способ очистки трещины гидроразрыва

Формула изобретения

1. Способ очистки трещины гидроразрыва, включающий подачу в трещину гидроразрыва вместе с рабочей жидкостью гидроразрыва, содержащей проппант, вещества, способного продуцировать неорганическую кислоту, отличающийся тем, что в качестве указанного вещества подают частицы поливинилиденхлорида размером от 0,0001 до 0,05 мм.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что соотношение содержания по массе частиц поливинилиденхлорида к содержанию по массе проппанта составляет от 0,1 до 99,9%.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к нефтегазовой области, а именно - к области добычи нефти и газа, и может быть использовано для интенсификации выделения углеводородов из пласта через трещины, образованные в стенке скважины посредством удаления загрязнений с поверхности трещины.

Эффективный способ увеличения нефтедобычи скважины - метод гидроразрыва пласта. Технология гидроразрыва пласта состоит в закачивании жидкости в скважину под таким давлением и с таким расходом, которые достаточны для того, чтобы разорвать породу пласта и создать по обе стороны от ствола скважины две трещины, служащие в качестве каналов для поступления пластового флюида в ствол скважины и обладающие значительно большей, в сравнении с пластом, гидравлической проводимостью. Для предотвращения смыкания трещины при прекращении закачки и снижении давления используют расклинивающий наполнитель (проппант), который закачивают в пласт вместе с жидкостью гидроразрыва. Эти частицы проппанта поступают в трещину совместно с рабочей жидкостью с нужной плотностью и вязкостью. Предпочтительно в качестве рабочей жидкости используют водные растворы вязкоупругих полимеров (гуара или гидроксипропилцеллюлозы).

Недостатком метода гидроразрыва пласта в классической форме его реализации следует признать загрязнение трещины продуктами распада полимеров, входящих в состав рабочей жидкости гидроразрыва. Остатки неразложившегося полимера блокируют поровое пространство между частицами пропанта, что значительно уменьшает проницаемость трещины. Исследования показывают, что от 45% до 75% полимера может оставаться в трещине в период начального дебита. Для предотвращения загустевания жидкости гидроразрыва и ее более полного извлечения из пласта в ходе очистки на рабочую жидкость воздействуют разрушителями геля, представляющего собой жидкость гидроразрыва.

Известны способы (US 5253711, US 5447199, US 6213213, US 5253711) использования в качестве разрушителей низкомолекулярных окислителей на основе персульфатов или пероксидов металлов и аммония, а также органических пероксидов. Однако их применение ограничено температурами ниже 120°С, а также плохой совместимостью с жидкостью гидроразрыва, а также смоляными проппантами.

Известен способ обработки призабойной зоны (RU 2258803) дополнительно подаваемой в скважину соляной кислотой. Однако этот способ не адаптирован для очистки трещины гидроразрыва от остатков геля и фильтрационной корки.

Известен также способ (RU 2030570) обработки призабойной зоны кислотой, которая выделяется при термическом разложении (горении или под действием температуры пласта) смеси поливинилхлорида и бифторида аммония. Получающуюся смесь кислот используют также для борьбы с коллоидными осадками окиси железа. Однако этот способ также не адаптирован для очистки трещины гидроразрыва от остатков геля и фильтрационной корки и затрагивает лишь призабойную область.

В патенте US 7080688 охарактеризован способ кислотного растворения фильтрационной корки с использованием проппанта, на поверхность которого нанесено покрытие из медленно растворимого вещества, способного продуцировать органические кислоты (в частности, полимер молочной кислоты). Этот способ может быть использован и в случае очистки окружения в гравийном фильтре. Доля твердого кислотного покрытия составляет до 10% от веса проппанта. Это изобретение наиболее близко к предложенному техническому решению. Вместе с тем, приготовление специального вида проппанта представляет отдельный технический этап и удорожает процесс.

Известны варианты способа повышения продуктивности пласта (US 4957165, US 4848467, US 7080688, US RU 2249097), согласно которому для увеличения проводимости трещин и удаления фильтрационной корки предложено использовать составы, включающие полимерные соединения, способные в пластовых условиях выделять органические или неорганические кислоты.

Однако известные способы не способны равномерно выделять кислоты в количествах, способные не разрушать трещину, а очищать ее.

Техническая задача, решаемая посредством разработанного технического решения, состоит в разработке способа очистки поверхности путем извлечения полимерных загрязнений из трещины.

Технический результат, получаемый при реализации предложенного способа, состоит в увеличении потока пластового флюида в скважину за счет очистки поверхности исходной трещина гидроразрыва пласта, а также за счет увеличения ее площади.

Указанный технический результат реализуют за счет того, что в трещину вместе с рабочей жидкостью гидроразрыва, содержащей проппант, подают частицы вещества, способного при нагревании в условиях пласта выделять вещество, способное при реакции с пластовой водой образовывать кислоту. Преимущественно используют частицы поливинилхлорида или поливинилиденхлорида или сополимеры, содержащие звенья хлорвинила или винилиденхлорида, а также их хлорированные аналоги. Однако могут использовать и гранулированный и покрытый слоем нефтерастворимого вещества хлористый или фтористый аммоний, бифторид аммония, фторид пиридина, а также фторсодержащие полимеры, например фторид поливинилпиридина. Обычно размер частиц полимера составляет от 0,1 мкм до 10 мм. Предпочтительно содержание винилхлорида в сополимерах составляет от 0,1% до 99,9 мас.%, а содержание хлора в полимере составляет от 0,01% до 85 мас.% Соотношение содержания по массе частиц полимера к содержанию по массе проппанта может составлять от 0,1% до 99,9%.

Способ основан на использовании веществ, способных при пластовой температуре и при наличии водонефтяной смеси выделять хлористый водород, который приводит к разрушению полимерного геля и растворению фильтрационной корки. Разработанный способ основан в основном на применении нового в этой области техники материала (предпочтительно, поливинилхлорида и его сополимеров), ранее не применявшегося по разработанному назначению и способствующего эффективному очищению трещины с проппантом от полимеров, входящих в состав жидкости гидроразрыва, а также разрушения фильтрационной корки. Преимущество предложенного подхода в случае использования полимера, содержащего в качестве мономера винилхлорид, перед существующими способами удаления полимерного геля из трещин в настоящее время состоит в следующем.

1. Имеется возможность значительного снижения концентрации или полного отказа от применения дорогостоящих деструкторов геля.

2. Выделение хлористого водорода из предлагаемого полимера материала растянуто во времени (десятки дней). Задержка по времени способствует более равномерному распределению образующейся соляной кислоты по трещине и обеспечивает более полное разрушение полимерного геля.

3. Частицы полимера, содержащего винилхлорид, особенно эффективно выделяют хлористый водород при повышенных пластовых температурах (130...200°С), когда широко используемые пероксидные десктрукторы, например, пероксиды и персульфаты металлов или аммония, оказываются низкоэффективными.

4. В отличие пероксидных деструкторов геля, частицы полимера, содержащего винилхлорид, не взаимодействуют с компонентами смоляного проппанта, что положительным образом сказывается на прочности проппантной пачки и, следовательно, размере трещин.

5. В отличие от пероксидных и персульфатных деструкторов, частицы полимера, содержащего винилхлорид, не взаимодействуют с жидкостью гидроразрыва на стадии проведения операции гидроразрыва и в ходе закрытия трещины и не влияют на реологические характеристики жидкости гидроразрыва пласта и ее транспортные свойства.

6. Хлористый водород, выделяющийся из частиц полимера, содержащего винилхлорид, способен растворять карбонатную породу, что способствует развитию микроканалов в пласте, приводя к увеличению разветвленной системы дренирования и повышению потока пластового флюида в скважину.

7. Выделяющийся из частиц полимерного материала хлористый водород способен к разрушению фильтрационной корки, образованной за счет проникновения геля в породу.

В случае использования других веществ, отвечающих условиям, изложенным в независимом пункте формулы, преимущества примерно те же.

Разработан способ проведения гидроразрыва пласта, согласно которому в трещину закачивается проппант, смешанный с частицами полимерного материала (поливинилхлорида или сополимеры винилхлорида), при этом проппант и частицы полимерного материала могут быть смешаны предварительно или в ходе проведения работы, а затем закачаны в подземный пласт. Под воздействием пластовой температуры макромолекулы полимерного материала выделяют хлористый водород, который разрушает сетку межмолекулярных связей (сшивок) в полимерном геле, построенную за счет образования межмолекулярных связей между гидроксильными группами полимера и ионами многовалентных металлов, используемых в качестве сшивателей. Выделяющийся хлористый водород разрушает гель, улучшает растворимость в воде полимерных компонентов жидкости гидроразрыва и способствует уменьшению вязкости раствора. В целом, эти факторы способствуют более полному вымыванию полимера из трещины и увеличению проницаемости трещины. Кроме того, при реализации способа, как отмечено ранее, происходит разрушение фильтрационной корки, а также формирование микроканалов в пласте, что приводит к увеличению разветвленной системы дренирования и повышению радиального притока нефти в скважину.

Содержание мономеров винилхлорида в сополимерах составляет от 0.1% до 99.9% (мольная концентрация). Сополимер может также содержать пластификаторы, термостабилизаторы, а также органические или неорганическими соединения.

Кроме того, могут быть использованы также органические или неорганическими соединения, способные в пластовых условиях выделять хлористый (или фтористый) водород, образующий с водой соляную или плавиковую кислоту.

В предлагаемом способе частицы полимерного материала могут быть использованы на протяжении всей стадии гидроразрыва пласта или только на конечном этапе.

Промышленная применимость разработанного способа была проверена с использованием образца полимерного материала, содержащего винилхлорид, помещенного в условия, имитирующие условия промысловой нефтяной скважины.

Для демонстрации способности поливинилхлорида к выделению хлористого водорода был проведен следующий эксперимент. Образец поливинилхлорида был подвергнут долговременной термообработке при 110°С в присутствии сырой нефти. В качестве образца был использован поливинилхлорид с температурой стеклования 56°С и степенью кристалличности 12%. Образец не содержал пластификаторов.

На чертеже показано изменение массы образца в течение 1-32 дней (по оси ординат отмечена масса образца). Хорошо видно, что увеличение времени термообработки приводит к убыли массы полимера. Данные элементного анализа на углерод, водород и хлор для образцов исходного полимера и отобранных в ходе термообработки показывают, что уменьшение массы образцов поливинилхлорида главным образом связано с выделением хлористого водорода.

Например, образец поливинилхлорида массой 0,100 кг за период 19 дней и температуре 110°С выделяет 0,029 кг хлороводорода, что в пересчете на стандартную соляную кислоту с концентрацией 15% составляет 0,193 кг. Этого количества кислоты достаточно для растворения 0,042 кг минерала кальцита, который является основным компонентом известковых коллекторов.

Преимущество предложенного способа перед существующими в настоящее время заключается в следующем.

1. Имеется возможность значительного снижения концентрации или полного отказа от применения дорогостоящих деструкторов геля.

2. Выделение хлористого или фтористого водорода из материала растянуто во времени (десятки дней). Задержка по времени способствует более равномерному распределению кислоты по трещине и обеспечивает более полное разрушение полимерного геля.

3. Частицы используемых веществ особенно эффективно выделяют хлористый или фтористый водород при повышенных пластовых температурах, когда широко используемые пероксидные десктрукторы, например пероксиды и персульфаты металлов или аммония, оказываются низкоэффективными.

4. В отличие пероксидных деструкторов геля, материал частиц используемых веществ не взаимодействует с компонентами смоляного пропанта, что положительным образом сказывается на прочности пропантной пачки.

5. В отличие от пероксидных и персульфатных деструкторов, частицы не взаимодействует с жидкостью гидроразрыва на стадии проведения операции гидроразрыва и в ходе закрытия трещины и не влияют на реологические характеристики жидкости гидроразрыва и ее транспортные свойства.

6. Хлористый или фтористый водород, выделяющиеся из частиц, способны растворять карбонатную породу, что способствует развитию микроканалов в пласте, приводя к увеличению разветвленной системы дренирования и повышению потока пластового флюида в скважину.

7. Выделяющийся из частиц нового материала хлористый или фтористый водород способны к разрушению фильтрационной корки на поверхности трещины.