способ кислотной обработки карбонатного коллектора высокотемпературного пласта

Формула изобретения

Способ кислотной обработки карбонатного коллектора высокотемпературного пласта, включающий закачку в пласт одновременно или последовательно оторочек водного раствора сложного эфира уксусной кислоты и воды, технологическую выдержку для образования уксусной кислоты в пласте и реакции ее с породами пласта и ввод скважины в эксплуатацию, отличающийся тем, что в качестве указанного раствора используют 20-60%-ный раствор сложного эфира уксусной кислоты, в который вводят 3% соляной кислоты, а соотношение оторочек указанного раствора и воды составляет 1:1,5-4 в зависимости от температуры пласта.

Описание изобретения к патенту

Способ кислотной обработки карбонатного коллектора высокотемпературного пласта относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к кислотным обработкам призабойной зоны пласта с целью интенсификации притока нефти.

В высокотемпературных пластах обычные кислотные растворы быстро снижают свою активность, поэтому закачка состава, генерирующего кислоту в пласте, обеспечивает более глубокое ее проникновение в пласт и является наиболее эффективной.

С ростом глубины скважин процесс обработки осложняется вследствие повышенного воздействия кислот на скважинное оборудование. Для уменьшения коррозионной активности кислот применяют ингибиторы коррозии. Однако их эффективность значительно снижается при высоких температурах; возрастает также расход ингибиторов. Кроме того, в высокотемпературных скважинах при реакции больших количеств ингибиторов коррозии с пластовыми породами образуются нерастворимые твердые вещества, закупоривающие поры и уменьшающие проницаемость.

Так как соляная кислота быстро реагирует с карбонатной породой, то разработаны методы замедления ее реакции эмульгированием, гелеобразованием и химическим способом.

Известен способ использования вместо соляной кислоты для замедления реакции с карбонатами низших карбоновых кислот: муравьиной и уксусной кислот [1]. Реакция уксусной кислоты, конечно, замедленная, так как накопление продукта реакции - углекислого газа уменьшает скорость реакции. Когда двуокись углерода просачивается в пласт или поглощается нефтью, водой или углеводородным газом, то продолжается реакция уксусной кислоты.

До настоящего времени кислоты с замедленной скоростью обладали ограниченными преимуществами перед обычной соляной кислотой, так как необходимо значительное увеличение проницаемости, простирающейся, по крайней мере, на 3 м от ствола скважины, чтобы достигнуть значительных улучшений в дебите нефти [2].

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является способ обработки подземного пласта, включающий нагнетание в пласт субстрата для фермента, причем субстрат способен превращаться в органическую кислоту под действием фермента [3] (прототип), отличающийся тем, что в качестве фермента используется гидралаза или липаза, или эстераза. Недостатком данного решения является получение кислоты в результате реакции, катализируемой ферментами, получаемыми из проросшей пшеницы или органов животных. Кроме того, используемые в известном способе концентрации (0,1 - 20 об.%) исходных реагентов для снижения их высокой коррозионной активности позволяют получить слабо концентрированную кислоту с малой растворяющей емкостью, с малым радиусом воздействия кислоты на обрабатываемый интервал пласта в отличие от предложенного решения.

Решаемой задачей предполагаемого изобретения является интенсификация извлечения нефти и воды из пласта за счет постепенного образования кислоты в пласте, увеличение радиуса обрабатываемого интервала пласта, исключение коррозии нефтепромыслового оборудования и улучшение эффективности кислотной обработки.

Поставленная задача достигается тем, что в способе кислотной обработки карбонатного коллектора высокотемпературного пласта, включающем закачку в пласт одновременно или последовательно оторочек водного раствора сложного эфира уксусной кислоты и воды, технологическую выдержку для образования уксусной кислоты в пласте и реакции ее с породами пласта и ввод скважины в эксплуатацию, согласно изобретению в качестве указанного раствора используют 20-60% раствор сложного эфира уксусной кислоты, в который вводят 3% соляной кислоты. Соотношение указанных оторочек составляет 1:1,5-4 в зависимости от температуры пласта.

Суть предлагаемого способа заключается в технологии, предусматривающей превращение сложных эфиров карбоновой кислоты в уксусную кислоту в пласте под действием температуры и катализатора ионов водорода с последующей выдержкой. Соотношение этилацетатной оторочки к водной может меняться от 1:4 до 1:1,5.

По сравнению с известными способами кислотной обработки настоящее изобретение имеет следующие преимущества:

- представляет способ, по которому кислота может быть получена на месте в пласте (как в прототипе) и с такой скоростью, что в непосредственной близости от ствола скважины не производится и не расходуется вся кислота;

- в качестве катализатора реакции в пласте выбран дешевый и доступный реагент - соляная кислота,

- не корродирует или очень слабо корродирует оборудование скважины,

- побочный продукт превращения сложного эфира уксусной кислоты в кислоту этиловый спирт уменьшает поверхностное натяжение между нефтью и водой, способствует ускорению очистки скважины,

- возможность кислотной обработки горизонтальных скважин без применения специальных методов,

- эфиры уксусной кислоты не коррозионные реагенты.

Для осуществления предлагаемого способа используется этиловый эфир уксусной кислоты или бутиловый эфир уксусной кислоты по ГОСТ 8981-78, которые в настоящее время применяются в качестве растворителя в различных отраслях промышленности. По физико-химическим свойствам этилацетат или бутилацетат должен соответствовать требованиям и нормам, указанным в таблице 1.

Для доказательства соответствия заявленного изобретения критерию "промышленная применимость" приводим конкретные примеры определения эффективности заявляемого способа в лабораторных условиях по показателю изменения концентрации СН_ЗСООН.

Пример 1. Исследование самогенерирования уксусной кислоты в результате гидролиза этилацетата при высоких температурах

Исследовано самогенерирование (без введения катализатора) уксусной кислоты в результате гидролиза этилацетата при температурах 50, 70, 90°С. Методика исследования реакции гидролиза этилацетата заключалась в следующем: каждый состав помещался в термостат на определенное время, после выдержки при заданной температуре в составе определялась общая и свободная кислотности. Концентрация СН₃СООН определялась по разности между общей и свободной кислотностями. По найденной концентрации СН₃СООН рассчитывалась степень гидролиза этилацетата.

Таблица 2. Самогенерирование уксусной кислоты в результате гидролиза этилацетата при высоких температурах
Состав, мас.%		Температура, °С	Равновесная концентрация СН 3СООН,%	Время, час.	Степень гидролиза этилацетата, %
этилацетат	вода
20	80	50	1,1	5	22,6
20	80	70	3,1	2	23,0
20	80	90	3,6	1,5	23,2
40	60	50	2	6	10,0
40	60	70	2,7	4	7,5
40	60	90	18	1,0	66,1
60	40	50	3,0	6	7,2
60	40	70	3,0	6	7,2
60	40	90	16,9	3,5	41,3

Оптимизация концентрации катализатора в реакции гидролиза этилацетата.

Исследовалась реакция омыления этилацетата в присутствии ионов водорода. В качестве катализатора реакции омыления использовалась соляная кислота, при этом концентрация ее менялась в пределах 1, 3, 15%. Определялось изменение концентрации СН₃СООН в составах во времени. Максимальная достигнутая концентрация СН₃СООН и время ее достижения приведены в таблице 3. Также в таблице 3 дается характеристика работы катализатора - увеличение выхода уксусной кислоты (выраженное в процентах) при введении HCl по сравнению с концентрацией СН₃СООН, полученной при омылении этилацетата без катализатора.

Таблица 3 Равновесная концентрация уксусной кислоты, достигаемая в результате каталитического действия соляной кислоты на омыление этилацетата при высоких температурах
Состав, мас.%			Температура, °С	Концентрация СН3СООН, %	Время, час.	Степень гидролиза этилацетата, %	Увеличение выхода кислоты при введении HCl, %
этилацетат	HCl	вода
20	1	79	50	7,5	4	53,9	85
20	3	77	50	8,7	6	63,7	87,4
20	15	65	50	8,7	4	63,7	87,4
20	1	79	70	7,5	1	55,3	58,7
20	3	77	70	8,4	1	61,4	63,1
20	15	65	70	7,5	6	54,7	58,7
20	1	79	90	9,1	1,5	64,0	60,4
20	3	77	90	9,6	1,0	68,3	62,5
20	15	65	90	9,5	1,0	70,9	62,1
40	1	59	50	13,8	5	50,5	85,5
40	3	57	50	18,9	5,5	69,4	88,2
40	15	45	50	7,2	6,5	26,6	72,2
40	1	59	70	12,6	3	46,3	78,6
40	3	57	70	12,5	3	46,9	78,8
40	15	45	70	14,7	5	58,4	81,6
40	1	59	90	18,8	2,0	69,0	4,2
40	3	57	90	18,3	1,5	67,2	1,6
40	15	45	90	15,6	2,0	57,3	0
60	1	39	50	7,8	6	19	61,5
60	3	37	50	14,7	6	36	79,6
60	15	25	50	8,1	6	19,9	63,0
60	1	39	70	20,8	3	50,8	85,6
60	3	37	70	23,1	3	56,5	87,0
60	15	25	70	21	3	51,8	85,7
60	1	39	90	23,2	2,5	56	26,7
60	3	37	90	22	2,5	54,5	22,7
60	15	25	90	23,7	2	46,6	28,3

При температуре 50°С и 70°С наибольший выход уксусной кислоты наблюдается при введении 3% HCl в 20-60% составы этилацетата. При температуре 90°С наибольший выход уксусной кислоты наблюдается при введении 3% HCl в 20% составы этилацетата, введение HCl в 60% составы этилацетата повышает выход уксусной кислоты на 23-28%.

Таким образом, предлагаемый способ кислотной обработки содержит:

1. Закачку водного раствора сложного эфира уксусной кислоты и 3% ионов водорода. Соотношение этилацетатной оторочки к водной может меняться в пределах: 1:4 или 1:1,5 в зависимости от необходимой для обработки карбонатов или окислов железа концентрации уксусной кислоты.

2. Выдержку для превращения сложного эфира уксусной кислоты в уксусную кислоту и для реакции с породой. (При температурах 50-70°С время выдержки составляет 6-8 часов. При температурах 90°С и выше - 2-4 часа.)

Растворение карбонатной породы.

Эксперименты проводились в колбах с обратным холодильником, которые помещались в термостат с заданной температурой. В качестве карбонатной породы использовались мраморные пластины с фиксированными массой и поверхностью. Величина количества состава, приходящегося на единицу поверхности мраморной пластины, была постоянна в экспериментах и равнялась 3 см³/см². Приведены результаты исследования растворимости мрамора в 20% составах этилацетата при температуре 50°С (таблица 4). Методика исследования растворимости мраморной пластины в исследуемом составе заключалась в следующем: каждый состав помещался в термостат на 0,5 часа, после выдержки при заданной температуре в состав вводилась мраморная пластина и выдерживалась на реакции заданное время при заданной температуре. После этого пластину промывали, сушили и определяли ее массу после реакции с кислотным составом.

Таблица 4.
Время, час.	Растворимость мрамора (%) в следующих составах:
	20% этилацетата +80% вода	20% этилацетата +3% HCl +77% вода	13,6% СН3СООН
1	0,42	6,31	2,70
2	0,67	7,53	2,81
3	0,92	9,22	3,68
4	1,50	10,94
5	1,75	11,11
6	2,10	11,43

Теоретический выход из 20% состава этилацетата составляет 13,6% СН₃СООН. Сравнение скорости растворения мрамора кислотой, образовавшейся из водного состава этилацетата, со скоростью растворения мрамора уксусной кислотой показывает замедление растворения мрамора в 4-6 раз. При использовании ионов водорода в качестве катализатора реакции омыления этилацетата растворяющая способность состава увеличивается, но замедление скорости растворения мрамора сохраняется.

Пример 2.

В способе кислотной обработки карбонатного коллектора высокотемпературного пласта (50°С) в пласт одновременно закачивают оторочки 40%-ного водного раствора сложного эфира уксусной кислоты, в который вводят 3% соляной кислоты, и воды. Соотношение указанных оторочек составляет 1:4. Осуществляют технологическую выдержку для образования уксусной кислоты в пласте и реакции ее с породами пласта 6 часов и вводят скважину в эксплуатацию.

Пример 3.

В способе кислотной обработки карбонатного коллектора высокотемпературного пласта (90°С) в пласт последовательно закачивают оторочки 20%-ного водного раствора сложного эфира уксусной кислоты, в который вводят 3% соляной кислоты, и воды. Соотношение указанных оторочек составляет 1:1,5. Осуществляют технологическую выдержку для образования уксусной кислоты в пласте и реакции ее с породами пласта 4 часа и вводят скважину в эксплуатацию.

Применение предлагаемого способа экономически выгодно не только с точки зрения эффективности, но и вследствие меньшего объема работ и численности рабочих, удлинения срока службы труб, пакеров и другого оборудования.

Источники информации

1. М.Кристиан и др. Увеличение продуктивности и приемистости скважин. - М.: Недра, 1985, с.53-54.

2. Williams, Gidley and Schechier, 1979, Ch 10, in Acidizing Funamentals, Soc. Petrol. Eng. ofALME, New York, Dallas.

3. RU 2122633 C1, E 21 В 43/27, 27.11.1998, Бюл. №33.