Способ получения структурированной жидкости для разрыва пласта

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 1 В 43/26, С 09 К 7/02 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН 2 О Од пособом струк 1 уриладает значениями ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(71) Печорский государственный научно-исследовательский и проектный институт нефтяной промышленности и Пермскийнаучно-исследовательский проектный институт нефтяной промышленности(56) Авторское свидетельство СССРМ 664986, кл. С 09 К 7/02, 1979 г,(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СТРУКТУРИРОВАННОЙ ЖИДКОСТИ ДЛЯ РАЗРЫВА ПЛАСТА(57) Цель - улучшение технологическихсвойств жидкости в процессе эксплуатациипутем снижения ее вязкости, содержания Изобретение относится к нефтегазовой промышленности, конкретно к способам получения структурированной жидкости на водной основе, которая может быть использована в качестве жидкости - песконосителя для проведения операции разрыва нефтегазовых пластов, жидкости глушения скважин или надкамерной жидкости,Известен способ получения жидкости на водной основе для разрыва газовых пластов, заключающийся в механическом смешивании 2005-ного раствора хлористого натрия с концентратом сульфит-спиртовой барды (ССБ) в объемном соОтношении 1: 1 (1).Образующаяся жидкость имеет значения плотности 1165 кг/м, динамической вязкости 37,3 МПа с, водоотдачи 2 см /30 мин, Песок фракциями 0,8 - 1,2 мм осаждается из такой жидкости со скоростью 66 м /ч. Ы 1763641 А 1 твердой фазы и полной деструкции под воздействием соляной кислоты при одновременном уменьшении ее расхода, а также сокращение времени приготовления и расширения номенклатуры используемых реагентов. Способ заключается в обработке минерализованной воды, содержащей от 119 г - ион/дм ионов кальция и до насыщезния фосфорной кислотой или дигидрофосфатами аммония, или щелочных металлов, или продуктами, содержащими их в своем составе, в концентрации 0,8 - 0,9 мас,0 (в пересчете на Р 205) с последующим введением водного раствора едкого натра или аммиака до значений рН 6 - 8. В качестве источников ионов кальция используют хлорид, нитрат или бромид кальция или их смеси между собой, 1 табл,Известен способ получения структурированной жидкости для разрыва пласта, включающий смешение водного раствора хлорида цинка с 400-ным раствором едкого натра до рН 2 - 5,7 с образованием гидроксида цинка в виде конденсированной твердой фазы и последующее введение сухой карбоксиметилцеллюлозы (КМЦ) при перемешивании до ее полного растворения при следующем соотношении ингредиентов, мас,0/О:Хлорид цинка 5 - 55Едкий натр 2,5 - 15.КМЦ1,5 - 3,0 Вода ОстальноеНа приготовление 20 м такого составав производственных условиях затрачивается 5 - 7 ч.Полученная этим срованная жидкость об510 15 затрат 20 плотности 1090 - 1800 кг/м, условной вяззкости - 33 - 200 с, водоотдачи - 0 - 8 см /30з мйн, СНС через "1 и 10 мин покоя- О;8(1 - 21)33 дПа соответственно. Расчеты свидетельствуют, что проведенное в составе количество едкого натра образует от 3,1 до 18,6 мас.конденсированной твердой фазы. Деструкция состава в трещине, разрыва достигается за счет нейтрализации конденсированной твердой фазы соляной кислотой 27 ф -ной концентрации. Согласно проведенным расчетам на полное растворение такого количества твердой фазы требуется от 85 до 508 кг 27-ной соляной кислоты на 1 т состава,Конкретный пример получения состава в лабораторных условиях по данному способу,Для этого к 405 см 40 ф -ного водного раствора хлорида цинка плотностью 1417 кг/м при перемешивании на смесителе "Воронеж" с частотой вращения вала мешалки 3 10 мин в течение 10 мин вливали 218 см 40 -ного раствора едкого натра, а затем вводили 17,4 г (2 мас. Д КМЦи продолжали перемешивание до полного растворения КМЦ в течение 6 ч. При этом по уравнению проходящей в составе реакции образовалось 153 г гидроксида цинка в виде кондейсированной твердой фазы,Полученный состав при 20 С имел значения плотности 1421 кг/м, рН 6, СНС - 10/33 дПа и эффективной вязкости при градиенте сдвига 739 с - 186,7 мПа с, На деструкцию 100 г состава (растворение конденсированной твердой фазы) было израсходовано 37 г 27-ной соляной кислоты до его полного осветления, При 20 С деструктированный состав имел значение эффективной вязкости при градиенте сдвига 145,8 с - 43,1 мПа с,Недостатки данного способа получения структурированной жидкости заключаются в следующем:1, Образующаяся жидкость обладает высокой вязкостью, что увеличивает гидравлическое сойротивление при ее закачке впластпо трубам.2.Жидкость вмещает большое количество твердой фазы и на ее растворение в пласте требуется значительное количество соляной кислоты, соизмеримое с обьемом исходной жидкости, Это неоправданно удлиняет и удорожает процесс разрыва пласта, а полное растворение такого количества твердой фазы в вязком составе, находящемся в узкой трещине разрыва на значительном удалении от ствола скважины, является проблематичным,25 30 35 40 45 50 55 3. После деструкции твердой фазы жидкость из-за загущающего действия КМЦ обладает высокой вязкостью, что снижает эффективность быстрого и полного ее выноса из трещины разрыва в ствол скважины.4, При температуре более 60 С КМЦ в кислой среде подвержена термодеструкции с образованием нерастворимого осадка. Это может вызвать необратимую кольматацию пороховых каналов пласта и трещины разрыва со снижением фазовой проницаемости для нефти.5. Способ получения состава длителен во времени и требует значительных энерго 6. Способ ограничен использованиемодной водорастворимой соли и едкого натра, Эти недостатки снижают технологические свойства получаемой жидкости в условиях ее получения и эксплуатации, особенно в глубоких скважинах с низкопроницаемыми коллекторами.Цель изобретения - улучшение технологических свойств жидкости в процессе эксплуатации путем снижения ее вязкости, содержания твердой фазы и полной деструкции под воздействием соляной кислоты при одновременном уменьшении ее расхода, а также сокращения времени приготовления и расширения номенклатуры используемых реагентов.Поставленная цель достигается тем, что в способе получения структурированной жидкости для гидроразрыва пласта, включающем смешение водного раствора минерализованного ионами двухвалентных металлов и щелочнго агента при постоянном перемешивании до рН 2 - 5,7, предварительно водный раствор, минерализованный ионами двухвалентных металлов обрабатывают фосфорной кислотой или продуктам, содержащими в своем составе РгОь в концентрации 0,8 - 0,9 маса в качестве водного раствора минерализованного ионами двухвалентного металла используют хлорид и/или нитрат и/или бромид кальция в стехиометрическом соотношении компонентов,В качестве источников ионов кальция используют хлорид, нитрат или бромид кальция, или их смеси между собой.Хлорид кальция производится Славянским и другими ПО "Химпром" по ГОСТ 450- 77.Кристаллический нитрат кальция производится Днепродзержинским ПО "Азот" по ТУ 6-03-367-74.Аммонизированный раствор нитрата кальция (АРНК) производится Россошанским химическим заводом по ТУ 113-03-0901-87 и представляет собой водный растворнитрата кальция с плотностью от 1400 до1550 кг/м, Поставляется в больших количезствах в основные нефтяные регионы страны. 5Водный раствор бромида кальция сплотностью до 1857 кг/м производитсязопытным заводом ВНИИйодбром (г. Саки)для нужд нефтяной промышленности,Фосфорная кислота 73%-ной концентрации производится Джамбульским НПО"Химп ром" по ГОСТ 10678-76 и поставляется для потребностей нефтегазовой промышленности.Дигидрофосфаты аммония (МН 4 НгР 04) 15калия (КНгР 04) и натрия (МаНгР 04 2 НгО)производятся Чимкентским ПО "Фосфор"по ГОСТ 3771-74, ГОСТ 4198-75 и ГОСТ 24576 соответственно.Аммофос представляет собой широко 20распространенное минеральное удобрениес содержанием дигидрофосфата аммонияоколо 90 о ,Нитроаммофоска является сложнымминеральным удобрением с содержанием 25дигидрофосфата аммония около 17 - 18 о(впересчете на Рг 05).Аммофос и нитроаммофоска производятся Черкасским, Ровенским и др. ПО"Азот" по ГОСТ 18918-85 и ГОСТ 19691-84 30соответственно.В качестве водного раствора аммиакаиспользуют 25 У -ный раствор по ГОСТ 9-77,который поставляется нефтегазовой промышленностии, 35В качестве водного раствора едкого натра используют серийно производимый40 О/О ный раствор по ГОСТ 2263-71.П р и м е р 1. К 750 г 35%-ного растворанитрата кальция, содержащего 110 г - 40ион/дм ионов кальция прибавляют 14 гз60 о -ной фосфорной кислоты (0,8 мас.% впересчете на Рг 05) и при постоянном перемешивании на смесителе "Воронеж" с частотой вращения вала мешалки 3 10 мин 45вводят 18 см 40%-ного раствора едкого натра, При этом раствор мутнеет и повышается его вязкость, Происходящие при этомпроцессы объясняются происхождениемследующих реакций, 50 5 Са(ИОз)г + ЗНзР 04 + ЗйаОН =1,5 Са(НгР 04)г + 2 йаМОг + 3,5 Са(МОз)г+ЗНгО1,5 Са(НгР 04)г + 3,5 Са(ИОз)г ф ЗйаОН + 55 +ЗНгО = 3(СаНР 04 2 НгО) + ЗйайОз + +2 Са(КОз)Образовавшуюся вязкую жидкость перемешивают в течение 1 мин, а затем охлаждаютдо 20 С и подвергают испытаниям,Плотность жидкости (р) при 20 С определяют пикнометром после ее вакуумирования для удаления следов газовой фазы.Эффективную вязкость ( , ) при 20 С определяют на приборе "ЯЬео 1 езс" при градиенте сдвига 729 с (характерном для закачки жидкостей в пласт по трубам при разрыве пласта) как произведение двух постоянных прибора на считывающую цену деления на шкале регистратора,Статическое напряжение сдвига через 1 и 10 мин покоя жидкости ( (ЭуО ) при 20 С определяют на приборе В СНпри градиенте сдвига 0,2 мин " как произведение постоянной прибора на считываемую цену деления на лимбе прибора,Значения рН жидкости регистрируют по индикаторной бумаге.Количество конденсированной твердой фазы определяют путем фильтрации 100 г жидкости, разбавленной в 4-кратном количестве дистиллированной воды, на воронке Бюхнера через фильтр с синей полосой с последующей промывкой осадка до нейтральной реакции на ион кальция, количественным сбором осадка, сушкой его при 105 С до постоянной массы и взвешиванием на аналитических весах.Количество соляной кислоты, необходимой для полной нейтрализации конденсированной твердой фазы, определяют прямым титрованием 100 г жидкости 27 о -ной соляной кислотой до ее визуального обесцвечивания,Динамическую вязкость (д ) деструктированной жидкости определяют при 20 С на приборе "Юеосезт" при градиенте сдвига 1458 с (характерен для движения жидкости по трещине разрыва),Результаты испытаний по этому и другим примерам приведены в таблице.П р и м е р 2, К 750 г насыщенного (45%-ного) раствора нитрата кальция прибавляют 9,6 г дигидрофосфата аммония (0,8 мас./ на Рг 05) в виде 15 о -ного водного раствора и при постоянном перемешивании на смесителе "Воронеж" вводят 16 см 25 о -ного раствора аммиака, дополнительно перемешивают в течение 1 мин, охлаждают до 20 С и подвергают испытаниям, Ход происходящих в жидкости химических реакций в присутствии аммиака можно представить в следующем виде:Са(гчОз)г + 2 ИН 4 НгР 04 = Са(НгР 04)г + +2 М Н 4 ИОЗСа(НгР 04)г + 2 гчНз +.2 НгО = СаНР 04 2 НгОФ+ (И Н 4 Н Р 04Са(КОз)г+(КН 4)г НРО 4+ 2 НгО = СаНР 04 2 НгОФ+ 2 й Н 4 ЙОЗП р и м.е р 3. К 750 г 25 о -ного раствора хлорида кальция, содержащего 110 г - ион/дм 3 ионов кальция, прибавляют 15,7 г 60 о -ной фосфорной кислоты (0,9 мас,о/, на Р 205) и при постоянном перемешивании на смесителе "Воронеж" вводят 24 см 25 о - ного раствора аммиака, дополнительно перемешивают в течение 1 мин, охлаждают до 20 С и подвергают испытаниям,П р и м е р 4, К 750 г насыщенного (40 о -ного) раствора хлорида кальция прибавляют 12 г аммофоса (0,9 мас,на Р 205) в виде 20 о -ного водного раствора и при постоянном перемешивании на смесителе "Воронеж" вводят 15 см 40 о -ного раствора едкого натра., дополнительно перемешивают втечение 1 мин, охлаждаютдо 20 С и подвергают испытаниям,П р и м е р 5. К 750 г 33 о -ного раствора хлорида кальция, содержащего 158 г - ион/дм ионов кальция, прибавляют 12,3 г дигидрофосфата калия (0,85 мас. / на Р 205) в виде 25 о -ного водного раствора и при постоянном перемешивании на смесителе "Воронеж" вводят 14 см 25 о -ного раствора аммиака, дополнительно перемешивают в течение 1 мин, охлаждают до 20 С и подвергают исп ытаниям.П р и м е р 6. К 750 г 35 О/о-ного раствора нитрата кальция, содержащего 110 г - .ион/дм ионов кальция, прибавляют 15 гздигидрофосфата натрия (0,9 мас.на Р 205) в виде 50 О/,-ного раствора и при постоянном перемешивании на смесителе "Воронеж" вводят 16 см 25 о -ного раствора аммиака, дополнительно перемешивают в течение 1 мин, охлаждаютдо 20 С и подвергают испытаниям.П р и м е р 7, К 1000 г смеси нитрата и хлорида кальция с содержанием 272 г - ион/дм ионов кальция прибавляют 44,2 г иитроаммофоски (0,8 мас.о/о на Р 205) в виде 25 о -ного водного раствора и при постоянном перемешивании на смесителе "Воронеж" вводят 12 см 25 О/-ного раствора аммиака, дополнительно перемешивают в течение 1 мин, охлаждают до 20 С и подвергают испытаниям.П р и м е р 8. К 1000 г насыщенного (55%-ного) раствора бромида кальция прибавляют 20,5 г 60 О/-ной фосфорной кислоты (0,9 мас,о/о на Р 205) и при постоянном перемешивании на смесителе "Воронеж" вводят 24 см 40 о -ного раствора едкого натра, дополнительно перемешивают в течение 1 мин, охлаждаютдо 20 С и подвергают испытани.ям.П р и м е р 9, К 750 г 35%-ного раствора нитрата кальция, содержащего 110 г - ион/дм ионов кальция, прибавляют 16 см 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 25 О/о-ного раствора аммиака и при постоянном перемешивании на смесителе "Воронеж" вводят 15 г дигидрофосфата натрия(0,9 мас.% на Р 205) в виде 50%-його раствора, дополнительно перемешивают в течение1 мин, охлаждают до 20 С и подвергаютиспытаниям,П риме р 10, К 750 г 35 о -ного растворанитрата кальция, содержащего 110 г -ион/дм ионов кальция, прибавляют 12,3 г60 о -ной фосфорной кислоты (0,7 мас.% наР 205) и при постоянном перемешивании насмесителе "Воронеж" вводят 16 см 40%ного раствора едкого натра, дополнительноперемешивают в течение 1 мин, охлаждаютдо 20 С и подвергают испытаниям.П р и м е р 11. К 750 г насыщенногораствора хлорида кальция прибавляют 13,3г аммофоса (1,0 мас.% на Р 205) в виде 25/ного водного раствора и при постоянномперемешивании на смесителе "Воронеж"вводят 16 см 40%-ного раствора едкого натра, дополнительно перемешивают в течение 1 мин, охлаждают до 20 С и подвергаютиспытаниям.П р и м е р 12. К 750 г 32 о -ного растворанитрата кальция, содержащего 10 г -ион/дм ионов кальция, прибавляют 14 г60%-ной фосфорной кислоты (0,8 мас,о/ наР 205) и при постоянном перемешивании насмесителе "Воронеж" вводят 98 см 40 о ного раствора едкого натра, дополнительноперемешивают в течение 1 мин, охлаждаютдо 20 С и подвергают испытаниям.П р и м е р 13. К 750 г 25 -ного растворахлорида кальция, содержащего 110 г -ион/дм ионов кальция, прибавляют 15,7 г60%-ной фосфорной кислоты (0,9 мас,наР 205) и при постоянном перемешивании насмесителе "Воронеж" вводят 20 см 25 ного раствора аммиака, дополнительно перемешивают в течение 1 мин, охлаждают до20 С и подвергают испытаниям.П р и м е р 14, К 750 г 25 О/,-ного растворахлорида кальция, содержащего 110 г -ион/дм ионов кальция, прибавляют 15,7 г360 -ной фосфорной кислоты (0,9 мас./ наР 205) и при постоянном перемешивании насмесителе "Воронеж" вводят 28 см 25 о ного раствора аммиака, дополнительно перемешивают в течение 1 мин, охлаждают до20 С и подвергают испытаниям,Как следует из данных таблицы, нижнимконцентрационным пределом ионов кальция в растворе является 110 г - ион/дм .3Снижение этой концентрации (пр. 12) вызывает резкое снижение значений СНС в жидкости. Содержание вводимых фосфатовнаиболее приемлемо в диапазоне 0,8 - 0,9мас,о(на Р 205), Так, снижение их концент10 1763641 5 Формула изобретенияСпособ получения структурированнойжидкости для разрыва пласта, включающийсмешение водного раствора минерализованного ионами двухвалентных металлов и10 щелочного агента при постоянном перемешивании до рН 5 - 7, о тл и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью улучшения технологических свойств жидкости в ироцессе эксплуатации путем снижения ее вязкости,15 содержания твердой фазы и полной деструкции под воздействием соляной кислоты при одновременном уменьшении еерасхода, а также сокращения времени приготовления и расширения номенклатуры ис 20 пользуемых реагентов, предварительноводный раствор, минерализованный ионами двухвалентных металлов, обрабатываютфосфорной кислотой или продуктами, содержащими в своем составе Р 205 в концен 25 трации 0,8 - 0,9 мас,%, а в качестве водногораствора, минерализованного ионами двухвалентного металла, используют хлорид,и/или нитрат, и/или бромид кальция в стехиометрическом соотношении компонен 30 тов,гКол- ао 27 Ф-ной НС 1. (кг/т), требуемой на деструкцию жид- кости о /одПа Еэ мПа с1317 1370 1220 1373 1293 1292 1488 1702 1292 1314 1359 1287 1221 1219 1 2 3 4 5 б 7 8 9 10 11 12 13 14 18,5 13,6 20,6 170 15,2 16,5 12,7 11,8 т 4,0 7,8 3,0 7,8 3,2 3,9 15,7 20,3 е 31,5 29,8 40,9 46,8 38,6 31,6 32,7 36,4 т 370 169,4 1421 43,1 рации (пр, 10) значительно уменьшает значения СНС в жидкости, а увеличение (пр. 11) - интенсивное гелеобразование жидкости, что делает ее труднопрокачиваемой по трубам. Снижение значений рН состава менее 6 (пр. 13) не позволяет получить структурированную жидкость, а рост его более 8 (пр, 14) не улучшает качество жидкости и экономически нецелесообразен. Получение со-. става путем предварительного ввода в минерализованную воду щелочного агента, а затем фосфата (пр. 9) также приводит к снижению структурно-механических свойств жидкости,Как следует из сравнительных данных свойств структурированных жидкостей, полученных по известному и предлагаемому способам, предлагаемое решение позволяет получить жидкость для гидроразрыва пласта с вязкостью ниже в 4,1 - 9,2 раза, содержанием конденсированной твердой фазы ниже в 8,2 - 13,3 раза, на нейтрализацию которой требуется в 7,9 - 12,4 раза меньше 27%-ного раствора соляной кислоты и обладающей после деструкции в 2,7 - 14,4 раза более низкой вязкостью при сопоставительных значениях диапазонов по плотности и СНС,При этом использование предлагаемого способа позволяет расширить номенклатуру реагентов для получения жидкости разрыва, в десятки раз сократить время ее приготовления в производственных условиях,