Технология обработки призабойной зоны скважин на основе жидкофазного окисления легких углеводородов в пластовых условиях

Технология предназначена для интенсификации процесса комплексного воздействия на продуктивные пласты карбонатных коллекторов, насыщенных высоковязкой парафинистой нефтью.

Широкомасштабные промысловые испытания проведены на нефтяных месторождениях Удмуртии, на основе которых осуществлено ее технологическое совершенствование с последующей разработкой нескольких вариантов использования. Теоретические и экспериментальные исследования процессов окисления легких углеводородов в пористой среде с участием инициаторов и катализаторов окисления позволили разработать принципиально новую технологию воздействия на карбонатный коллектор в призабойной зоне, основанную на инициирования реакции окисления легких жидких углеводородов за счет химической экзотермической реакции окисления изомасленного альдегида кислородом воздуха в присутствии азотной кислоты, непосредственно в продуктивном пласте.

В результате образуется оксидат, представляющий собой смесь карбоновых кислот (муравьиной, уксусной, пропионовой, масляной и др.), кетонов, спиртов, альдегидов, эфиров и выделяется одновременно значительное количество теплоты, что обеспечивает комплексное воздействие на нефтесодержащий карбонатный коллектор.

Сырьем для получения оксидата могут являться как отдельные легкие углеводороды С₃-С₁₂, так и их смеси, а также конденсат газоконденсатных месторождений. Соответствующим подбором сырья и технологических параметров можно регулировать скорость образования оксидата, а также менять его состав в широком диапазоне. Сущность ЖФО (жидкофазное окисление) заключается в следующем.

В скважину закачиваются легкие жидкие углеводороды С₃-С₁₂ или их смесь в количестве от 0,1 до 5 м³ на один метр продуктивного карбонатного пласта. После этого в скважину закачивают альдегид (ацетальдегид или изомасляный альдегид) в количестве от 0,1 до 1,5 м на 1 м продуктивного пласта.

Во избежание взаимодействия альдегида с азотной кислотой в стволе скважины для их разобщения закачивают 0,2-2 м³ фракций легких углеводородов С₃-С_]2. Затем в скважину закачивают водный раствор азотной кислоты, которая является окислителем альдегида на этапе инициирования и стабилизации реакции. Количество закачиваемой азотной кислоты составляет от 1 до 10 м³ на 1 м продуктивного пласта с концентрацией от 2% до 25%.

После этого в скважину с помощью компрессора УКП-80 или КС-100 закачивается воздух, кислород которого является окислителем для дальнейшего проведения процесса. На окисление 1 м³ фракций легких углеводородов С₃-С₁₂ требуется около 2500 м³ воздуха.

После завершения подачи на забой воздуха скважину зарывают на 2-3 суток для завершения прохождения химических реакций. По окончании реагирования из скважины стравливается (выпускается) отработанный газ, в скважину спускается глубинно-насосное оборудование по прежней схеме, и скважина пускается в эксплуатацию. В призабойной зоне пласта (ПЗП) происходят в совокупности несколько процессов. Образующаяся при реакции жидкофазного окисления (ЖФО) группа растворителей и выделившееся тепло растворяют асфальтосмолопарафинистые отложения (АСМО) при их наличии в ПЗП и разрушали граничный слой нефти на контакте с породообразующими минералами. Вследствие этого образуются участки, свободные для доступа группы карбоновых кислот к породе, в результате чего улучшаются условия для их химического взаимодействия.

Промышленные испытания технологии ЖФО проводились в Удмуртии с 1981 года в сложных условиях на Гремихинском нефтяном месторождении. Особенностями данного месторождения являются:

- сложное геологическое строение (многопластовое, неоднородное как по площади, так и по толщине, разный тип карбонатных коллекторов: поровый, трещинно-поровый);

- карбонатные коллекторы насыщены высоковязкой нефтью (125 (мПа*с)), в нефти высокое содержание парафина, смол, серы и так далее;

- пористость 0,19;

- проницаемость 0,105 мкм²;

- коэффициент расчлененности 8,75. Первая обработка на этом месторождении проводилась впродуктивном пласте А4, на скважине 282, общая эффективная толщина пласта 13 м. В разрезе скважины 9 нефтенасыщенных пропластков толщиной от 0,8 до 3 м в интервале 1201,8-1227,6 м. Пластовое давление 7,42 мПа. В скважину спущен насос НГН-2-43. Дебит скважины до проведения в скважине ЖФО составлял 1,7 т/сут, обводненность - 10,8%.

В процессе проведения технологии ЖФО в скважину закачано 12 м³ гексановой фракции, 1,5 м³ изомасляного альдегида и 3 м³ азотной кислоты 8-процентной концентрации. Затем, в скважину с помощью компрессора УКП-80 произведена закачка воздуха, после чего скважина была закрыта на реагирование в течение трех суток. За счет обработки призабойной зоны скважины 282 методом ЖФО (жидкофазного окисления) дебит скважины по нефти увеличился с 1,7 до 5 т/сут.

Результаты исследований по изменению коэффициента продуктивности до и после обработки призабойной зоны показывает, что коэффициент продуктивности пласта в призабойной зоне скважин после ЖФО увеличивается в среднем в два раза. По проведенным 146 обработкам в добывающих скважинах на разных месторождениях с различными геолого-физическими условиями в карбонатных коллекторах был получен значительный технологический и экономический эффект. Средняя эффективность одной обработки по 146 скважинам составила 800 тысяч тонн нефти, удельный эффект по дебиту от 2,2 до 9 т/сут. (дебиты скважин по нефти до проведения ЖФО составляли от 0,5 до 1,7 т/с). Продолжительность эффекта от 360 до 725 суток. Преимущества ЖФО в сравнении с традиционными кислотными обработками следующие:

1) реакция жидкофазного окисления легких углеводородов является экзотермической, в результате чего в продуктивном пласте образуется значительное количество тепла (22000 кДж на 1 кг окисленного углеводорода);

2) продуктом окисления является вещество, состоящее из карбоновых кислот и растворителей, при этом растворители разрушают пленку нефти в порах и трещинах породы продуктивного пласта, а кислотная группа, входя в химическое взаимодействие с карбонатным коллектором, увеличивает его проницаемость и пористость. Образующиеся при этом соли карбоновых кислот являются водорастворимыми и легко выносятся на поверхность;

3) образование и нейтрализация кислот происходит непосредственно в пласте;

4) наличие в продуктах окисления уксусной кислоты способствует удалению из призабойной зоны окисных соединений железа, так как в результате их химического взаимодействия образуются водорастворимые соли;

5) полученные продукты жидкофазного окисления (ЖФО) легких углеводородов являются водорастворимыми, а также снижают поверхностное натяжение нефти на границе с твердой фазой, то есть обладают поверхностно-активными свойствами;

6) средняя продолжительность эффекта ЖФО увеличивается по сравнению с кислотными обработками в 2-3 раза;

7) коэффициент продуктивности пласта в призабойной зоне скважин увеличивается в два раза и более;

8) технология ЖФО является технологией комплексного действия на карбонатный пласт (кислоты, растворители, температура, поверхностно-активные вещества и так далее);

9) технология ЖФО является не только эффективной для увеличения текущих дебитов нефти по скважинам, но и является эффективной технологией для увеличения конечного нефтеизвлечения.

При осуществлении процесса окисления легких жидких углеводородов кислородом воздуха в ПЗП одним из самых сложных, с технологической точки зрения, являются операции, связанные с нагнетанием реагентов в пласт.

Во избежание возможности образования взрывоопасных смесей в скважине при ОПЗ закачка реагентов должна производиться последовательно. Из-за неоднородности коллектора и большого различия в физико-химических свойствах фильтрующих флюидов в пласте не создаются благоприятные условия для участия в химической реакции закачиваемых реагентов. Оптимальной с точки зрения химического воздействия при обеспечении необходимой безопасности является одновременно-раздельная закачка легких углеводородов и воздуха с осуществлением интенсивного перемешивания на забое скважины при поступлении в пласт.

С этой целью разработана технология приготовления смеси воздуха с легкими углеводородами на основе использования эжектора, устанавливаемого в призабойной зоне скважины. На рис. 125 изображена общая компоновка основных узлов и агрегатов, обеспечивающих ее работоспособность. Для получения в пласте газообразной смеси необходимо компрессор 1 для закачки воздуха подключать при помощи наземных коммуникацийк насосно-компрессорным трубам 4, а насосный агрегат 3 для закачки легких углеводородов - к межтрубному пространству скважины 5. Продуктивный пласт разобщен по межтрубному пространству пакером 7. Над пакером установлен забойный инжекторный смеситель 6 с предохранительными клапанами. Устройство (рис. 126) состоит из корпуса инжектора 1, профилированного сопла 2 и предохранительных клапанов 3. Корпус инжектора 1 имеет приемные каналы 4, приемную камеру 5, камеру смешения 6 и диффузор 7. Предохранительный клапан 3 состоит из металлического корпуса, внутри которого расположен запорный шарик, прижимаемый пружиной. Предохранительные клапаны 3 привариваются к корпусу инжектора 1 так, чтобы отверстия в их корпусах совпадали с приемными окнами 4. Это устройство позволяет получать непосредственно в призабойной зоне мелкодисперсные смеси двух реагентов при их раздельной транспортировке к забою скважины. Воздух из компрессора по НКТ попадает в забойный инжекторный смеситель (рис. 125). Проходя через профилированное сопло 2 (рис. 126), закрепленное в верхней части корпуса инжектора 1, скорость газа резко возрастает, в связи с чем давление в приемной камере 5 понижается. Во избежание проникновения закачиваемого газа в межтрубное пространство скважины через инжекторный смеситель, последний оборудован предохранительными клапанами 3. Клапаны открываются только тогда, когда давление в межтрубном пространстве больше давления в приемной камере 5. Тогда жидкий реагент, закачиваемый по межтрубному пространству скважины, попадает в забойный инжекторный смеситель и, пройдя через приемный клапан 4 и камеру 5, увлекается струей газа в камеру смешения 6, где происходит наиболее интенсивное перемешивание, диспергирование флюидов. Далее смесь попадает в диффузор 7, где кинетическая энергия струи трансформируется в потенциальную энергию давления.

После выхода из инжекторного забойного смесителя мелкодисперсная смесь поступает в призабойную зону пласта. Расчет струйного аппарата, а также параметров его работы, обеспечивающих получение смеси с заданным содержанием компонентов

и степени дисперсности, производится по методике, разработанной на кафедре разработки и эксплуатации нефтяных месторождений МИНГ им. И.М. Губкина. Описанное устройство для осуществления технологии обработки призабойной зоны пласта имеет ряд преимуществ. Его использование позволяет проводить интенсивное перемешивание двух реагентов непосредственно на забое скважины, причем транспортировка этих реагентов к забою скважины осуществляется раздельно. Это имеет больше значение, так как улучшает условия протекания реакции и исключает коррозию труб. При образовании в результате химической реакции коррозийноактивных веществ их воздействию будет подвергаться только забой скважины. Герметичность НКТ предотвращает возможность возникновения в стволе скважины взрывоопасных смесей. Протекание экзогенной реакции на забое скважины повышает использование теплоты в продуктивном пласте. Осуществление технологии не требует специальных технических средств (агрегатов, оборудования и т.д.). Исключением является инжектор-смеситель, который имеет простое устройству и может быть изготовлен в условиях промысловых и механических мастерских.

Необходимо иметь в виду, что эффективность технологии зависит не только от соблюдения режима обработки, но и от геологических условий. При проведении любого варианта оксидатной обработки призабойной зоны скважин особое внимание должно уделяться мероприятиям по предотвращению возможных условий образования в скважине взрывоопасной смеси.