RU2155864C1

RU2155864C1 - Compound for chemical treatment of high- temperature producing formation

Info

Publication number: RU2155864C1
Application number: RU99124806A
Authority: RU
Inventors: Б.А. Мамедов; Д.В. Зазирный; В.Е. Воропанов
Original assignee: Глобал Ойлрековери Лимитед
Priority date: 1999-11-30
Filing date: 1999-11-30
Publication date: 2000-09-10

Abstract

FIELD: oil and gas producing industry, particularly, production of hydrocarbons with use of chemical substances; applicable in treatment of bottom-hole formation zones. SUBSTANCE: compound includes aqueous solution of carbamide monoperoxydrate, strong mineral acid and nonionic surfactant with the following amounts of ingredients, wt.%: carbamide monoperoxohydrate ((NH₂CONH₂•H₂O₂)) 7-20; strong acid (HCl) and nonionic surfactant 0.5-1.5; the balance, water. Compound is prepared at wellhead and supplied to interval of perforations through tubing. Solution is forced into bottom-hole zone by means of excessive pressure and held there for 12 h. As a result of reaction of ions of solution with ions of polymer- argillaceous colmatage formations, their bodies are destroyed with subsequent dispersion to finely dispersed fraction. Subsequent pumping of well by any known method allows easy removal of colmatants from bottom-hole zone. Reagents used for preparation of offered compound are distinguished by their chemical stability and availability. EFFECT: higher efficiency of treatment of bottom-hole formation zone of high- temperature formations due to reduction of time of dispersion and higher dispersity of colmatage formations of polymer-argillaceous composition with simultaneous extension of assortment of chemical substances used in treatment of well bottom-hole zones. 1 tbl, 1 ex

Description

Изобретение относится к нефтегазодобывающей отрасли, в частности к области добычи углеводородов с использованием химических веществ, и может быть использовано при обработке призабойных зон скважин. The invention relates to the oil and gas industry, in particular to the field of hydrocarbon production using chemicals, and can be used in the treatment of bottom-hole zones of wells.

Известен состав для обработки призабойных зон скважин, включающий водорастворимое органическое соединение, содержащее активную аминогруппу и гидрат пероксогидрата соли щелочного металла (1). A known composition for processing bottom-hole zones of wells, including a water-soluble organic compound containing an active amino group and an alkali metal salt peroxohydrate hydrate (1).

Недостатком известного состава является дефицитность используемых реагентов, низкая стабильность пероксосоединения в условиях повышенных температур растворителя и слабая растворимость состава при пониженных температурах растворителя. A disadvantage of the known composition is the scarcity of the reagents used, the low stability of the peroxy compound at elevated solvent temperatures and the poor solubility of the composition at lower solvent temperatures.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению прототипом является состав для химической обработки призабойной зоны пласта, включающий соляную кислоту, неионогенный ПАВ, мочевину и воду (2). Closest to the proposed invention, the prototype is a composition for chemical treatment of the bottomhole formation zone, including hydrochloric acid, nonionic surfactant, urea and water (2).

Недостатком известного состава является низкая скорость разрушения (диспергации) и невысокая дисперсность глинисто-полимерных кольматирующих образований, и как следствие - низкая эффективность обработок. A disadvantage of the known composition is the low rate of destruction (dispersion) and the low dispersion of clay-polymer clogging formations, and as a result, the low efficiency of the treatments.

Предлагаемый состав решает задачу повышения эффективности обработок за счет увеличения скорости диспергации и повышения дисперсности полимерно-глинистых кольматирующих образований. The proposed composition solves the problem of increasing the efficiency of treatments by increasing the speed of dispersion and increasing the dispersion of polymer-clay mud formations.

Сущность изобретения заключается в следующем. Глинисто-полимерная составляющая буровых растворов, используемых при вскрытии продуктивных пластов углеводородов, проникает в поровое пространство пород, слагающих призабойную зону, вследствие чего увеличивается фильтрационное сопротивление призабойной зоны и снижается проницаемость пород, ее слагающих. При контакте полимерно-глинистых кольматирующих образований с ионами, образующимися при гидролизе химических веществ, вводимых в призабойную зону, происходят ионообменные реакции. В результате этого происходит изменение потенциала, определяющего устойчивость глинистого геля, заполняющего перовое пространство пород призабойной зоны. Подбором химических веществ и их композиций с соответствующим набором ионов можно создать такие условия, при которых будет происходить самопроизвольная диспергация кольматирующих образований. При этом тип ионов и их количество, а также степень их гидратации будет определять как скорость диспергации, так и величину дисперсности глинисто-полимерных образований. Кроме того, перекисные соединения, входящие в состав композиции, воздействуя на углеводородные связи полимерной составляющей кольматирующих образований, приводят к разрыву полимерного каркаса, превращая его в отдельные мелкие звенья, которые уже не способны образовывать стабильный гель. Очевидно, что с уменьшением размеров полимерно-глинистых частиц, на которые распадаются кольматирующие образования, то есть с увеличением дисперсности, а также с увеличением скорости диспергации, эффективность химической обработки повышается, так как последующее наложение депрессии на пласт позволяет удалять глинисто-полимерные частицы тем эффективнее, чем выше их дисперсность. Именно эти особенности процесса химической обработки пород призабойной зоны высокотемпературного продуктивного пласта и обусловили формулировку цели изобретения и поиска нового композиционного состава, удовлетворяющего поставленной задаче. The invention consists in the following. The clay-polymer component of the drilling fluids used when opening productive hydrocarbon formations penetrates into the pore space of the rocks composing the bottom-hole zone, as a result of which the filtration resistance of the bottom-hole zone increases and the permeability of the rocks composing it decreases. Upon the contact of polymer-clay clogging formations with ions formed during the hydrolysis of chemicals introduced into the bottom-hole zone, ion-exchange reactions occur. As a result of this, there is a change in the potential that determines the stability of the clay gel filling the feather space of the bottomhole zone rocks. By selecting chemicals and their compositions with an appropriate set of ions, it is possible to create such conditions under which spontaneous dispersion of clogging formations will occur. In this case, the type of ions and their quantity, as well as the degree of their hydration, will determine both the dispersion rate and the dispersion value of clay-polymer formations. In addition, the peroxide compounds that make up the composition, acting on the hydrocarbon bonds of the polymer component of the clogging formations, lead to rupture of the polymer skeleton, turning it into individual small units that are no longer able to form a stable gel. Obviously, with a decrease in the size of polymer-clay particles into which the clogging formations decompose, that is, with an increase in dispersion, and also with an increase in the dispersion speed, the efficiency of chemical treatment increases, since subsequent deposition of the depression on the formation allows clay-polymer particles to be removed more effectively the higher their dispersion. It is these features of the chemical treatment of rocks of the bottom-hole zone of a high-temperature productive formation that led to the formulation of the purpose of the invention and the search for a new composition that satisfies the task.

Задачей настоящего изобретения является получение технического результата, выражающегося в повышении эффективности обработки высокотемпературного продуктивного пласта за счет увеличения скорости диспергации и повышения дисперсности кольматирующих образований, имеющих полимерно-глинистый состав для эффективного удаления их из призабойной зоны. The objective of the present invention is to obtain a technical result, which is expressed in increasing the efficiency of processing a high-temperature productive formation by increasing the dispersion rate and increasing the dispersion of clogging formations having a polymer-clay composition to effectively remove them from the bottomhole zone.

Дополнительной целью является расширение ассортимента стабильных в условиях повышенных температур химических веществ, используемых при обработках призабойных зон скважин. An additional goal is to expand the assortment of chemicals stable at elevated temperatures that are used in the treatment of bottom-hole zones of wells.

Технический результат достигается тем, что состав для химической обработки высокотемпературного продуктивного пласта включает монопероксогидрат мочевины (NH₂CONH₂•H₂O₂), сильную минеральную кислоту (соляную (HCC) или серную (H₂SO₄)), неионогенный ПАВ и воду при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:
Монопероксогидрат мочевины - 7 - 20
Сильная минеральная кислота (соляная или серная) - 12 - 24
Неионогенный ПАВ - 1,0 - 1,5
Вода - Остальное
Предлагаемый композиционный состав позволяет диспергировать кольматирующие образования полимерно-глинистого состава в высокотемпературных условиях пласта с высокой скоростью до тонкодисперсных фракций. В водном растворе предлагаемого композиционного состава в условиях повышенных температур будут содержаться следующие ионы: H₂NCONH₃₊, H₂NC(NH)O_-, H₊ HO_2-, H₃O_-, OH_-, Cl_- или SO_4-, которые, вступая в ионный обмен с ионообменным комплексом глин кольматирующих образований, диспергируют глинистую составляющую на тонкодисперсные частицы, а перекисные соединения разрывают полимерные цепи, превращая их в отдельные мелкие звенья. Нагрев водных растворов в условиях пласта ускоряет процесс гидролиза химических веществ, входящих в состав композиций, и повышает активность ионов, образующихся в результате гидролиза, а это в свою очередь повышает скорость ионообменных реакций. Кроме того, газы, образующиеся в результате гидролиза монопероксогидрата мочевины и реакций ионного обмена, дополнительно диспергируют кольматирующие образования.The technical result is achieved by the fact that the composition for chemical treatment of a high-temperature reservoir includes urea monoperoxohydrate (NH ₂ CONH ₂ • H ₂ O ₂ ), strong mineral acid (hydrochloric (HCC) or sulfuric (H ₂ SO ₄ ), nonionic surfactant and water in the following ratio of ingredients, wt.%:
Urea monoperoxohydrate - 7 - 20
Strong mineral acid (hydrochloric or sulfuric) - 12 - 24
Nonionic surfactant - 1.0 - 1.5
Water - Else
The proposed composition makes it possible to disperse the clogging formations of the polymer-clay composition in high-temperature conditions of the formation with a high speed to fine fractions. In aqueous solution, the advanced composite composition would contain the following ions at elevated temperatures: H ₂ NCONH _3+, H ₂ _{NC (NH) O -, H} + HO 2-, H ₃ O _{_{_-,}} OH _-, Cl _- and SO _4- which, entering into ion exchange with the ion exchange complex of clays of clogging formations, disperse the clay component into finely divided particles, and peroxide compounds break the polymer chains, turning them into separate small units. Heating aqueous solutions in the reservoir accelerates the process of hydrolysis of the chemicals that make up the compositions and increases the activity of ions formed as a result of hydrolysis, and this in turn increases the rate of ion-exchange reactions. In addition, the gases formed as a result of hydrolysis of urea monoperoxohydrate and ion exchange reactions additionally disperse the clogging formations.

Из существующего уровня техники не известны составы с указанным содержанием ингредиентов. Таким образом, предлагаемый состав отвечает критериям изобретения. Compounds with the indicated content of ingredients are not known from the prior art. Thus, the proposed composition meets the criteria of the invention.

Выбор оптимальных концентраций растворов осуществляется по следующей методике. Опытные сферические образцы весом 1 кг изготовлялись из глины, взятой с вибросит буровых установок, при разбуривании глин, перекрывающих продуктивные пласты Вынгилуровского месторождения Западной Сибири. Именно при разбуривании этих глин нарабатывается основная масса бурового раствора, на котором вскрываются продуктивные пласты. Эти же глины являются основой кольматирующих образований. Глины имеют сложный состав и представлены монтмориллонитом с примесью гидрослюды, каолинитом и хлоритом. Полимерная составляющая кольматирующих образований представлена полимерным реагентом HP-5, полиакриламидом ПАА, КМУ, КССБ, Гипаном и др. Опытные образцы погружались в водные композиционные растворы, приготовленные по прототипу, а также в растворы предлагаемого состава при различном соотношении компонентов и разных концентрациях. При этом фиксировалось как время диспергации, так и дисперсность глинисто-полимерных частиц, на которые разваливаются сферические образцы. Время полного разрушения образцов фиксировалось по секундомеру. Дисперсность полимерно-глинистых частиц определялась с помощью лабораторного поляризационного микроскопа Vertival. Данные лабораторных исследований приведены в таблице. Из приведенных данных видно, что оптимальной концентрацией монопероксогидрата мочевины можно считать 7 - 20%. Уменьшение концентрации повышает время диспергации. Повышение концентрации ведет к непроизвольным затратам регента при незначительном сокращении времени разрушения образцов. Добавление к водному раствору монопероксогидрата мочевины сильной неорганической кислоты (соляной или серной) снижает время диспергации и повышает дисперсность полимерно-глинистых частиц. Причем оптимальными концентрациями минеральных кислот будут концентрации 6 - 12%. Введение в раствор неионогенных поверхностно активных веществ (ПАВ) также несколько снижает время диспергации и повышает дисперсность полимерно-глинистых частиц, на которые распадаются опытные сферические образцы. Оптимальной концентрацией неионогенных ПАВ (неонол, ОП-10) можно считать 0,5 - 1,5%. В связи с тем, что монопероксогидрат мочевины относится к сложным молекулярным соединениям, гидролиз которого происходит в несколько стадий и ускоряется в присутствии кислот и, особенно, в условиях повышенных температур, для получения более четкой картины диспергации полимерно-глинистых образований в условиях высокотемпературных пластов опыты проводились как с раствором монопероксогидрата мочевины, так и с композиционным раствором при выявленных оптимальных концентрациях ингредиентов. В результате лабораторного эксперимента установлено, что наибольшая дисперсность при наименьшем времени диспергации достигается при температурах свыше +75^oC. Таким образом, оптимальными концентрациями предлагаемого состава для условий высокотемпературного пласта можно считать 7-20% монопероксогидрата мочевины, 6 - 12% сильной минеральной кислоты и 0,5- 1,5% неионогенного ПАВ. Сравнение результатов лабораторных экспериментов по разрушению сферических полимерно-глинистых образцов в предлагаемом растворе и в растворе по прототипу показало, что предлагаемый состав позволяет в 12-40 раз сократить время диспергации и в 10-16 раз повысить дисперсность полимерно-глинистых частиц.The choice of optimal solution concentrations is carried out according to the following procedure. Experimental spherical samples weighing 1 kg were made of clay taken from vibrating screens of drilling rigs when drilling clay, overlapping productive formations of the Vyngilurovskoye field in Western Siberia. It is during the drilling of these clays that the bulk of the drilling fluid is produced, on which productive formations are revealed. The same clays are the basis of colmatizing formations. Clays have a complex composition and are represented by montmorillonite mixed with hydromica, kaolinite and chlorite. The polymer component of the clogging formations is represented by the HP-5 polymer reagent, PAA polyacrylamide, KMU, KSSB, Gipan, etc. The experimental samples were immersed in aqueous composite solutions prepared according to the prototype, as well as in solutions of the proposed composition at different ratios of components and different concentrations. In this case, both the dispersion time and the dispersion of clay-polymer particles into which spherical samples fall apart were recorded. The time of complete destruction of the samples was recorded by a stopwatch. The dispersion of polymer-clay particles was determined using a Vertival laboratory polarization microscope. Laboratory data are shown in the table. From the above data it is seen that the optimal concentration of urea monoperoxohydrate can be considered 7 - 20%. A decrease in concentration increases the dispersion time. The increase in concentration leads to involuntary costs of the regent with a slight reduction in the time of destruction of the samples. Adding to the aqueous solution of urea monoperoxohydrate a strong inorganic acid (hydrochloric or sulfuric) reduces the dispersion time and increases the dispersion of polymer-clay particles. Moreover, the optimal concentrations of mineral acids are concentrations of 6 - 12%. The introduction of nonionic surface-active substances (SAS) into the solution also slightly reduces the dispersion time and increases the dispersion of polymer-clay particles into which the experimental spherical samples disintegrate. The optimal concentration of nonionic surfactants (neonol, OP-10) can be considered 0.5 - 1.5%. Due to the fact that urea monoperoxohydrate is a complex molecular compound, the hydrolysis of which occurs in several stages and is accelerated in the presence of acids and, especially, at elevated temperatures, in order to obtain a clearer picture of the dispersion of polymer-clay formations under conditions of high-temperature formations, experiments were carried out both with a solution of urea monoperoxohydrate and with a composite solution at the identified optimal concentrations of ingredients. As a result of a laboratory experiment, it was found that the greatest dispersion with the shortest dispersion time is achieved at temperatures above +75 ^o C. Thus, 7-20% of urea monoperoxohydrate, 6 - 12% of strong mineral acid can be considered optimal concentrations of the proposed composition for conditions of high-temperature formation 0.5-1.5% nonionic surfactant. Comparison of the results of laboratory experiments on the destruction of spherical polymer-clay samples in the proposed solution and in the solution of the prototype showed that the proposed composition can reduce the dispersion time by 12-40 times and increase the dispersion of polymer-clay particles by 10-16 times.

Пример. Example.

Для обработки выбрана нагнетательная скважина, расположенная на Рубиновой площади Самотлорского месторождения. Интервал перфорации расположен на глубине 2931-2945 м. Продуктивный пласт представлен песчаником глинистым Юрского возраста (ЮВ) и вскрыт на полимерно-глинистом растворе. Температура пласта составляет +92^oC, коэффициент проницаемости продуктивного пласта в интервале перфорации 11 мд. Пластовое давление 23 мПа. Давление опрессовки эксплуатационной колонны диаметром 146 мм составляло 21 мПа. Приемистость скважины перед обработкой при давлении опрессовки отсутствовала. Обработку скважины производили предлагаемым составом. Необходимый объем композиционного состава приготовлялся на устье скважины и по насосно-компрессорным трубам при циркуляции подавался в интервал перфорации, а затем продавливался в пласт. Задавливание раствора производилось при давлении опрессовки. Продавку раствора осуществляли чистой водой. После продавки раствора в призабойную зону скважину оставляли на реакцию в течение 12 часов. Освоение скважины производилось свабированием. В результате химической обработки призабойной зоны предлагаемым составом в скважине появилась приемистость. Величина приемистости составила 217 куб.м/сут при давлении нагнетания 12,0 мПа.An injection well located on the Ruby Square of the Samotlor field was selected for processing. The perforation interval is located at a depth of 2931-2945 m. The reservoir is represented by clayey sandstone of Jurassic age (SE) and exposed in a polymer-clay solution. The temperature of the formation is +92 ^o C, the permeability coefficient of the reservoir in the perforation interval of 11 MD. Reservoir pressure 23 mPa. The pressure testing of the production casing with a diameter of 146 mm was 21 MPa. The injectivity of the well before treatment at the pressure test was absent. Well treatment was performed by the proposed composition. The required volume of the composition was prepared at the wellhead and, through circulation, was supplied to the perforation interval during circulation and then pushed into the formation. Crushing the solution was carried out at a pressure test. Selling the solution was carried out with pure water. After the solution was pushed into the bottom-hole zone, the well was allowed to react for 12 hours. Well development was carried out by swabbing. As a result of chemical treatment of the bottomhole zone of the proposed composition in the well appeared pickup. The injection rate was 217 cubic meters / day at a discharge pressure of 12.0 MPa.

Полученные промысловые результаты позволяют сделать вывод об эффективности предложенного состава для химической обработки призабойной зоны высокотемпературного пласта. The obtained field results allow us to conclude that the proposed composition is effective for chemical treatment of the bottom-hole zone of a high-temperature formation.

Источники информации:
1. А.С.СССР N 1756547, E 21 B 43/25, 23.08.92, БИ 31.Sources of information:
1. A.S.SSSR N 1756547, E 21 B 43/25, 08.23.92, BI 31.

2. А.С.СССР N 1084421, E 21 B 43/27, 07.04.84, БИ 13. 2. A.S.SSSSR N 1084421, E 21 B 43/27, 04/07/84, BI 13.

Claims

A composition for chemical treatment of a high-temperature productive formation, including a water-soluble organic compound containing an active amino group, a strong mineral acid, a nonionic surfactant, and water, characterized in that urea monoperoxohydrate is taken as a water-soluble organic compound containing an active amino group in the following ratio of ingredients, wt. %:
Urea monoperoxohydrate - 7 - 20
Strong Mineral Acid - 6 - 12
Nonionic surfactant - 0.5 - 1.5
Water - Else