способ и устройство для термохимической обработки продуктивного пласта

Формула изобретения

1. Способ термохимической обработки продуктивного пласта, включающий закачку в зону обработки через насосно-компрессорную трубу горюче-окислительного состава, содержащего комплексное органическое соединение с азотной кислотой, селитру и воду, доставку в зону расположения горюче-окислительного состава инициатора горения, отличающийся тем, что в горюче-окислительный состав в качестве комплексного соединения вводят 50-82 мас.% этаноламиннитрата, а в качестве инициатора горения вводят 10 - 50% от массы горюче-окислительного по крайней мере одного из соединений, выбранного из ряда гидридов щелочного и/или щелочноземельного металла, или нитритов указанных металлов.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что гидриды указанных металлов используют в виде спрессованных таблеток, покрытых парафином или канифолью.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что в качестве гидридов используют по крайней мере один из ряда: гидрид лития, натрия, калия, кальция.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве нитрита используют по крайней мере один из ряда: нитрит натрия или кальция в виде водного, преимущественно насыщенного раствора.

5. Устройство для термохимической обработки продуктивного пласта, содержащее колонну насосно-компрессорных труб, спускаемую в скважину через обсадную трубу, обеспечивающую воздействие на обрабатываемую зону пласта путем закачки через основную-первую трубу в скважину двух реагентов, при этом нижняя основная труба выполнена составной с возможностью разделения реагентов, отличающееся тем, что реагенты в устройстве разделены между собой посредством двух дополнительных труб, установленных коаксиально одна в другой и соосно с основной, с диаметром внутренней-второй трубы, равной диаметру основной трубы, при этом все три трубы герметично связаны между собой соединительным устройством, образуя во внутренней части труб свободное герметичное пространство, для истечения одного из реагентов - горюче-окислительного состава из отсека основной трубы в межтрубное пространство второй и третьей труб, при этом отсек, в котором размещен горюче-окислительный состав, сверху и снизу ограничен перепускными устройствами, между которыми установлен срезной штифт, плотно прилегающий к герметизирующей пробке, а в отсеке, расположенном в объеме второй трубы и в котором размещен второй реагент - инициатор горения, сверху установлен срезной штифт, плотно прилегающий к герметизирующей пробке, а снизу герметизирующая пробка и срезной штифт, плотно прилегающий к обратному клапану герметизируют обе трубы от возможности попадания скважинной жидкости в объем труб.

6. Устройство по п. 5, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит пакер, установленный между обсадной и основной трубами.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к способам термохимической обработки продуктивных пластов: нефтяных, газоконденсатных и устройствам для его осуществления, и может быть использовано при разработке нефтяных, газовых и газоконденсатных месторождений.

Известен способ термохимической обработки призабойной зоны пласта, включающий закачку в зону обработки через колонну насосно-компрессорных труб (НКТ) горюче-окислительного состава (ГОС), содержащего исходные компоненты при следующем соотношении, мас.%: мочевина 18,0 - 30,0; азотная кислота 4,0 - 6,0; уксусная кислота 4,5 - 5,5; перманганат калия 0,01- 0,02; изопропилметакарборан 0,3 - 3,0; вода 13 - 18 и аммиачная селитра 38 - 60, последующее введение в зону расположения ГОС инициатора горения, содержащего алюминий (10-30 мас.%) и оксид хрома (70-90 мас.%) в количестве не более 10% от массы ГОС (RU 2126084 С1, Е 21 В 43/24, 1999). Термохимическую обработку призабойной зоны пласта в известном способе осуществляют путем раздельной подачи ГОС и инициатора горения через колонну насосно-компрессорных труб.

Способ позволяет увеличить эффективность процесса освоения скважин, однако ограничен применением указанных составов ГОС и инициаторов обработкой только призабойной зоны нефтяного пласта, что определяется устройством НКТ, и, кроме того, из-за практически одновременной подачи реагентов реакция может начаться в зоне перфорации, что часто является нежелательным моментом.

Известен способ термохимической обработки призабойной зоны пласта и ствола скважины, включающий введение в скважину через НКТ водного раствора ГОС, содержащего аммонийные соли органических или неорганических кислот, последующее введение в ГОС по крайней мере одного агента, инициирующего экзотермическую реакцию: гипохлориты щелочных металлов, соли азотистой кислоты, при этом введение инициатора и ГОС осуществляют раздельно: ГОС подают через НКТ в перфорированную зону, а инициатор горения подают в зону расположения ГОС через межтрубное пространство НКТ и обсадной трубой (RU 2102589 С1, Е 21 В 43/25, 1998). Раздельное введение в обрабатываемое пространство скважины ГОС по НКТ, а инициатора термохимической обработки по межтрубному пространству и смешивание их в районе интервала перфорации часто приводит к повреждению оснастки и внешней поверхности НКТ, что ограничивает срок эксплуатации последних.

Известен способ повышения продуктивности нефтяной скважины, включающий загрузку через насосно-компрессорную трубу в область перфорации горюче-окислительного состава из смеси селитры и древесного угля, затем введение в него инициатора горения из смеси магния и соляной кислоты, инициирование реакции горения и после ее окончания для восстановления гидродинамической связи скважины с пластом последующую обработку прискважиной зоны насыщенным раствором селитры (RU 2100584 С1, Е 21 В 43/25, 1997). В качестве устройства для введения реагентов в обрабатываемую зону в известном способе используют насосно-компрессорную трубу, которую размещают в обсадной колонне скважины, перфорированной на интервале. ГОС и инициатор загружают таким образом, чтобы верхний уровень загруженной смеси располагался не выше уровня отверстий интервала перфорации.

Известное изобретение направлено на обработку перфорированного интервала прискважинной (призабойной) зоны нефтяного пласта и решает задачу повышения эффективности нефтеотдачи скважины путем восстановления нефтепритоков из нефтяных оторочек без образования магистральных проницаемых трещин в области водонефтяного и газонефтяного контактов. Однако высокое содержание селитры в составе ГОС ограничивает использование способа и относит его к разряду небезопасных.

Известно устройство для обработки скважин, содержащее спускаемую в скважину колонну труб, обеспечивающую воздействие на призабойную зону пласта путем закачки через нее в скважину двух реагентов, в результате химической реакции между которыми происходит обильное газовыделение, при этом основная труба разделена по всей длине на два вертикальных отсека, заполняемые реагентами, причем объемы отсеков пропорциональны объемам реагентов, вступающих в реакцию, и каждый отсек имеет в нижней части рабочий клапан, соединенный каналом со смесителем, который размещен в пенной камере, имеющей выходное отверстие, перекрытое клапаном-вибратором, обеспечивающим открытие выходного отверстия с заданной частотой, в верхней части колонны труб размещен отсек генерации давления с управляемым клапаном или медленно горящий заряд пороха с электровоспламенителем (RU 2148162 С1, Е 21 В 43/25, 27.04.2000).

Для сложных скважин обработку проводят повторно.

Недостатком известного устройства является его ограниченное применение для обработки сложных, сильно закольматированных скважин. Наличие кабеля для спуска НКТ может приводить к нештатным ситуациям, осложняет и снижает безопасность процесса. Но самый существенный недостаток состоит в том, что устройство не может быть использовано для термохимической обработки нефтяных пластов с использованием энергоемких составов ГОС и инициаторов горения.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является способ термохимической обработки продуктивного пласта и горюче-окислительный состав для его осуществления (RU 2153065, Е 21 В 43/24, 2000). Способ включает закачку в зону обработки ГОС, содержащего в мас.%: комплексное соединение диамида щавелевой кислоты и азотной кислоты 18-36; уксусный эфир салициловой кислоты 4-5; перманганат калия 0,01-0,05, изопропилборан 5-15, воду 9-18 и селитру (амиачную) 21 - 63, затем доставку в зону расположения ГОС инициатора горения, в качестве которого используют состав на основе боргидрида щелочного металла и метанола или диэтилового эфира в количестве 5-95 мас.%, или щелочи в количестве 5-25 мас.%, и/или твердого изопропилкарборана в количестве 5-40 мас.%, при этом ГОС и инициатор подают раздельно. Механизм доставки инициатора горения в зону расположения ГОС осуществляется двумя путями. Первый путь - в контейнере с помощью промысловой лебедки с последующим разрушением контейнера взрывом шнуровой торпеды, устанавливаемой по всей длине контейнера. Взрыв инициируют возникающим при спуске контейнера соприкосновением контактов шнуровой торпеды и источника электроэнергии (аккумулятора), установленного в башмаке НКТ. Этот метод доставки инициатора является небезопасным из-за возможного отказа взрыва торпеды. Кроме того, сам по себе такой способ доставки инициатора требует сложного оборудования.

Второй путь доставки инициатора, находящегося в жидком состоянии, заключается в закачке его через нижнюю часть колонны НКТ, которая оборудуется алюминиевыми трубами - хвостовиком, длина которого должна превышать интервал перфорации обрабатываемого пласта.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому в части устройства является второй вариант закачки инициатора в зону расположения ГОС из RU 2153065, Е 21 В 43/24, 2000 г. Описанное в указанном патенте устройство для термохимической обработки продуктивного пласта содержит спускаемую в скважину через обсадную трубу колонну насосно-компрессорных труб, в которой нижняя основная труба оборудована с возможностью раздельной подачи ГОС и инициатора через хвостовики.

Задачей изобретения в части устройства является расширение типа устройств для обработки продуктивного пласта, его возможностей за счет подачи как твердых, так и жидких реагентов, так и возможности использования энергоемких составов ГОС и инициаторов.

Технической задачей изобретения в части способа является расширение технологических возможностей при высокой степени эффективности обработки скважин.

Другой задачей изобретения является создание нового типа устройства НКТ, позволяющее повысить безопасность процесса и осуществлять обработку пласта в любой его части (в области перфорации, призабойной зоне, зумпфе) и на любых глубинах его залегания.

Техническая задача достигается тем, что способ термохимической обработки продуктивного пласта, включающий закачку в зону обработки через насосно-компрессорную трубу горюче-окислительного состава, содержащего комплексное органическое соединение с азотной кислотой, селитру и воду, доставку в зону расположения горюче-окислительного состава инициатора горения, при этом в горюче-окислительный состав в качестве комплексного соединения вводят 50-82 мас.% этаноламиннитрата, а в качестве инициатора горения вводят 10 - 50% от массы горюче-окислительного по крайней мере одного из соединений, выбранного из ряда гидридов щелочного и/или щелочно-земельного металла, или нитритов указанных металлов. Гидриды указанных металлов используют в виде спрессованных таблеток, покрытых парафином или канифолью. В качестве гидридов используют по крайней мере один из ряда: гидрид лития, натрия, калия, кальция, а в качестве нитрита используют по крайней мере один из ряда: нитрит натрия, калия или кальция в виде водного, преимущественно насыщенного раствора.

Заявленный способ подачи ГОС и инициатора горения с использованием заявленного устройства НКТ позволяет осуществлять обработку пласта в любой его части: в призабойной зоне, в области выше интервала перфорации и в зумпфе, т.е. в объеме самого пласта.

Использование в составе ГОС малотоксичного этаноламиннитрата позволяет понизить содержание селитры до 5-20 мас.%, что повышает безопасность использования ГОС и способа в целом.

Отличительной особенностью ГОС является интенсивное газовыделение, состав выделяющихся газов при обработке скважин, повышенная технологическая надежность, удобство и безопасность работы с ГОС.

Для приготовления ГОС могут быть использованы реактивы любой квалификации чистоты, за исключением разбавленных водных растворов.

Важной особенностью состава является низкая коррозионная активность.

При сгорании ГОС основными выделяющимися газами являются водород, моноокись углерода и азот, т.е. смесь газов, близкая по составу к синтез-газу. Добавление селитры в количестве не более 20 мас.%: аммиачной, калиевой или натриевой, преимущественно аммиачной, повышает рабочие характеристики окислителя в составе ГОС.

Получают ГОС либо непосредственно на скважине, либо на предприятиях следующим образом. К рассчитанному количеству этаноламина добавляют необходимое количество азотной кислоты, так чтобы после прохождения реакции смесь компонентов имела показатель рН не выше 5. При смешивании компонентов выделяется большое количество тепла, поэтому необходимо предусмотреть охлаждение емкости, в которой происходит смешивание. После охлаждения смеси в нее вводят селитру и снова перемешивают компоненты, охлаждают и используют по назначению. Полученный раствор ГОС представляет собой жидкость, температура затвердевания которой составляет около минус 30°С, что позволяет проводить закачку состава в скважины в зимнее время года.

Оптимальным является приготовление ГОС и инициатора в стационарных специально оборудованных условиях с последующей транспортировкой их на место использования, что исключает осуществление химических операций малоквалифицированным персоналом вблизи скважин.

В таблице представлена некоторая часть используемых горюче-окислительных составов и инициатора.

ГОС и инициатор горения могут использоваться для обработки скважин разных глубин, от мелких (500 м) и до глубоких (4000 м), и в любое время года.

Устройство для осуществления способа термохимической обработки продуктивного пласта, содержащее колонну НКТ, спускаемую в скважину через обсадную трубу, обеспечивающую воздействие на обрабатываемую зону пласта путем закачки через основную - первую - трубу в скважину двух реагентов, при этом нижняя основная труба выполнена составной с возможностью разделения реагентов, при этом реагенты в устройстве разделены между собой посредством двух дополнительных труб, установленных коаксиально одна в другой и соосно с основной, с диаметром внутренней - второй - трубы, равным диаметру основной трубы, при этом все три трубы герметично связаны между собой соединительным устройством, образуя во внутренней части труб свободное герметичное пространство для истечения одного из реагентов - горюче-окислительного состава - из отсека основной трубы в межтрубное пространство второй и третьей труб, при этом отсек, в котором размещен горюче-окислительный состав, сверху и снизу ограничен перепускными устройствами, между которыми установлен срезной штифт, плотно прилегающий к герметизирующей пробке, а в отсеке, расположенном в объеме второй трубы и в котором размещен второй реагент - инициатор горения, сверху установлен срезной штифт, плотно прилегающий к герметизирующей пробке, а снизу герметизирующая пробка и срезной штифт, плотно прилегающий к обратному клапану, герметизируют обе трубы от возможности попадания скважинной жидкости в объем труб.

Устройство дополнительно может содержать пакер, который установливают между обсадной и основной трубами.

Принципиальная схема предлагаемого устройства показана на чертеже.

Устройство для обработки продуктивного пласта содержит основную - первую - трубу 1, две дополнительных трубы 2 и 3, установленные коаксиально одна в другой и соосно с основной, с диаметром внутренней - второй - трубы 2, равным диаметру основной трубы 1, при этом все три трубы герметично связаны между собой соединительным устройством 4, образуя во внутренней части труб свободное герметичное пространство 5 для истечения одного из реагентов - горюче-окислительного состава - из отсека 6, расположенного в объеме основной трубы 1, в межтрубное пространство 7 второй и третьей труб (на чертеже прохождение ГОС показано стрелкой), при этом отсек 6, в котором размещен ГОС, сверху и снизу ограничен перепускными устройствами 8 и 9 соответственно, между которыми установлен срезной штифт 10, плотно прилегающий к герметизирующей пробке 11, в отсеке 12, расположенном в объеме второй трубы 2 и в котором размещен второй реагент - инициатор горения, сверху установлен срезной штифт 13, плотно прилегающий к герметизирующей пробке 14, а снизу - герметизирующая пробка 15 и срезной штифт 16, плотно прилегающий к обратному клапану 17, который герметизирует обе трубы от возможности попадания скважинной жидкости в объем труб.

Устройство может дополнительно содержать пакер 18, установленный между обсадной 19 и основной 1 трубами.

Устройство работает следующим образом. Устройство собирают на земле, а затем опускают через обсадную трубу 19 в зону обработки пласта (призабойную зону, в зону пласта - зумпфу и т.д.).

В свободный объем колонн трубы 1 под давлением подают насосом (на чертеже не показан) продавочнуго жидкость, которая, проходя через перепускное устройство 8, срывает срезной штифт 10 и герметизирующую пробку 11, при этом горюче-окислительный состав из отсека 6 через перепускное устройство 9 полностью или частями попадает в пространство 5 (на чертеже показано стрелками), а затем в межтрубное пространство 7 между трубами 2 и 3 и далее через обратный клапан 17 проходит в обрабатываемую зону пласта. Одновременно под воздействием продавочной жидкости происходит срыв срезного штифта 13 и герметизирующей пробки 14 в трубе 2, после чего инициатор горения из отсека 12 под давлением срывает герметизирующую пробку 15, штифт 16 и через обратный клапан 17 поступает в обрабатываемую зону нефтяного пласта. При этом время поступления инициатора в зону расположения ГОС можно регулировать в зависимости от решаемой задачи: подача может быть осуществлена практически одновременно с ГОС или с необходимой временной задержкой.

Для обработки продуктивного пласта с применением заявленного устройства были использованы реагенты, представленные в таблице.

В результате химического взаимодействия реагентов в обрабатываемой зоне происходит интенсивное газовыделение и повышение температуры в зоне обработки выше 300°С, что приводит к растворению асфальтосмолистых отложений и восстановлению скважины с флюидосодержащим слоем пласта.

В результате обработки в пласте повышается давление выше атмосферного, флюид (нефть) поступает в межтрубное пространство обсадная труба 19 - труба 1, а затем наружу. В том случае, если требуется скважину закрыть на необходимое время, ставят пакер 18 между обсадной 19 и основной 1 трубами.

Предлагаемое устройство отличается простотой исполнения, с использованием заявляемого способа может использоваться для увеличения продуктивности работающих скважин, для возобновления заброшенных скважин любой степени сложности и глубины, позволяет повысить безопасность работы на скважинах при использовании ГОС и инициаторов, обладающих высокой энергетикой. Устройство позволяет подавать в обрабатываемую зону пласта весь объем ГОС и инициатор горения одновременно либо частями, для этой цели, например для подачи ГОС, служит перепускное устройство 9.

Конструкция предлагаемого устройства позволяет использовать ГОС и составы инициаторов в жидком или твердом состоянии, позволяет снизить их расход, повысить эффективность и безопасность обработки скважин, осуществлять обработку как нефтяных, так и газоконденсатных пластов.