Способ нейтрализации и изоляции проявлений сероводорода

(54) СПОСОБ НЕЙТРАЛИ ПРОЯВЛЕНИЙ СЕРОВОДО (57) Изобретение от зовой пром-ти, Цель повьппение эффективн счет интенсификации собности закачиваемь емкости готовят рас АЦИИ И ИЗОЛЯ ОДАосится к нефтегаизобретения -сти способа за акционной спок реагентов. Втвор карбамидофо ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ 4032389/22-0305,03.8623.01.88. Бюл. В 3Иркутское отделение Всесо-исследовательского инсики и техники разведкиМ.А,Хромых и А,А.Фигурак622.276.5(088.8)Сб, Материалы, применяемьализации сероводорода прискважины. Сер, Бурение,НИИОЭНГ, 1983, с.12-13,роднов В,Д. Физико-химичеы предупреждения осложнении, М.: Недра, 1984, с.2 мальдегидной смолы, пенообраэователяи твердого реагента-нейтрализаторасероводорода. Перемешивание при приготовлении растворов осуществляют насосом. Предварительно проводят определение кривой кинетики объемнойсорбции пенопласта. Нагнетают периодически в зону проявлений сероводорода стабилизированный твердым реагентом-нейтрализатором пенопласт наоснове карбамидоформальдегидной смолы, затем реагент-нейтралиэатор сероводорода. Объем последнего в каждойнагнетаемой порции принимают не меньше одинарного и не больше тройногообъема жидкой фазы в предшествующейпорции пенопласта. Нагнетание раствора-нейтрализатора осуществляют вовременном интервале его максимальнойсорбции пенопластана эакаченные в)скважину реагенты воздействуют переменным гидравлическим давлением.Газонаполнение пенопласта осуществляют инертным газом. 4 з.п. ф-лы, 2 ил.1 136Изобретение относится к нефтегазовой промьппленности, а именно к способам нейтрализации и изоляции проявлений сероводорода и других кислых газов при бурении и эксплуатации скважин и горных выработок.Цель изобретения - повышение эффективности способа за счет интенсификации реакционной способности эакачиваемых реагентов.На фиг.1 представлена схема нейтрализации и обвязки поверхностного оборудования; на фиг,2 - кривые ки-нетики объемной сорбции жидкого реагента-нейтрализатора отверждающейся газожидкостной смесью.Нейтрализация и изоляция проявлений сероводорода осуществляются слецующим образом.В емкости 1 приготавливают раствор карбамидоформальдегидной смолы, пенообразователя и твердого реагента-нейтрализатора сероводорода, в емкости 2 - раствор кислотного отвердителя, в емкости 3 - раствор жидкого реагента-нейтрализатора сероводорода, в емкости 4 - .продавочную жидкость, Перемешивание при приготовлении растворов осуществляют при помощи насоса 5, при этом кран 6 закрыт, кран 7 открыт, а рукава 8 и 9 опущены в соответствующую емкость,После приготовления растворов производят нагнетание в интервал проявлений пенопласта, для чего закрывают кран 7, открывают краны 6 10 и 11 на пропуск смеси в колонну труб 12, в нижней части которых установлен пакер 13 для герметизации затрубного пространства в процессе нагнетания смеси, включают насос 5, источник 14 сжатого газа (компрессор или баллон с газом), насос 15, подающий кислотный отвердитель во вспененную при помощи пеногенератора 16 смесь. Образовавшаяся отверждающаяся газожидкостная смесь (ОГЖС) поступает в интервал проявлений, Нагнетание ОГЖС чередуют с нагнетанием раствора жидкого реагента-нейтрализатора. Для этого отключают кислотоподающий насос 15 и источник 14 сжатого газа, закрывают кран 10, перебрасывают всасывающий рукав 8 в емкость 3 с жидким реагентом-нейтрализатором. Переменное гидравлическое давление создается пульсатором 17. Полученный в результате реакции смолы, пенооб 84272разователя и отвердителя пенопластпредставляет собой отверждающуюсягазожидкостную смесь (ОГЖС). НагнеБтание раствора реагента-нейтрализатора чередуют с нагнетанием отверждающейся гаэожидкостной смеси, стабилизированной твердым реагентом-нейтрализатором.При нейтрализации и изоляции проявлений сероводорода в обводненныхили сухих интервалах ствола скважины, когда происходит подсос и катастрофическое поглощение нейтрали 15 эующих и изолирующих составов, нагнетание раствора реагента-нейтрализатора (пропитывание отверждающейся газожидкостной смеси раствором реагента-нейтрализатора) осуществляютво временном интервале максимальнойинтенсивности.его объемной сорбцииотверждающейся газожидкостной смесью, определяемом по кривой кинетики объемной сорбции.25 Количество раствора реагента-нейтрализатора в каждой нагнетаемойпорции принимают не меньше одинарного и не больше тройного количестважидкой фазы в предшествующей порцииЗ 0 отверждающейся гаэожидкостной смеси,Газонаполнение отверждающейся газожидкостной смеси осуществляютинертным газом.С целью интенсификации процессапропитки отверждающейся гаэожидкост 35ной смеси раствором реагента-нейтрализатора на эакаченную нейтрализующуюсистему воздействуют переменным гидравлическим давлением.Пропитка вспененной отверждающейся гаэожидкостной смеси, склонной кобъемной сорбции, раствором реагента-нейтрализатора приводит к егорассредоточению в объеме отвержден 45ной вспененной структуры. Это позволяет резко увеличить его реакционноспособную поверхность и обеспечиваетрассредоточение и удержание реагента-нейтрализатора в зонах нейтрализации и изоляции проявлений сероводорода,Использование пенопластов на основе карбамидоформальдегидных смолв качестве ОГЖС обусловлено тем, чтоони склонны к объемной сорбции раэ 55 личных жидкостей, в том числе жидкихреагентов-нейтрализаторов, Эти пенопласты также стойки к действиюбольшинства агрессивных сред (кромеВ качестве носителя сорбируемого жидкостного реагента-нейтрализатора сероводорода возможно использование растворов реагента ТТпо 9 9 15 лиакриламида (ПАА), карбоксиметилцеллюлозы (КМЦ), а также мицелярных растворов,Высокая пенообразующая способность и совместимость с органическими жидкостями реагента Т-бб, наряду с сероводородонейтрализующими свойствами, позволяют использовать его не только в качестве пропитывающего нейтрализующего агента, но и в качест ве пенообразователя при получении ОГЖС, а его низкая вязкость и легко- подвижность позволяют повысить проникающую способность и снизить вязкость чрезмерно вязких нейтрализующих З 0 смесей на основе, например, ПАА и КМЦ при пропитывании и нагнетании. 3 1368 сильных кислот и щелочей), в том числе и НБ. Поскольку жидкие реагентынейтрализаторы представляют собой растворы на водной основе, то следует отметить, что целостность структуры ячеек пенопластов на основе карбамидоформальдегидных смол не нарушается даже после 8 лет пребывания под водой. Пропитка ОГЖС раствором эластичного полимера (ПАА, КМЦ) приводит такжек повышению прочностных и упругихсвойств нейтрализующего и изолирующего пенопласта, что позволяет емудольше и эффективнее срабатывать какнейтрализующей системе,Для гаэонаполнения ОГЖС возможноиспользование негорючих газов, например дифтордихлорметана, или газов,резко уменьшающих опасность взрывапотенциально взрывчатого вещества,например азота, аргона, неона и дру 45гих инертных газов.Известно, что твердые. реагентынейтрализаторы сероводорода являютсяв основном окислами металлов, имеютзначительную плотность и, быстроосаждаясь в воде, снижают или вообщетеряют эффективность, Для удержаниячастиц нейтрализатора во взвешенномсостоянии и увеличения времени контакта нейтрализатора и сероводородарабочая среда должна иметь определенные структурно-механические свойства.Квоме того, эта среда, попадая в при 427 4забойную зону пласта, не должна ухудшать его коллекторские свойства,Таким требованиям отвечает ОГЖС,стабилизированная частичками твердого реагента-нейтрализатора, что позволяет удерживать частицы нейтрализатора во взвешенном, а затем в фиксированном состоянии и распределитьих равномерно в объеме в виде тонкого слоя в пленках каркаса ОГЖС.В качестве твердых реагентов-нейтрализаторов серовоцорода, одновременно выполняющих функции дисперсного стабилизатора (наполнителя) отверждающейся гаэожидкостной системы,целесообразно применять тонкодиспергированные водонерастворимые оксиды металлов, например ЖС(тонкодисперсный железный сурик РеО )СНУД (магнетит специального помола. РезО ),ВНИИТБ(МпО),а также оченьмалорастворимые карбонаты железа,меди, цинка и др,Благодаря высоким структурномеханическим свойствам и удерживающей способности ОГЖС твердые дисперсные частицы реагента-нейтрализатора равномерно распределяются в объеме ОГЖС за счет прилипания к пузырькам газовой фазы, а затем при формировании пенопласта остаются в фиксированном состоянии, организуя нейтралиэирующую проникающий сероводородзавесу. Концентрация твердых реагентов-нейтрализаторов в ОГЖС определяется известными методами в зависимости от известной поглощающей способности реагента и поступления сероводорода.В качестве водорастворимых реагентов-нейтрализаторов сероводорода возможно использование известных реагентов, в том числе Ти Т, металлил сульфоната натрия (СНОБа),медного купороса (СиО. ЗНО), железного купороса (РеЯО 7 Н 0), буры(тетраборат натрия), сйликатов натрия или калия и др,Количество (объем) раствора реагента-нейтрализатора в каждой нагнетаемой порции принимает не меньшеодинарного и не более тройного количества (объема) жидкой фазы в предшествующей порции ОГЖС, что обусловлено следующим.Закачивание меньшего объема раствора реагента-нейтрализатора, какследует из данных фиг.2, может при8427 епри закачивании объема раствораЧ , ЗЧ К составитР к Б 136 вести практически к полной его объемной сорбции ОГЖС, имеющей большее газожидкостное соотношение (кратность). При этом, особенно в начальный период формирования пространственной сетчатой структуры пенопласта, когда система сохраняет подвижность, эта малая порция водного раствора реагента-нейтрализатора переходит.в жидкую фазу (матрицу) ОГЖС, несколько снижая газожидкостное соотношение. В этих условиях очередная порция водного раствора ОГЖС перестает выполнять функции разделительной (буферной) жидкости, компенсирующей упругость ОГЖС, и очередные порции ОГЖС образуют после отверждения (поликонденсации смолы) практически связанную ячеистую структуру во всей зоне проникновения в газопроявляющий пласт, Таким образом,не обеспечивается долговременная способность жидкого раствора реагента-нейтрализатора, находящегося между слоями (порциями) пенопласта, нейтрализовать сероводород в случае его прохождения через ОГЖС в конечной стадии отверждения или после формирования пенопласта.Закачивание объема раствора ре - агента-нейтрализатора, превышающего тройной объем жидкой фазы в предшествующей порции ОГЖС, также не обеспечивает достижения цели изобретения. Оптимальной кратностью ОГЖС при изоляции газопроявляющих зон является 3-50, так как при меньших значениях резко снижаются упругие свойства системы, т.е, сжимаемость, необходимая для блокирования газоперетока в начальный период отверждения, а при больших значениях снижается механическая прочность и увеличивается газопроницаемость образующегося пенопласта за счет открытоячеистой структуры.Нетрудно показать, что при низкой кратности предшествующей порции ОГЖС закачивание объема водного раствора реагента-нейтрализатора, превышающего объем жидкой фазы ОГЖС в 3 раза (ЧЗЧ), может привести за счет разбавления к снижению газожидкостного соотношения всей системы в 4 и более разНапример, если начальное соотношение (К) объема газа (Ч,) к жидкой фазе (Ч ) в ОГЖС составляло 10, то ЧБ КЧ + Ч Ч(- -- ( -- ( 25 4 Ч, 4 а с учетом сорбции части Чр (3040 об,7) К3,Кроме того, особенно при малопорционном нагнетании ОГЖС и раствора реагента-нейтрализатора значительно увеличивается объем жидкихнеотвердевающих слоев,в зоне их проникновения в пласт, а следовательно;уменьшается надежность изоляциипроявления сероводороца при снятиивнешнего давления, так как жидкаяфаза может быть вытеснена под действием порового давления газоноСногопласта.На закаченную в газопроявляющийпласт нейтрализующую и изолирующуюсистему, состоящую Из чередующихсяпорций или слоев ОГЖС, стабилизированной твердым реагентом-нейтрализатором сероводорода и водного раствора реагента-нейтрализатора, воздействуют переменным или пульсирующим по величине гидравлическим давлением, что вызывает ряд положительЗБ ных эффектов.В первой стадии отверждения ОГЖС,когда смесь еще достаточно подвижна,облегчается ее проникновение в блокируемые трещинно-поровые коллекто 40 ры, так как за счет переменного давления система испытывает сдвиговыенапряжения, скорость которых определяется частотой пульсации. Посколькугазожидкостные системы относятся к4 Б псевдопластичным жидкостям, то с ростом скорости сдвига резко падаетих вязкость и возрастает радиус проникновения в газопроявляющий пласт,По мере формирования жесткой про- БОстранственной структуры пенопластавозрастает влияние фактора переменного давления на интенсивность его пропитывания раствором реагентов.Под действием градиента переменного гидравлического давления и возникающих сдвиговых напряжений происходит разрушение дефектных связей вструктуре отверждающейся ОГЖС и раз13 б 8 витие упорядоченной в объеме открыто- пористой структуры, что интенсифицирует сравнительно равномерное по объему проникновение раствора реагентанейтрализатора.5Кроме того, под действием переменного давления на водный раствор реагента в проницаемом пласте он испытывает знакопеременные с частотой пульсаций давления изменения направления движения, поскольку является несжимаемой жидкостью, При увеличении давления движение происходит в пласт, а при уменьшении - в обратную сторону, что также способствует хорошему перемешиванию раствора реаген" та в зоне контакта с предыдущей и последующей порциями ОГЖС и более равномерному распределению при по глощении в объеме пенопласта. 2 Н Я Пропитывание отверждающейся газо- жидкостной смеси раствором реагентанейтрализатора во временном интервале максимальной интенсивности его объемной сорбции в условиях интенсив ного подсоса обеспечивает более полное и равномерное рассредоточение реагента-нейтрализатора в объеме ОГЖС, В этих условиях временной интервал между нагнетанием ОГЖС и последующим пропитыванием реагентом- . нейтрализатором способствует также повышению надежности и качества установки пенопластового каркаса для последующей пропитки.Построение кинетики объемной сорбции различных жидкостей отверждаюп(ейся газожидкостной смесью или конечным продуктом - пенопластом может быть осуществлено с использованием известных методик. 25 30 сероводородопроявляющих пластов,Под термином 11 в интервале максимальной интенсивности его объемнойсорбции" принят временной интервалот начала отверждения ОГЖС, в течение которого отмечается максимальная объемная сорбция водных растворов пенопластом, полученным при конкретной рецептуре ОГЖС и газожидкостном соотношении. Временной интервалмаксимальной объемной сорбции определяется по кривым кинетики объемной сорбции (фиг.2) и соответствует интервалу времени, в котором уголнаклона кривой к оси абсцисс (время) является максимальным, так какпри нагнетании раствора в более поздний период времени интенсивность сорбции резко уменьшается, что отражается выполаживанием кривых.50Методика определения кривой кинетики объемной сорбции заключается вследующем, В стеклянном мерном сосуде приготавливается исходная полимерная смесь (смола + пенообразующий раствор) и вспенивается до заданного газожидкостного соотношения.Затем вводится отвердитель и в этотже сосуд заливается водный раствор Данные по кинетике водопоглощениякарбамидных пенопластов показывают,.что с уменьшением кажущейся плотно сти (увеличением гаэожидкостного соотношения или кратности ОГЖС) водопо.глощение увеличивается ввиду возрастания доли открытых ячеек. Поэтомупоглощение для состава ОГЖС с большим газожидкостным соотношениембудет больше (фиг.2), Отсчет времени при построении кривых кинетикиобъемной сорбции производился смомента ввода кислотного отвердителя во вспененную смолу при получении ОГЖС,427 8В отношении гаэонаполнения ОГЖС,. необходимо отметить следующее, Свойства газовой фазы в ОГЖС по предлагаемому способу в большей степени определяют долговечность (старение) изоляционной перемычки. При использовании в качестве газовой фазы воздуха, содержащего кислород, особенно при локально повышенных температурах за счет сжатия воздушных пузырьков в процессе продавливания в изолируемый сероводородопроявляющий пласт,возможна реакция+30 2 БО +2 НО. Х Я. 2 Образующийся сернистый газ (диоксид серы) является сильным окислителем, имеет удушливый запах и токсичен. Наибольшая вероятность такой реакции существует при закачивании в сильнопроницаемые пласты больших объемов ОГЖС с высоким гаэожидкостным соотношением.Применение в качестве газовой фазы малоактивных или инертных газов (аэот, неон, аргон и др.) позволяет предупредить образование сернистого газа и снижение надежности изоляции9 13 реагента-нейтрализатора объемом от одного до трех объемов жидкой фазы в ОГЖС. После этого через определенные промежутки времени фиксируется по рискам мерного сосуда объем поглощенного (сорбированного) раствора реагента-нейтрализатораПоскольку набухание карбамидной пены в водных растворах незначительно, то интенсивность объемной сорбции за данным промежутком времени Ч определяется из выражения100 аб. йЧочгикс где 6 Ч, - объем поглощенного раствоР.ь,ра, смЧ, , - объем ОГЖС (пенопласта).По полученным данным для конкретной рецептуры ОГЖС получают кривыекинетики объемной сорбции водногораствора реагента-нейтрализатора(фиг.2) в зависимости от газожидкост"ного соотношения образующегося пенопласта и типа реагента.Пропитывание ОГЖС в период времени максимальной объемной сорбции характеризуется более полным и равномерным рассредоточением водорастворимаго реагента-нейтрализатора в объеме пористо-ячеистой структуры ОГЖС,которая имеет в этот период формирования наиболее развитую и открытуюдля капиллярного всасывания и поглощения систему. Доказательством это"го является форма кривых кинетики по глощения раствора реагента (фиг,2),П р и м е р. Исходные данные: глубина скважины, пробуренной в горнойвыработке - 100 м, интервал нейтрализации и изоляции проявлений сероводорода в зоне забоя представлентрещиноватыми, пористыми, напорными(проявляющими) и поглощающими жидкость породами. После каждых 2 миннагнетания ОГЖС с расходом жидкойфазы 1 б л/мин производят нагнетаниераствора реагента-нейтрализаторасероводорода в количестве 32 л. Циклповторяют до максимальной величиныдавления, развиваемого нагнетательным оборудованием, с учетом того,чтобы это давление не привело к гидроразрыву пласта, что нежелательнои фиксируется резким падением давления.Для данных геолого-техническихусловий было проведено 4 цикла нагне Карбамидоформальдегидная смола45Кф 40Однопроцентныйраствор сульфонолаКислота ортофосфорная ХЧ НРО 2Активированный(измельченный)магнетит 18Причем газонаполнение отверждаю щейся газожидкостной смеси осуществлено азотом.После начала интенсивной объемной сорбции жидкого реагента-нейтрализатора отверждающейся газожидкост 40 68427 10тания ОГЖС и реагента-нейтрализаторас возрастанием давления беэ по- .следующего его падения до 2,0 ИПай(20 кгс/см ), При этом газожидкостное соотношение регулировалось такимобразом, чтобы его истинная величина в скважинных условиях находиласьв пределах 20.После нагнетания стабилизированных твердым реагентом-нейтрализаторомпорций ОГЖС и жидкого реагента-нейтрализатора производят воздействиена закаченную смесь переменным по 15 величине гидравлическим давлениемпри помощи пульсатора 17, при этомкран 11 закрыт для предотвращениявредного воздействия гидравлическихпульсаций на оборудование,Для осуществления воздействияпеременным гидравлическимдавлениемвозможно использование поршневогоили плунжерного бурового насоса, укоторого демонтирован нагнетательный 25 клапан, а всасывающий клапан или патрубок заглушен. В этом случае привозвратно-поступательном движениипоршня или плунжера насоса происходит возвратно-поступательное движение ЗО столба продавочной жидкости, воздействующего переменным давлением назакаченную смесь.После нейтрализации и изоляциипроявлений. сероводорода в призабойной зоне возникла необходимость установить искусственный сероводородонейтрализующий и изолирующий забойна глубине 50 м в обводненном, сухоминтервале ствола скважины.Для этого в интервал нагнетают .ОГЖС при следующем соотношении компонентов, мас. :13 ной смесью, определяемой по кривой кинетики объемной сорбции (для предложенного состава это время лежит в интервале 50-125 мин при газожидкостном соотношении 20, фиг.2), производят нагнетание жидкого реагентанейтрализатора Т, введенного в концентрации 2 мас.Х в 1-2%-ный раст,вор полиакриламида,При этом количество жидкой фазы в закаченной порции ОГЖС составило 24 л, а количество эакаченного затем реагента-нейтрализатора - 40 л.Предлагаемый способ особенно эффективен при значительной мощности и газовом факторе сероводородопроявляющих пластов, расположенных в сильнопроницаемых трещиноватых коллекторах, когда требуется эакачивание большого объема реагентов-нейтрализаторов, в то время как известные способы не обеспечивают предотвращения прорыва сероводорода в скважину.Формула и з,о б р е т е н и я1. Способ нейтрализации и:изоляции проявлений сероводорода, включаю" щий нагнетание в зону проявлений сероводорода раствора реагента-нейтрализатора сероводорода, о т л и ч аю щ и й с я тем, что, с целью повы 68427 12щения эффективности способа за счетинтенсификации реакционной способности эакачиваемых реагентов, перед5нагнетанием раствора реагента-нейтрализатора в скважину закачивают стабилизированный твердым реагентом-нейтрализатором пенопласт на основе кар"бамидоформальдегидных смол, причем10 закачку ведут периодически.2. Способ по п.1, о т л и ч а -ю щ и й с я тем, что объем растворареагента-нейтрализатора в каждой нагнетаемой порции принимают не меньше одинарного и не больше тройногообъемов жидкой фазы в предшествующей порции пенопласта,3. Способ по п.1, о т л и ч а -.ю щ и й с я тем, что предварительно проводят определение кривой кинетики объемной сорбции пенопласта, анагнетание раствора-нейтрализатораосуществляют во временном интервалеего максимальной объемной сорбции25 пенопластом.4. Способ по п,1, о т л и ч а -ю щ и й с я тем, что на эакаченныев скважину реагенты воздействуютпеременным гидравлическим давлением,5. Способ по п,1, о т л и ч а -ю щ и й с я тем, что газонаполнениепенопласта осуществляют, инертным гаяом13 б 8427 жя 1, ион авитель В,Бо ед Л.Сердико орректор Л.П едактор Б.Д О Заказ венного кои ретений и о 5, Раушская б., д,4/ Проиэводственно-полиграфическое предприятие д ю %(об) НИИПИ Государс по делам изо 35, Москва, Ж Падписноеитета СССРткрытий