважине.

Наиболее близким к заявляемому по технической сущности и достигаемому результату является способ вскрытия продуктивного углеводородного сероводородсодержащего пласта бурением, включающий разрушение горных пород, удаление шлама с забоя скважины буровым раствором, обработанным до подачи в скважину реагентом для связывания сероводорода, восстановление технологических свойств отработанного бурового раствора путем очистки от шлама и регулирования параметров [3].

Недостатками известного способа являются его невысокая экономичность, обусловленная значительным расходом реагента для связывания сероводорода вследствие использования соединений, не подлежащих регенерации, а также ухудшение экологической обстановки в связи со сбрасыванием в шламосборник при восстановлении технологических свойств бурового раствора шламовой массы с остаточными количествами непрореагировавшего растворенного сероводорода.

Задачей заявляемого технического решения является улучшение экономических и экологических показателей способа.

Поставленная задача достигается тем, что по предлагаемому способу вскрытия продуктивного углеводородного сероводородсодержащего пласта бурением производят разрушение горных пород, удаление шлама с забоя скважины буровым раствором, обработанным до подачи в скважину реагентом для связывания сероводорода, восстановление технологических свойств отработанного бурового раствора путем очистки от шлама и регулирования параметров, причем в качестве реагента для связывания сероводорода согласно предлагаемому способу используют хелатный комплекс металла, и перед восстановлением технологических свойств отработанного бурового раствора производят регенерацию содержащегося в нем реагента для связывания сероводорода, выделение сернистых соединений и их утилизацию.

Применение регенерируемого реагента для связывания сероводорода в буровом растворе, подаваемом в скважину, позволяет не только предотвратить выход сероводорода на дневную поверхность, но и достичь этого при небольшом расходе реагента за счет обеспечения возможности его многократного использования.

В качестве реагента для связывания сероводорода предлагается использовать составы на основе хелатного комплекса металлов: железа, цинка, меди и др. , т.к. применение этого класса реагентов наиболее технологично для промысловых (полевых) условий.

Наиболее предпочтительным представляется использование в качестве реагента для связывания сероводорода состава на основе комплексного соединения трехвалентного железа.

Трехвалентное железо в виде соли, например хлорное железо или сульфат железа, в водных растворах с хелатообразующими агентами переходит в двухвалентное состояние под действием сероводорода и легко окисляется снова до трехвалентного под действием воздуха. В качестве хелатообразующих агентов могут быть использованы следующие кислоты (в виде солей щелочных металлов): аминоуксусная, аминодиуксусная, нитрилотриуксусная, этилендиаминтетрауксусная, например натриевая соль этилендиаминтетрауксусной кислоты (Трилон Б). Использование железа в виде хелатного соединения предотвращает осаждение сульфида железа в результате воздействия сероводорода и увеличивает скорость восстановления трехвалентного железа. Хелатный комплекс железа устойчив при pH среды от 7 до 10, в кислой среде скорость реакции соли железа с сероводородом низкая. Температурный диапазон протекания реакции широк: от 20^oC и выше 100^oC, в этих пределах хелатный комплекс железа устойчив.

Проведение регенерации реагента для связывания сероводорода, например хелатного комплекса трехвалентного железа, перед восстановлением технологических свойств отработанного бурового раствора обусловлено тем, что определенное количество сероводорода, поглощенного в процессе бурения буровым раствором, но не прореагировавшего с железом, в процессе регенерации вступает в реакцию с регенерируемым железом (Fe2 - Fe3) с образованием элементарной серы, таким образом, при регенерации реагента происходит более полное удаление сероводорода из отработанного бурового раствора, а значит и обезвреживается содержащийся в растворе шлам, т.е. сероводород не поступает затем с отделяемым шламом в шламосборник, что повышает экологические показатели способа.

Способ осуществляют следующим образом (фиг. 1).

В приготовленный буровой раствор добавляют в необходимом количестве реагент для связывания сероводорода - хелатный комплекс металла, например хелатный комплекс трехвалентного железа.

Обработанный буровой раствор из емкости хранения 1 подают буровым насосом 2 в колонну бурильных труб 3 (трубное пространство) скважины. В процессе бурения раствор поступает в затрубное пространство 4 скважины. Здесь в раствор поступает шлам (выбуренная порода) и при депрессии пластовый флюид, содержащий сероводород (H₂S). При контакте с раствором сероводород вступает в реакцию с содержащимся в нем реагентом и нейтрализуется. В случае применения хелатного комплекса железа трехвалентное железо переходит в двухвалентное. Реакция протекает следующим образом:

Fe³⁺ + H₂S -> Fe²⁺ + S + H⁺.

Отработанный буровой раствор с химически связанным сероводородом с уcтья скважины подают на узел дегазации и сепарации 5, где от раствора отделяются углеволороды (газ и нефть). Углеводороды направляют на утилизацию, а буровой раствор подают на узел регенерации 6, где его барботируют воздухом. При этом двухвалентное железо под воздействием кислорода воздуха переходит в трехвалентное. Реакция протекает следующим образом:

2Fe²⁺ + 0,5O₂ + 2H¹⁺ -> 2Fe³⁺ + H₂O.

Часть сероводорода, поглощенного в процессе бурения буровым раствором, но не прореагировавшего с реагентом в затрубном пространстве скважины, в процессе регенерации реагента вступает в реакцию с железом, переходящим под воздействием кислорода воздуха из двухвалентного в трехвалентное, т.е. в регенераторе одновременно идет процесс преобразования двухвалентного железа в трехвалентное, химического связывания остаточных количеств сероводорода и его преобразования в элементарную серу.

Образовавшаяся в растворе сера, а также буровой шлам, флотируются при барботировании воздухом. Серная пена (серный шлам) отводится на утилизацию. При необходимости возможно разделение серы и бурового шлама. Серный шлам или буровой шлам направляют в шламовый амбар.

Очищенный буровой раствор с регенерированным хелатным комплексом железа самотеком направляют затем в емкость хранения 1 для контроля и регулирования его технологических параметров, а оттуда с помощью бурового насоса 2 - в колонну бурильных труб 3.

Таким образом, буровой раствор циркулирует по замкнутому циклу: емкость хранения 1 - буровой насос 2 - трубное пространство скважины 3 - затрубное пространство скважины 4 - узел дегазации и сепарации 5 - узел регенерации 6 - емкость хранения 1.

Пример осуществления способа схематично представлен на фиг. 2.

В емкости хранения 1 в буровой раствор добавляли реагент для связывания сероводорода в концентрации до 20 кг/м³. В качестве реагента использовали (табл. 1) состав на основе сульфата железа, хелатизированного натриевой солью этилендиаминтетрауксусной кислоты (Трилоном Б).

Обработанный буровой раствор буровым насосом 2 подавали в колонну бурильных труб 3, далее раствор поступал в затрубное пространство скважины 4, где смешивался с сероводородсодержащим флюидом. Сероводород вступал в реакцию с комплексным соединением железа, содержащимся в растворе, вследствие чего происходило его химическое связывание.

Как видно из приведенной таблицы 1, применение данного состава показало высокую степень химического связывания сероводорода: до 99,6%.

Насыщенный буровой раствор с устья скважины направляли в дегазатор 5, представляющий собой горизонтальный цилиндрический сосуд, работающий под давлением 1 МПа; газ с верха дегазатора анализировали на содержание сероводорода и направляли по трубопроводу в топливную сеть буровой установки. Содержание сероводорода в отсепарированном газе составляло от 5 до 20 мг/м³. Далее раствор направляли в сепаратор 6, где от него отделяли нефть путем отстоя в течение 1 - 1,5 часа. Отсепарированную нефть направляли на утилизацию. Парогазовую смесь направляли на утилизацию в топливную сеть с помощью компрессора. Затем раствор подавали в регенератор 7, который представляет собой вертикальный цилиндрический сосуд. Снизу через барботер подавали атмосферный воздух с расходом до 500 м³/ч. Отработанный воздух выбрасывали в атмосферу. В процессе барботирования воздухом элементарная сера и буровой шлам поднимались в верхнюю часть регенератора. По окончании процесса регенерации содержащегося в растворе реагента для связывания сероводорода образовавшийся в верхней части регенератора серный шлам (серную пену) по кольцевому желобу отводили в пеносборник 8, а из него - на утилизацию. Отделенный шлам поступал в шламосборник 8. Контроль содержания сероводорода в шламосборнике показал практически полное его отсутствие (табл. 2). Регенерированный и очищенный от шлама и взвеси серы буровой раствор с низа регенератора 7 направляли в емкость 1, где осуществляли контроль его качества. При необходимости регулировали параметры бурового раствора путем внесения определенных реагентов. Результаты регенерации реагента для связывания сероводорода и очистки раствора приведены в табл. 2.

Как видно из табл. 2, при режимах барботирования раствора воздухом до 500 м³/ч происходил практически полный переход двухвалентного железа в трехвалентное и достигалась высокая степень очистки бурового раствора от сероводорода и элементарной серы. При этом в шламосборнике наблюдались только следовые количества сероводорода.

Таким образом, предлагаемое техническое решение по сравнению с прототипом обеспечивает возможность безопасного и экологичного вскрытия сероводородсодержащих пластов при достаточно небольших затратах на реагент для связывания сероводорода.

Источники информации

1. Современные методы регулирования содержания твердой фазы в буровых растворах: изучение процесса обезвоживания в центрифугах SPE Drill. Tng& 1988. 3 п. 3, с. 315 - 324.

2. Сидоров Н.А. Бурение и эксплуатация нефтяных и газовых скважин. - М.: Недра, 1982, с. 11 - 15, с. 120 - 123.

3. Опыт бурения глубокой скважины на сероводородсодержащий горизонт. Зарубежный опыт. Экспрессинформация. Серия: Бурение, разработка и эксплуатация газовых и морских нефтяных месторождений в зарубежных странах. Вып. 20, Москва, ВНИИЭОПИТЭИВГП, 1987, с. 1 - 3 (прототип).