способ электрохимической обработки продуктивного пласта нефтегазовых скважин

Формула изобретения

1. Способ электрохимической обработки продуктивного пласта нефтегазовых скважин, включающий глушение скважины жидкостью - минерализованной водой, извлечение скважинного оборудования, установку в скважину электрически связанных с источником тока электродов, включение постоянного источника тока и проведение обработки продуктивного пласта электрическим полем путем пропускания электрического тока, отличающийся тем, что установку в скважине электрически связанных с источником тока электродов производят с размещением их ниже уровня жидкости в скважине, в качестве электродов используют снабженные центраторами из диэлектрического материала графитовые анод и катод, пространственно разнесенные относительно друг друга по высоте скважины, при этом анод устанавливают в зоне продуктивного пласта, а катод - на 10-100 м ниже анода, причем в качестве минерализованной воды для глушения скважины используют минерализованную воду с добавкой щелочного поверхностно-активного вещества ПАВ в концентрации 0,25-1,0 мас.%.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве щелочного поверхностно-активного вещества ПАВ используют реагенты марок ГФ-1К - катионогенное ПАВ, или НМК-21 - смесь катионогенных и анионогенных ПАВ, или Hansanol NS262 - анионогенное ПАВ.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве электрического тока, пропускаемого через электроды, используют постоянный электрический ток с напряжением 10-15 В и плотностью 0,10-0,20 А/см².

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве электродов используют графитовые стержни или пластины.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области добычи нефти и может быть использовано для освоения выходящих из бурения, а также для интенсификации работы действующих скважин (как обсаженных, так и скважин с открытым стволом), за счет растворения неорганических и органических отложений в стволе скважины и призабойной зоне пласта.

Известен способ обработки продуктивного пласта нефтегазовых скважин путем импульсного и ионно-плазменного воздействия на пласт на уровне перфорации скважины [1], включающий пропускание постоянного электрического тока с напряжением 90-300 В и плотностью 0,1-1 А/см ² через закачиваемую в скважину минерализованную воду с плотностью не менее 1,12 г/см, при этом на пласт периодически через каждые 25-30 мин осуществляют импульсное воздействие электрическими импульсными разрядами, формируемыми в заполненной минерализованной водой разрядной камере ионно-плазменного генератора из электрода-анода и электрода-катода для обеспечения репрессивно-депрессионного режима. После завершения импульсного воздействия открывают затрубное пространство и, прокачивая минерализованную воду из забойной зоны скважины, производят удаление продуктов разложения и расплавления.

Однако указанный известный способ обладает следующими недостатками:

- во-первых, при такой конфигурации электродов, используемых в известном способе, образующиеся одновременно в разрядной камере кислота и щелочь (именно с образованием ионов водорода и гидроксид-ионов осуществляется электрохимический процесс при пропускании электрического тока) взаимно нейтрализуются, в результате не обеспечивается образование устойчивой кислой среды в интервале продуктивного пласта, что снижает эффективность обработки;

- во-вторых, для реализации известного способа необходим генератор импульсных сигналов, что усложняет способ и делает его дорогостоящим.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению по назначению является способ электрохимической обработки нефтегазовых скважин, включающий глушение скважины жидкостью - минерализованной водой, извлечение скважинного оборудования, установку в скважину на уровень нефтеносных пластов электрически связанных с источником тока электродов: анода и катода, одним из которых - катодом - является обсадная труба, включение постоянного источника тока и проведение обработки продуктивного пласта электрическим полем путем пропускания электрического тока до выведения дебита скважины на постоянное значение [2]. Причем обработку ведут при плотности тока 0,001-0,003 А/см², а после прекращения пропускания тока электроды извлекают из скважины. В преимущественном варианте обработку нефтегазовой скважины известным способом проводят не свыше двух месяцев.

Указанный известный способ обладает следующими недостатками:

- во-первых, необходимость наличия в скважине обсадной трубы, выполняющей роль катода, исключает реализацию способа в скважинах с открытым стволом;

- во-вторых, в силу низкой плотности постоянного тока, пропускаемого через электроды, степень подкисления воды в области анода недостаточна для полного растворения неорганических осадков;

- в-третьих, при рекомендуемой для осуществления известного способа конфигурации электродов одновременно образующиеся в зоне перфорации кислота и щелочь взаимно нейтрализуются, что снижает эффективность обработки;

Кроме того, обсадная труба, выступая в качестве электрода, является источником блуждающих токов в земной коре, что будет приводить к усилению коррозии глубинного оборудования других скважин.

Технический результат, обеспечиваемый предлагаемым изобретением, заключается в повышении эффективности по раскольматации зоны продуктивного пласта от продуктов бурения, в том числе и на полимерной основе, а также по удалению неорганических осадков, образующихся в скважине и призабойной зоне пласта в процессе эксплуатации за счет создания устойчивой кислой среды с низкими значениями рН в интервале продуктивного пласта и исключения ее нейтрализации в процессе обработки, при одновременном обеспечении реализации способа в различных скважинах, как обсаженных, так и с открытым стволом.

Техническим результатом является также подавление жизнедеятельности сульфатвосстанавливающих бактерий.

Поставленный технический результат достигается предлагаемым способом электрохимической обработки продуктивного пласта нефтегазовых скважин, включающим глушение скважины жидкостью - минерализованной водой, извлечение скважинного оборудования, установку в скважину электрически связанных с источником тока электродов, включение постоянного источника тока и проведение обработки продуктивного пласта электрическим полем путем пропускания электрического тока, при этом новым является то, что установку в скважине электрически связанных с источником тока электродов производят с размещением их ниже уровня жидкости в скважине, в качестве электродов используют снабженные центраторами из диэлектрического материала графитовые анод и катод, пространственно разнесенные относительно друг друга по высоте скважины, при этом анод устанавливают в зоне продуктивного пласта, а катод - на 10-100 м ниже анода, причем в качестве минерализованной воды для глушения скважины используют минерализованную воду с добавкой щелочного поверхностно-активного вещества ПАВ в концентрации 0,25-1,0 мас.%.

В качестве щелочного поверхностно-активного вещества ПАВ используют реагенты марок ГФ-1К - катионогенное ПАВ, или НМК-21 - смесь катионогенных и анионогенных ПАВ, или Hansanol NS262 - анионогенное ПАВ.

В качестве электрического тока, пропускаемого через электроды, используют постоянный электрический ток с напряжением 10-15 В и плотностью 0,10-0,20 А/см.

В качестве электродов используют графитовые стержни или пластины.

Указанный технический результат достигается за счет следующего.

При пропускании между электродами постоянного электрического тока, преимущественно с напряжением 10-15 В и плотностью 0,10-0,20 А/см, происходят следующие процессы:

Катод: H ₂O+e^- 1/2H₂+OH^-

Анод: Cl^--e^- 1/2Cl₂

H₂ O-2e^- 2H⁺+1/2O₂

Таким образом, при электролизе на катоде происходит выделение газообразного водорода и подщелачивание воды, а на аноде - выделение газообразного хлора и подкисление воды. Образующиеся на катоде гидроксид-ионы ОН^- вступают в реакцию с ионами кальция и магния в минерализованной воде с образованием малорастворимых гидроксидов этих металлов, которые в виде рыхлого осадка скапливаются на забое скважины и в дальнейшем могут быть легко вымыты водой.

Выделяющийся на аноде хлор растворяется в воде и вступает с ней в дальнейшую реакцию с образованием соляной и хлорноватистой кислот:

Cl₂+Н ₂О=HCl+НСО.

Хлорноватистая кислота является слабой кислотой и постепенно разлагается с выделением атомарного кислорода и с одновременным образованием сильной хлорноватой кислоты:

HOCl=HCl+O

HOCl+2O=HClO₃

Таким образом, в результате электрохимических процессов и последующих вторичных химических реакций на аноде и в анодном пространстве происходит преимущественное образование ионов водорода Н ⁺ газообразного хлора Cl₂ и атомарного водорода О. Ионы водорода реагируют с карбонатами МСО ₃, оксидами МО и гидроксидами М(ОН)₂ металлов (где М=Са, Mg, Sr, Ba, Zn), образующимися в процессе бурения и содержащимися в пласте согласно уравнениям

МСО ₃+2H⁺=М²⁺+Н ₂O+CO₂,

MO+2H ⁺=M²⁺+H₂O,

M(OH)₂+2Н⁺=М ²⁺+2Н₂O,

с образованием легкорастворимых солей и переводом ионов М²⁺ в водную фазу. В свою очередь газообразный хлор и атомарный кислород, являющиеся сильными окислителями, расщепляют полимерные основы буровых растворов до легкорастворимых олигомеров и мономеров.

Отличие предлагаемого способа от прототипа состоит в том, что в качестве катода используют отдельный электрод, спускаемый в скважину ниже анода и отделенный от него расстоянием 10-100 м, причем оба электрода изолированы от стенок скважины центраторами из диэлектрика, и для увеличения концентрации кислоты в анодном пространстве (т.е. в интервале продуктивного пласта) в минерализованную воду добавляется щелочное ПАВ в концентрации 0,25-1,0 мас.% (в преимущественном варианте - 0,50 мас.%).

Использование заявляемого способа позволяет повысить эффективность электрохимической обработки за счет пространственного разделения катодного и анодного пространства (анод и катод пространственно разнесены друг относительно друга по высоте скважины на 10-100 м) с удалением гидроксид-ионов из зоны обработки в виде малорастворимых соединений, а также за счет повышения концентрации кислоты и устойчивости кислотности вблизи анода вследствие введения ПАВ указанного вида - щелочного ПАВ. Лабораторные исследования показали, что использование других ПАВ в предлагаемом способе не позволяет обеспечить высокую кислотность в анодном пространстве.

Графит, предлагаемый для изготовления электродов, является дешевым и экологически чистым материалом, продукты разложения которого не загрязняют скважину.

Использование в предлагаемом способе автономных электродов позволяет успешно осуществлять способ в различных скважинах, как в обсаженных, так и с открытым стволом. При этом возможны освоение выходящих из бурения и интенсификация работы действующих скважин с одновременным растворением неорганических и органических осадков в стволе скважины и призабойной зоне пласта.

При реализации предлагаемого способа в промысловых условиях осуществляют следующие операции в нижеуказанной последовательности:

- производят глушение скважины жидкостью - минерализованной водой, например, с плотностью 1,05-1,18 г/см, с предварительным добавлением в нее 0,25-1,0 мас.% щелочного ПАВ, например реагентов марки ГФ-1К, НМК-21, Hansanol NS262;

- далее извлекают скважинное оборудование,

- устанавливают в скважину ниже уровня жидкости электрически связанные посредством кабеля с источником тока электроды - анод и катод;

- в качестве электродов используют снабженные центраторами из диэлектрического материала графитовые анод и катод, пространственно разнесенные друг относительно друга по высоте скважины,

- при этом анод устанавливают в зоне продуктивного пласта,

- а катод - на 10-100 м ниже анода;

- включают постоянный источник тока;

- проводят обработку продуктивного пласта электрическим полем путем пропускания электрического тока, например с напряжением 10-15 В и плотностью 0,10-0,20 А/см²;

- обработку осуществляют в течение 12-24 ч;

- затем производят отключение источника тока;

- далее осуществляют промывку скважины минерализованной водой и скважину пускают в эксплуатацию.

В качестве щелочных ПАВ используют следующие вещества:

- реагент марки ГФ-1К (катионогенное ПАВ) по ТУ 2482-005-12064382-98;

- реагент марки НМК-21 (смесь катионогенных и анионогенных ПАВ) по ТУ 2458-001-52743584-02;

- реагент марки Hansanol NS262 (анионогенное ПАВ) по CAS №68585-34-2, EINECS №500-223-8.

Предлагаемый способ иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 приведена схема размещения электродов в скважине; на фиг.2 -зависимость рН анолита (жидкости в анодном пространстве) от времени электролиза для плотностей тока 0,042 (кривая 1), 0,085 (кривая 2) и 0,17 А/см² (кривая 3) и модельного минерализованного раствора с плотностью 1,172 г/см ³ и с содержанием солей: CaCl₂ - 56 г/л, MgCl₂ - 20 г/л, NaCl - 200 г/л; на фиг.3 - зависимость рН анолита от времени при плотности тока 0,17 А/см² для модели пластовой воды с плотностью 1,172 г/см³ без добавки (кривая 1) и с добавкой различных ПАВ в концентрации 0,50 мас.% (кривая 2 - ГФ-1К, кривая 3 - НМК-21, кривая 4 - Hansanol NS 262); на фиг.4 - зависимость рН анолита от времени при плотности тока 0,17 А/см² для модели пластовой воды с плотностью 1,172 г/см³ без добавки (кривая 1) и с добавкой ГФ-1К в концентрации 0,25 (кривая 2), 0,50 (кривая 3), 1,0 мас.% (кривая 4); на фиг.5 - зависимость рН анолита от времени при плотности тока 0,17 А/см² для пластовой воды с плотностью 1,136 г/см³ без добавки (кривая 1) и с добавкой ГФ-1К в концентрации 0,50 мас.% (кривая 2).

Скважину 1 (фиг.1) заглушают минерализованной водой 2, содержащей добавку щелочного ПАВ, и поднимают оборудование. Затем в скважину спускают графитовый анод 3 и графитовый катод 4, расположенный ниже анода, таким образом, чтобы уровень жидкости 5 в скважине 1 находился выше положения анода 3. Электроды 3 и 4 изолированы от стенок скважины 1 при помощи центраторов 6 из диэлектрика и соединены кабелем 7 с источником постоянного тока 8 на дневной поверхности. Анод 3 располагают против продуктивного пласта 9, а катод 4 - на 10-100 метров ниже анода 3. При пропускании между электродами 3 и 4 постоянного электрического тока, например, с напряжением 10-15 В и плотностью 0,15-0,20 А/см ² на аноде 3 и в анодном пространстве 10 происходят электрохимические процессы и вторичные химические реакции, приводящие к образованию ионов водорода H⁺, газообразного хлора Cl₂ и атомарного водорода О, которые растворяют осадки карбонатов, оксидов и гидроксидов металлов и расщепляют полимерные основы буровых растворов до легкорастворимых олигомеров и мономеров. Кроме того, в этих условиях происходит подавление жизнедеятельности сульфатвосстанавливающих бактерий.

Согласно предлагаемому способу можно производить раскольматацию призабойной зоны от продуктов бурения и отложений и повышать проницаемость пласта как обсаженных скважин, так и скважин с открытым стволом.

В качестве электродов в предложенном способе можно использовать электроды в виде графитовых стержней или пластин.

Заявляемый способ был испытан в лабораторных условиях. Для этого была изготовлена двухэлектродная стеклянная ячейка, в которой катодное и анодное пространство были разделены пористой перегородкой. В качестве электродов использовались одинаковые по размеру пластины из электрографита марки ЭГ-75 размером 28×7×3 мм. Ячейка заполнялась минерализованной водой, и в анодное пространство помещался стеклянный электрод для измерения рН. Вода в анодном пространстве перемешивалась при помощи магнитной мешалки. После включения постоянного тока производились измерения рН анолита (жидкости в анодном пространстве) в течение 10 мин с интервалом 30 с.Полученные результаты приведены в таблицах 1-4 и на фиг.2-5.

В таблице 1 и на фиг.2 приведены зависимости рН анолита от времени электролиза для плотностей тока 0,042, 0,085 и 0,17 А/см² и модельного раствора с плотностью 1,172 г/см³, с содержанием солей: CaCl₂ - 56 г/л, MgCl ₂ - 20 г/л, NaCl - 200 г/л. Как следует из указанных экспериментальных данных, с повышением плотности тока происходит более быстрый рост концентрации кислоты в анодном пространстве и при 0,17 А/см ² рН стабилизируется на уровне 0,6-0,7 после 6 мин электролиза.

Далее для плотности тока 0,17 А/см² было исследовано влияние добавки к модельному раствору различных ПАВ в концентрации 0,50%. Были выбраны реагенты марок: ГФ-1К (катионогенное ПАВ), НМК-21 (смесь катионогенных и анионогенных ПАВ) и Hansanol NS 262 (анионогенное ПАВ). Все указанные реагенты являются щелочными ПАВ. Результаты приведены в таблице 2 и на фиг.3. Как следует из экспериментальных данных, наиболее быстрое понижение рН и самую высокую концентрацию кислоты в анодном пространстве обеспечивает добавка реагента ГФ-1К.

Согласно данным таблицы 3, графически представленным на фиг.4, концентрация 0,50% является оптимальной по сравнению с рекомендуемыми концентрациями 0,25% и 1,0%.

Также было исследовано изменение во времени рН анолита для пластовой воды с плотностью 1,136 г/см ³ без добавки ПАВ и с добавкой 0,50% ГФ-1К (таблица 4, фиг.5). Повышение концентрации кислоты в анодном пространстве и влияние добавки ГФ-1К для пластовой воды сходны с модельным раствором.

Результаты, полученные в ходе испытаний, показывают, что предлагаемый способ позволит эффективно производить раскольматацию призабойной зоны от продуктов бурения и различных отложений за счет обеспечения создания устойчивой кислой среды с низкими значениями рН в интервале продуктивного пласта и исключения ее нейтрализации в процессе обработки.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. Патент РФ №2213860, кл. Е21В 43/25, 2001 г.

2. Патент РФ №2087692, кл. Е21В 43/25, 1993 г.

Таблица 1
Зависимость рН анолита от времени (t) при различных плотностях тока для модели минерализованной воды с плотностью 1,172 г/см 3
t, мин	0,042 А/см2	0,085 А/см2	0,17 А/см 2
0,5	6,50	5,71	3,10
1,0	5,87	4,29	2,14
1,5	5,04	3,62	1,82
2,0	4,38	3,43	1,57
2,5	4,05	3,31	1,32
3,0	3,90	3,21	1,16
3,5	3,80	3,12	1,04
4,0	3,72	3,04	0,96
4,5	3,65	2,94	0,88
5,0	3,60	2,85	0,83
5,5	3,54	2,76	0,77
6,0	3,49	2,69	0,73
6,5	3,44	2,61	0,71
7,0	3,39	2,53	0,69
7,5	3,34	2,46	0,65
8,0	3,30	2,40	0,63
8,5	3,26	2,33	0,61
9,0	3,22	2,28	0,59
9,5	3,18	2,23	0,58
10,0	3,14	2,18	0,59

Таблица 2
Зависимость рН анолита от времени при плотности тока 0,17 А/см 2 для модели пластовой воды с плотностью 1,172 г/см 3 без добавки и с добавкой различных щелочных ПАВ в концентрации 0,50 мас.%
t, мин	без ПАВ	ГФ-1К	НМК-21	Hansanol NS 262
0,5	3,10	3,57	3,14	3,03
1,0	2,14	1,35	0,98	1,74
1,5	1,82	0,89	0,67	1,37
2,0	1,57	0,54	0,54	1,07
2,5	1,32	0,44	0,46	0,84
3,0	1,16	0,26	0,38	0,66
3,5	1,04	0,16	0,32	0,53
4,0	0,96	0,07	0,28	0,44
4,5	0,88	0,00	0,26	0,35
5,0	0,83	-	0,23	0,29
5,5	0,77	-	0,21	0,23
6,0	0,73	-	0,20	0,20
6,5	0,71	-	0,21	0,17
7,0	0,69	-	0,21	0,15
7,5	0,65	-	0,20	0,11
8,0	0,63	-	0,19	0,08
8,5	0,61	-	0,18	0,05
9,0	0,59	-	0,17	0,03
9,5	0,58	-	0,18	0,01
10,0	0,59	-	0,18	-

Таблица 3
Зависимость рН анолита от времени при плотности тока 0,17 А/см 2 для модели пластовой воды с плотностью 1,172 г/см 3 без добавки и с добавкой реагента ГФ-1К в концентрации 0,25-1,0 мас.%
t, мин	без ПАВ	0,25% ГФ-1К	0,50% ГФ-1К	1,0% ГФ-1К
0,5	3,10	4,51	3,57	5,60
1,0	2,14	2,64	1,35	2,65
1,5	1,82	2,24	0,89	1,13
2,0	1,57	1,99	0,54	0,70
2,5	1,32	1,00	0,44	0,45
3,0	1,16	0,83	0,26	0,29
3,5	1,04	0,72	0,16	0,18
4,0	0,96	0,63	0,07	0,09
4,5	0,88	0,55	0,00	0,05
5,0	0,83	0,46	-	0,00
5,5	0,77	0,42	-	-
6,0	0,73	0,39	-	-
6,5	0,71	0,35	-	-
7,0	0,69	0,32	-	-
7,5	0,65	0,30	-	-
8,0	0,63	0,28	-	-
8,5	0,61	0,26	-	-
9,0	0,59	0,24	-	-
9,5	0,58	0,22	-	-
10,0	0,59	0,22	-	-

Таблица 4
Зависимость рН анолита от времени при плотности тока 0,17 А/см 2 для пластовой воды с плотностью 1,136 г/см 3 без добавки и с добавкой реагента ГФ-1К в концентрации 0,50 мас.%
t, мин	без ПАВ	0,50% ГФ-1К
0,5	4,48	4,21
1,0	2,09	2,31
1,5	1,50	0,85
2,0	1,22	0,38
2,5	1,06	0,23
3,0	0,95	0,16
3,5	0,86	0,10
4,0	0,79	0,03
4,5	0,73	0,01
5,0	0,70	-
5,5	0,67	-
6,0	0,66	-
6,5	0,63	-
7,0	0,62	-
7,5	0,62	-
8,0	0,61	-
8,5	0,62	-
9,0	0,62	-
9,5	0,61	-
10,0	0,61	-