Патент на изобретение №2327853

(54) ГАЗОВЫДЕЛЯЮЩИЙ ПЕНООБРАЗУЮЩИЙ СОСТАВ ДЛЯ ПЕРВИЧНОГО ВСКРЫТИЯ ПРОДУКТИВНЫХ ПЛАСТОВ И ОСВОЕНИЯ СКВАЖИН

(57) Реферат:

Изобретение относится к горной промышленности к составам буровых растворов для первичного вскрытия продуктивных пластов с аномально низкими пластовыми давлениями и к составам жидкостей для вызова притока при освоении нефтяных и газовых скважин. Техническим результатом является повышение устойчивости пены при низкой плотности, фильтрации, высоких реологических показателях структуры и отсутствии в них твердой фазы. Состав содержит пенообразователь, стабилизатор пены, газообразующие компоненты и воду, в качестве стабилизатора содержит биополимер и карбоксиметилцеллюлозу, а в качестве газовыделяющих компонентов – карбонат или гидрокарбонат натрия и сульфаминовую кислоту при следующем соотношении компонентов, мас.%: пенообразователь 0,2-0,5; биополимер 0,3-0,5; карбоксиметилцеллюлозу 0,7-0,9; карбонат или гидрокарбонат натрия 0,38-1,60; сульфаминовую кислоту 0,68-3,00; воду – остальное. 1 табл.

Изобретение относится к нефтяной промышленности, а именно к газовыделяющим пенообразующим системам, применяемым для первичного вскрытия продуктивных пластов с аномально низкими пластовыми давлениями (АНПД), для вызова притока, восстановления и сохранения коллекторских свойств продуктивных пластов при освоении и капитальном ремонте скважин, а также для повышения приемистости скважин.

Известен пенообразующий состав, содержащий, мас.%: хлорид аммония – 19,4, нитрит натрия – 23,6, сульфонол НП-3 – 2,1, органическую кислоту – 0,029 и воду [1].

Недостатком известного раствора является сложность проведения реакции газообразования. Даже в случае инициирования реакции газообразования органическая кислота может не полностью вступить в реакцию в растворе, создавая кислую среду, благоприятную для коррозии оборудования.

Известен также пенообразующий состав для освоения скважин, содержащий, мас.%: мочевину – 0-12,8, нитрит щелочного или щелочноземельного металла – 12,1-58,7, глинокислоту – 0,2-24,3, хлорид аммония – 0-41,0, КМЦ или ПАА – 0,1-1,5, ПАВ – 0,1-1,5 и воду [2].

Недостатками известного состава являются невысокие значения реологических параметров и то, что низкие плотности растворов достигаются лишь при очень высоких значениях кратности пены.

Наиболее близким к заявляемому по технической сущности, составу и достигаемому эффекту является пенообразующий состав, включающий пресную воду, пенообразователь, стабилизатор пены – модифицированный крахмал и сульфацелл, затравку – мел технический и дополнительно – алюмохлорид и кальцинированную соду при следующем соотношении компонентов, мас.%: пенообразователь – 0,8-1,8, крахмал модифицированный – 5,0-7,0, сульфацелл – 0,18-0,3, мел технический – 3,0-4,0, алюмохлорид – 1,1-1,4, сода кальцинированная – 0,6-0,8, пресная вода – остальное [3].

Снижение плотности этого состава достигается в основном за счет воздухововлечения и аэрации и частично за счет химической реакции между мелом и алюмохлоридом с выделением углекислого газа.

Недостатками этого состава являются невысокие значения реологических параметров, сложность приготовления состава определенной плотности и регулирования этого показателя, поскольку объем вовлекаемого воздуха при аэрации сложно контролировать. Кроме того, эту пеновоздушную смесь сложно закачивать в скважину насосным агрегатом. Эти недостатки снижают технологические возможности применения этого состава при вскрытии продуктивных пластов бурением и освоении скважины.

Целью изобретения является создание газовыделяющего пенообразующего состава низкой плотности с высокими структурно-механическими свойствами.

Для достижения поставленной цели заявляемый газовыделяющий пенообразующий состав, содержащий воду, пенообразователь, стабилизатор пены и газообразующие компоненты, в качестве стабилизатора пены содержит карбоксиметилцеллюлозу и ксантановую смолу, а в качестве газообразующих компонентов карбонат или гидрокарбонат натрия и сульфаминовую кислоту при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Пенообразователь – 0,2-0,5

Ксантановая смола – 0,3-0,5

Карбоксиметилцеллюлоза – 0,7-0,9

Карбонат или

гидрокарбонат натрия – 0,38-1,60

Сульфаминовая кислота – 0,68-3,00

Пресная вода – Остальное

Сравнительный анализ с прототипом позволяет сделать вывод о том, что заявляемый газовыделяемый пенообразующий состав отличается от известного тем, что в качестве стабилизатора пены содержит карбоксиметилцеллюлозу и ксантановую смолу, а в качестве газообразующих компонентов карбонат или гидрокарбонат натрия и сульфаминовую кислоту. Поэтому заявляемое техническое решение соответствует критерию «новизна».

Заявляемый состав представляет собой полимерную пенную систему с прочной тиксотропной структурой и низкой плотностью при небольших значениях кратности пены, образующейся при протекании следующих реакций:

Na₂CO₃+2(NH₂SO₃)Н2Na (NH₂SO₃)+CO₂+H₂O

NaHCO₃+(NH₂SO₃)HNa(NH₂SO₃)+CO₂+Н₂О

Для образования 1 г-моля (22,4 л) СО₂ необходимо взять 106 г Na₂СО₃ и 194,2 г сульфаминовой кислоты или 84 г NaHCO₃ и 97,1 г сульфаминовой кислоты. Реакция идет без инициаторов и затравок, протекает полностью в соответствии с законом стехиометрии, создавая при этом в буровом растворе нейтральную среду. Способ приготовления пенообразующего состава прост, технологичен. Для поддержания рН раствора выше нейтральной можно взять Na₂CO₃ или NaHCO₃ в избытке. Избыток этих реагентов позволяет не только поддерживать рН раствора выше 7,0, но и нейтрализовать избыток ионов кальция в процессе использования пенной системы, а также предотвратить гидратацию глинистых частиц.

В предлагаемом растворе качественный и количественный состав компонентов позволяет получить газовыделяющий пенообразующий состав, соответствующий условиям качественного вскрытия продуктивных пластов с низкими пластовыми давлениями, вызова притока, восстановления и сохранения коллекторских свойств продуктивных пластов при освоении и капитальном ремонте скважин.

В пенообразующем составе ксантановая смола имеет длинную полимерную цепочку и в сочетании с КМЦ и пенообразователем создает уникальный реологический профиль для удержания пузырьков газа, образующихся за счет химической реакции. В данной полимерной среде практически отсутствует проскальзывание пузырьков образовавшегося газа, за счет чего при небольших значениях кратности пены существенно снижается плотность пенной системы, повышаются реологические параметры и стабильность. В результате пенная система обладает высокой устойчивостью, определенной жесткостью и упругостью.

Преимуществами заявляемого состава являются:

– низкая плотность, высокие реологические показатели, низкая фильтрация, нейтральная или слабощелочная среда;

– отсутствие в составе твердой фазы (мел или конденсированная твердая фаза гидрогеля алюминия в составе по прототипу);

– возможность получения состава необходимой плотности путем регулирования в составе количества газообразующих компонентов;

Из существующего уровня техники нам не известно, что ингредиенты, входящие в состав предлагаемого пенообразующего состава в заданном соотношении компонентов, обеспечивают указанные выше свойства, что позволяет сделать вывод о соответствии предлагаемого технического решения критерию «изобретательский уровень».

Технология практического применения предлагаемого пенообразующего состава предусматривает растворение полимеров в пресной воде, последовательное добавление в полимерный раствор пенообразователя и карбоната (гидрокарбоната) натрия, а после их полного растворения добавление расчетного количества сульфаминовой кислоты.

Пример приготовления пенообразующего состава (состав №5).

В 974 мл пресной воды одновременно растворяют 9,0 г КМЦ и 3,0 г ксантановой смолы. После полного растворения полимеров в раствор добавляют 3,8 г карбоната натрия и 3,0 г пенообразователя и снова перемешивают. Для ценообразования в раствор постепенно добавляют 6,8 г сульфаминовой кислоты. Реакция идет очень интенсивно, образуя устойчивую пенную систему.

Свойства растворов определяют стандартными приборами, предназначенными для контроля параметров бурового раствора.

Ксантановая смола является микробным экзополисахаридом и выпускается под различными торговыми марками («Биоксан» по ТУ 2458-001-16636639-2005 выпускается предприятием «Тетра» (г.Екатеринбург), ХСД – Polymer, Kern – Tron, Idvis, Bio Vis, Biolam и др. выпускаются зарубежными фирмами).

Вместо КМЦ в состав пенообразующей системы могут быть включены полисахариды с различной структурой, как термосолестойкой марки КМЦ-ТС, карбоксиметилированный крахмал – КМК, карбоксиметилоксиэтилцеллюлоза марки СК-Н, гидроксиэтилцеллюлоза.

В качестве пенообразователя могут быть использованы поверхностно-активные вещества марок МЛ-81Б, ОП-10, неонол.

Состав и свойства заявляемого газовыделяющего пенообразующего состава и состава – прототипа приведены в таблице.

Предлагаемый состав является двухфазной пеной, которая по технологическим свойствам удовлетворяет требованиям вскрытия пластов с АНПД и освоения скважин с различными пластовыми давлениями. При его использовании обеспечивается нормативная репрессия на пласт, в результате повышается безопасность буровых работ, качественное вскрытие продуктивного пласта за счет низкой фильтрации и образования устойчивой изолирующей пленки на стенке скважины. Низкая плотность состава обеспечивает создание депрессии на пласт, вызов притока из пласта и очистку призабойной зоны при освоении скважины.

Источники информации

1. Патент РФ №1273508, МКИ Е21В 43/00, БИ №15, 1986.

2. Патент РФ №2085567, МКИ С09К 7/08, Е21В 43/25, БИ №27, 1997.

3. Патент РФ №2187533, МКИ С09К 7/08, БИ №20, 2002.

Формула изобретения

Газовыделяющий пенообразующий состав для первичного вскрытия продуктивных пластов и освоения скважин, содержащий воду, пенообразователь, стабилизатор пены и газообразующие компоненты, отличающийся тем, что в качестве стабилизатора пены он содержит карбоксиметилцеллюлозу и ксантановую смолу, а в качестве газовыделяющих компонентов – карбонат или гидрокарбонат натрия и сульфаминовую кислоту при следующем соотношении компонентов, мас.%: