SU1739014A1 - Способ термохимической обработки пласта - Google Patents

Abstract

Перед закачкой в пласт азотную кислоту смешивают с карбамидом. Получают азотную кислоту в неактивной форме в виде ее комплекса с карбамидом. При добавлении раствора нитрита натри  к осадку азотнокислого карбамида последний сразу разрушаетс , образу  исходные продукты - азотную кислоту и карбамид. Реакци  идет с повышением температуры. 1 табл. т С

Description

Изобретение относитс  к нефтедобывающей промышленности, в частности к способам воздействи  на призабойную зону пласта.

Известны способы теплового воздействи  на призабойную зону скважин с целью удалени  парафиновых и асфальто-смолистых отложений , ухудшающих нефтепроницаемость призабойной зоны, путем электропрогрева призабойной зоны и закачки в скважину теплоносителей - насыщенного или перегретого пара, гор чей воды и т.п.

При электропрогреве призабойной зоны недостатками этих способов  вл ютс  необходимость использовани  специального оборудовани  - глубинных электронагревателей, необходимость извлечени  из скважины глубинно-насосного оборудовани ; длительность электропрогрева, котора  составл ет 3-7 сут, что влечет большой расход электроэнергии и длительный простой скважины , при этом глубина интервала продуктивного пласта не должна превышать 1200 -1400 м.

При закачке в скважину теплоносителей недостатки следующие: также необходи- мость использовани  специального оборудовани  дл  нагрева теплоносителей, большие потери тепла при закачке теплоносителей в скважину, что снижает эффективность обработки, ограниченна  глубина скважин, в которых может использоватьс  данный способ (до 1000 м).

Известен также способ термохимического воздействи  на призабойную зону пласта с применением гранулированного магни  и сол ной кислоты, взаимодействующих между собой с выделением тепла.

Недостатки этого способа следующие. При контакте с сол ной кислотой (сол на  кислота - реагент, обладающий высокими коррозионными свойствами) нефтепромысловое оборудование подвергаетс  сол ноVI

со ю о

кислотной коррозии с образованием солей железа, которые после нейтрализации кислоты, гидролизу сь, выпадают в осадок , закупорива  поровое пространство пласта, снижа , тем самым, его проницае- мость и, соответственно, продуктивность скважины.

При проведении термохимических обработок с применением гранулированного магни  может наблюдатьс  образование в скважине и пласте нежелательных пробок на основе магни  и его гидроксида вследствие нарушений технологического режима этих процессов и вследствие гидролиза магни , протекающего при его контакте с нагретым нейтрализованным сол но-кис- лотным раствором. Все это приводит к аварийным ситуаци м в скважинах и требует дополнительных меропри тий дл  их ликвидации .

Известна самогенерирующа  пенна  система, включающа  карбамид, нитрит натри  и сол ную кислоту, компоненты которой вступают между собой в реакцию с выделением тепла и двух газов - азота и углекислого газа - по следующему суммарному уравнению:

2NaNOa + 2HCI + CO(NH2)2 - - 2NaC + 2№ + COz + ЗН20

Так как данна  система содержит также ПАВ, то выдел ющиес  в ходе реакции газы вспенивают ее.

Недостатком данной пенной системы  вл етс  использование в качестве одного из компонентов сол ной кислоты, вызывающей кислотную коррозию нефтепромыслового оборудовани  и закупорку порового пространства пласта продуктами коррозии. Сол на  кислота -в отличие от азотной кислоты не образует с карбамидом малорастворимых комплексов и поэтому не может быть переведена перед закачкой в скважину в неактивную форму, лишенную коррозионных СВОЙСТВ.

Целью изобретени   вл етс  повышение эффективности обработки за счет предотвращени  коррозии нефтепромыслового оборудовани  и закупорки порового пространства пласта продуктами коррозии.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в качестве кислоты используют азотную кислоту в неактивной форме в виде ее ком- плекса с карбамидом, при этом комплекс получают предварительным смешением азотной кислоты и карбамида на поверхности .

Предлагаемый способ основываетс  на проведении экзотермической химической реакции непосредственно в призабойной зоне скважины между предварительно полученным на поверхности комплексным соединением азотной кислоты и карбамида и нитритом натри .

Комплексное соединение азотной кислоты и карбамида (азотнокислый карбамид ) получают смешением на поверхности концентрированной азотной кислоты (60% и более) и насыщенного раствора карбамида

CO(NH2)2 + НМОз - - Н2НСОМНз+ МОз

(2)

10 15 20

25

30

35

40 45 50 55 или упрощенно tCO(NH2)2 НМОз.

Дл  образовани  данного комплекса карбамид и азотную кислоту смешивают в стехиометрическом соотношении по основному веществу.

-Комплексна  соль азотнокислого карбамида малорастворима в воде и выпадает в виде объемистого осадка, практически равного по объему суммарному объему азотной кислоты и карбамида.

Азотна  кислота по своим химическим свойствам чрезвычайно агрессивный и кор- розионноактивный реагент. Однако, будучи св занной в комплексную соль с карбами-- дом, она полностью утрачивает свои кислот- ные и коррозионные свойства, не взаимодействует ни с карбонатами пород, ни с железом (нефтепромысловое оборудование ). Таким образом, азотна  кислота переводитс  в неактивную форму.

Нитрит натри  по своей химической природе  вл етс  восстановителем. При добавлении раствора нитрата натри  к осадку азотнокислого карбамида последний тотчас же разрушаетс , образу  исходные продукты (азотную кислоту и карбамид), и происходит их окислительно-восстановительное взаимодействие с выделением тепла

2NaN02 + 2HN03 + CO(NHa)2 -

- 2J JaNOs + 2N2 + C02 + 3H2O + Q , (3)

где Q - тепловой эффект реакции, рассчитанный по закону Гесса и равный 789 кДж.

Дл  проведени  реакции по уравнению (3) карбамид, нитрит натри  и азотную кислоту берут в эквимол рном соотношении, в результате чего половина карбамида после разложени  комплекса не вступает в реакцию с остальными реагентами. Это необходимо дл  того, чтобы полностью св зать азотную кислоту в неактивный комплекс, в поотивном случае половина кислоты окажетс  в несв занном состо нии и не будет достигнуто упреждение коррозии нефте- промыслового оборудовани  и закупорки перового пространства пласта. Избыточный карбамид не может вызвать каких-либо осложнений в ходе реализации способа. После того, как основна  часть реагентов вступит в реакцию и будет достигнута высока  температура (выше 200°С), избыточный, карбамид будет разлагатьс  с выделением аммиака и образованием биуретовой кислоты .

В расчете на 1 кг карбамида тепловой эффект реакции (3) составит 13150 кДж (на карбамид, принимающий участие в реакции ). В расчете на весь карбамид, в том числе и избыточный, тепловой эффект сни- жаетс  вдвое.

Однако в расчете на все три реагента, участвующих в реакции, получим следующее .

Если рассчитать количество тепла в расчете на 1 м3 смеси всех трех реагентов, то в случае азотной кислоты 60%-ной концентрации получим (0,353 м3 карбамида + + 0,263 м3 азотной кислоты + 0,384 м3 нитрита натри ) 1367,5 МДж. Прирост темпера- туры 256°С.

Растворы карбамида и нитрита натри  берут максимально возможных концентраций при данной температуре.

При 20°С растворимость карбамида и нитрита натри  составл ет соответственно 1047 и 829 кг на 1 м3 воды. .

Плотность таких растворов составл ет соответственно 1,145 и 1,356, а их массова  концентраци  51,2 и 45,3%. Целесообраз- ным  вл етс  использование именно таких растворов, так как применение более разбавленных растворов приводит к увеличению доли воды в растворе и, тем самым, к снижению температурного эффекта.

В случае азотной кислоты 95%-ной концентрации на 1 м3 смеси реагентов (0,172 м3 азотной кислоты + 0,394 м3 карбамида + + 0,434 м3 нитрита натри ) получим 1547,7 МДж тепла. Расчетный прирост тем- пературы 284°С.

. Таким образом, за счет тепла, выдел ющегос  в ходе реакции, температура в обрабатываемой зоне возрастает на 250 - 280°С, что позвол ет полностью удалить отложе- ни  смол и парафинов со стенок скважин и в призабойной зоне пласта.

По известному способу реакци  гто уравнению (1) Дает тепловой эффек, равный 854,3 кДж.

В расчете на 1 кг карбамида количество выдел ющегос  тепла составл ет 14238,5 кДж.

Если дл  реакции примен ют все реагенты максимально возможных концентраций - 51,2%-ный раствор карбамида, 45,3%-ный раствор нитрита натри  и 31%- ную сол ную кислоту (промышленностью выпускаетс  сол на  кислота с концентрацией 27,5 и 31 %), to в расчете на 1 м смеси растворов всех трех реагентов (0,427 м карбамида + 0,195 м нитрита натри  + 0,378 м3 сол ной кислоты) количество полученного тепла составит 1627,38 МДж. Прирост температуры в результате реакции 1 м3 реагентов составит пор дка 330°С.

Таким образом, по известному „способу тепловой эффект и прирост температуры несколько выше, чем по предлагаемому способу .

Однако сол на  кислота не образует с карбамидом комплексов, подобных азотно- кислому карбамиду и, следовательно, не может быть переведена в неактивную форму. Сол ную кислоту закачивают в скважину в виде исходного раствора, что приводит к коррозии нефтепромыслового оборудовани  и выпадению закупоривающих пласт продуктов коррозии.

Подобные малорастворимые комплексы с карбамидом из всех минеральных кислот образует только азотна  кислота высокой концентрации, другие кислоты (сол на , серна , фосфорна , плавикова  и т.д.) таких комплексов не образуют.

Уже указывалось, что половина,всей массы карбамида после образовани  комплекса , доставки его в скважину и разложени  при контакте с нитритом натри  дальнейшего участи  в реакции не принимает , поэтому тепловой эффект реакции в расчете на весь карбамид снижаетс  вдвое, соответственно, происходит снижение и температурного эффекта.

Однако с учетом всех трех реагентов расчеты показывают следующее.

Дл  60%-ной азотной кислоты с учетом избытка карбамида прирост температуры составл ет 256°С без учета избытка расчетный прирост температуры составил бы 302°С, дл  95%-ной азотной кислоты - соответственно 284 и 344°С.

Таким образом-, потери в приросте температуры состав т от 15,2 до 17,4%.

Дл  расплавлени  и удалени  парафинов и смол достаточен прирост температуры ,ив80- 100°С.

Таким образом, некоторые потери тепла из-за избытка карбамида не окажут како- го-л,ибо существенного вли ни  на

эффективность удалени  парафиновых и смолистых отложений в пласте.

Соотношени  реагентов в расчете на 1 м3 азотной кислоты разных концентраций, а также тепловые эффекты и прирост температуры в расчете на данные количества реагентов приведены в таблице.

Реакци  по уравнению (3) протекает непосредственно в обрабатываемой зоне ниже башмака подъемных труб. Все реагенты и продукты реакции хорошо растворимы в воде, поэтому исключаетс  возможность закупорки перового пространства пласта или каких-либо других осложнений при реализации способа.

В зависимости от горно-геологических условий предлагаемый способ может быть реализован по двум технологическим схемам .

В скважинах с низкой приемистостью {ориентировочно до 50 м /ч) или небольшим объемом ствола скважины ниже башмака подъемных труб способ целесообразно осуществл ть параллельной закачкой суспензии азотнокислого карбамида и раствора нитрита натри  через затрубное пространство и насосно-компрессорные трубы. Выбор канала , по которому идет закачка первого или второго реагента, не имеет принципиального значени , так как оба реагента коррозионнопассивны, а потребные их объемы близки. В слабопоглощающих скважинах така  схема обеспечивает эффективное смешение реагентов на базе скважины ниже башмака подъемных труб, а объем закачиваемых реагентов не ограничиваетс  объемом подбашмачного пространства скважины.

В скважинах с высокой приемистостью и достаточным объемом подбашмачного пространства способ реализуют последовательной закачкой сначала суспензии азотнокислого карбамида, затем раствора нитрита натри . В процессе закачки суспензи  азотнокислого карбамида оседает на забое скважины, образу  хорошо проницаемый слой соли, ее дисперсный характер ограничивает ее проникновение в пласт. За- . качиваемый в последующем раствор нитрата натри  легко контактирует с солью и вступает с ней в экзотермическую реакцию. При необходимости нагретый раствор продавливают в пласт.

Обе технологические схемы могут быть реализованы с получением азотнокислого карбамида в стволе скважины путем смешени  на устье азотной кислоты и раствора карбамида. Дл  этого к устью скважины через тройник подсоедин ют две нагнетательные линии, через которые насосными

агрегатами подают расчетные количества (см. таблицу) азотной кислоты и раствора карбамида. Смешива сь после тройника, реагенты вступают во взаимодействие и образуют азотнокислый карбамид. Реакци  протекает практически мгновенно, и в стволе скважины движетс  уже водна  суспензи  азотнокислого карбамида. В этом случае отпадает веро тность осложнений

при закачке суспензии, а способ реализуетс  обычными насосными агрегатами, перекачивающими чистые жидкости.

Пример1.В скважине глубиной 2500 м производ т термохимическую обработку с целью удалени  отложений парафинов и смол. Внутренний диаметр эксплуатационной колонны 122 мм. Скважина оборудована насосно-компрессорными трубами диаметром 73 мм, которые спущены на глубину 2300 м, Интервал перфорации 2320 - 2470 м.

Дл  проведени  работ с получением азотнокислого карбамида в скважине ее устье обв зывают следующим образом: к затрубному пространству подсоедин ют линию дл  нагнетани  раствора нитрита натри , а к насосно-компрессорным трубам через тройник - две линии дл  нагнетани  азотной кислоты и раствора карбамида.

Затем начинают одновременно закачку через затрубное пространство 1,1,5 м3 раствора нитрита натри  45,3%-ной концентрации с расходом 13,0-10 м3/с и через насосно-компрессорные трубы 7,9 м3

60%-ной азотной кислоты с расходом 2,23 103 м3/с и 10,6 м3 51,2 %-ного раствора карбамида с расходом 3,0-103 м3/с. Такие расходы обеспечивают одновременное поступление реагентов к башмаку подъемных

труб.

После закачки 11,5м3 раствора нитрита натри  его продавку ведут пресной водой объемом 5,7 м .

Через 22 мин реагенты достигают баш-

мака подъемных труб, после  его расход через затрубное пространство снижают до 3,25-10 м/с, а закачку через Насосно-компрессорные трубы продолжают с начальным расходом дл  обеспечени  смешени  и

полного реагировани  раствора нитрита натри  и суспензии азотнокислого карбамида ниже башмака подъемных труб встехиомет- рическом соотношении.

Прореагировавший нагретый раствор

продавливают в пласт закачкой в насосно- компрессорные трубы и затрубное пространство по 1,1 мэ пресной воды.

После этого скважину осваивают и пускают в эксплуатацию.

Пример 2. В скважине глубиной 2000 м производ т термохимическую обработку. Внутренний диаметр эксплуатационной колонны 122 мм, насосно- компрессорные трубы диаметром 73 мм спущены на глубину 1500 м. Интервал перфорации 1600- 1980м. К насосно-компрессорным трубам через тройник подсоедин ют две линии, через которые одновременно закачивают 1,64 м 80%-ной азотной кислоты и 3,11 м 51,2%- ного раствора аммиака. Растворы, смешива сь в насосно-компрессорных трубах, образуют суспензию азотнокислого карбамида .

IО

Затем закачиваютт 1,5 м нефти в качестве буферной жидкости, чтобы предотвратить преждевременное взаимодействие азотнокислого карбамида и нитрита натри . После этого с тем же расходом закачивают 3,4 м3 45,3%-ного раствора нитрита натри .

Далее суспензию азотнокислого карбамида и раствор нитрита натри  пресной водой продавливают в интервал ниже башмака подъемных труб. Суспензи  оседает, заполн   весь обрабатываемый интервал, после чего через нее проходит раствор нитрита натри . При этом происходит их реагирование и нагрев всего объема жидкости, которую затем продавливают в пласт пресной водой. Далее скважину осваивают и пускают в эксплуатацию.

Положительный эффект от использовани  предлагаемого способа заключаетс  в следующем.

Вследствие того, что азотна  кислота

доставл етс  на забой скважины в неактивной форме, упреждаетс  коррози  нефтепромыслового оборудовани , закупорка порового пространства пласта, тем самым, повышаетс  эффективность термохимической обработки.

В результате этого после освоени  и пуска скважины в эксплуатацию дополнительна  добыча нефти оцениваетс  в 1000 - 2000 т за врем  действи  эффекта.

По известным способам может быть достигнута така  же эффективность, но при возрастании в 2 - 3 раза текущих затрат на обработки с коррозией и т.д.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Способ термохимической обработки пласта, включающий закачку в пласт карбамида , нитрита натри  и кислоты, отличающийс  тем, что, с целью повышени 

   эффективности обработки за счет предотвращени  кислотной Коррозии нефтепромыслового оборудовани  и закупорки порового пространства пласта продуктами коррозии, в качестве кислоты используют

   азотную кислоту в неактивной форме в виде ее комплекса с карбамидом, при этом комплекс получают предварительным смешением азотной кислоты и карбамида на поверхности.

   Процентна  концентраци  раствора «Твиномй эффект реакции.