Процесс разработки и локализации брейкерной системы РВО для восстановления ФЕС пластов. Разработка ПАВ (модификатор обратного притока) для РПВ и других технологических жидкостей

Москва, 19 сен - ИА Neftegaz.RU. Выработанность большинства месторождений нефти и газа, необходимость освоения малодебитных, сложно построенных залежей предъявляют всё более жёсткие требования к строительству скважин. В последние годы все больше используются современные системы заканчивания скважин открытым стволом, без спуска обсадной колонны и ее цементирования. Соответственно, для обеспечения максимально возможных дебитных характеристик одним из критических факторов является эффективная очистка ствола скважины от фильтрационной корки, которая образуется на стадии бурения и препятствует истечению нефтесодержащего флюида из закольматированного пласта [1].

Чаще всего в современных условиях для очистки от корки применяют соляно-кислотные обработки, реже – слабые органические (лимонная, уксусная) и неорганические кислоты (ортофосфорная). Значительно реже применяются брейкерные системы. Каждая из технологий имеет определенные достоинства и недостатки. Применение кислотных обработок во многим зависит от типа коллектора. Использование соляной кислоты опасно уходом кислоты в первую же высокопроницаемую зону еще при закачке. Слабые органические и неорганические кислоты требуют для достижения результата высоких концентраций и, как правило, эффективность этих обработок невысока. Велика вероятность образования стойких эмульсий в процессе взаимодействия кислоты с флюидом скважин. [2]

Таким образом применение брейкерных составов имеет ряд преимуществ:

• применение для всех типов коллекторов,
• равномерная очистка ствола скважины от фильтрационной корки,
• отсутствие коррозии оборудования,
• низкий класс опасности.

Выбор соответствующего брейкера будет зависеть от типа фильтрационной корки, которую необходимо удалить, компонентов корки, на которые предполагается воздействовать, состава жидкости заканчивания, забойной температуры и способа заканчивания. Поскольку фильтрационная корка образуется в процессе фильтрации промывочной жидкости для вскрытия продуктивных пластов, то необходим анализ компонентов, входящих в состав этой жидкости. Такими компонентами являются:

• карбонат кальция – кольматант,
• ксантановая смола – структурообразователь,
• модифицированный крахмал – понизитель фильтрации.

Принимая во внимание, что брейкеры, применяемые сервисными компаниями, в основном имеют импортное происхождение, сотрудникам компании ООО «Химпром» была поставлена задача разработки брейкерного состава с использованием локальных продуктов (и их комбинаций). Был разработан комплекс мероприятий, направленный на исследования эффективности энзимов и хелатов. Итогом проведенной работы является линейка разрушителей фильтрационной корки HimBreak.

Данная линейка включает в себя три компонента:

• HimBreak S – фермент для удаления крахмала,
• HimBreak X – энзим, направленный на деструкцию ксантановой смолы,
• Himbreak H – хелат для разрушения карбоната кальция.

В ходе исследований компания провела ряд испытаний, и на первом этапе была проведена оценка фермента HimBreak S. Данный продукт представляет собой энзим, который селективно разрушает крахмал путем расщепления гликозидной связи.

Для начала был проведен экспресс-тест (йодное окрашивание, суть теста заключается в том, что при взаимодействии крахмала с йодом наблюдается окрашивание в синий цвет), готовился 2% водный раствор крахмала, полученный раствор был поделен на две равные части, одна часть была обработана 1% ферментом, другая – не обрабатывалась. После чего растворы помещались в термошкаф на 16 часов при температуре 70°С. После термостатирования в оба раствора вводили йод, необработанный раствор окрасился в синий цвет (рис. 1)

Рисунок 1 – внешний вид растворов

1 – 2% раствора крахмала
2 – 2% раствор крахмала с добавлением йода
3 – 2% раствор крахмала + 1% HimBreak S с добавлением йода.

Следующим этапом испытаний была проведена оценка эффективности отечественного HimBreak S в сравнении с импортными аналогами – L-Ferra (Нидерланды) и Vicozyme VIT (Дания). Все исследуемые образцы успешно прошли экспресс-тест на йодное окрашивание, и для количественной оценки ферментов испытания проводились по внутренней методике с использованием фильтр-пресса. Методика заключается в приготовлении глинистой суспензии 5 % ПБМВ, с добавкой 1 % крахмала, затем растворы обрабатываются ферментами. Критерием оценки деструкции крахмала служил показатель фильтрации по API. При добавлении крахмала в глинистый раствор наблюдается значительное снижение показателя фильтрации и ввод фермента, направленного на деструкцию крахмала, должен был увеличить показания фильтрации глинистой суспензии. Растворы обрабатывались ферментами в концентрации 3% от веса крахмала. После добавки в глинистые растворы энзимов образцы термостатировались в течение 24 часов при 70°С. Затем образцы охлаждались, кондиционировались при комнатной температуре, и проводилось измерение фильтрации на LTLP фильтр-прессе. Температура термостатирования образцов выбрана исходя из характеристик энзимов. Результаты исследований деструкции приведены в таблице 1. Стоит отметить, что подобранный нами фермент не уступает импортным, при этом выигрывая по ценовым показателям.

Таблица 1 – результаты испытаний энзимов

№, п/п	Наименование	Показатель фильтрации, мл
1	5% суспензия ПБМВ	24,6
2	5% суспезия ПБМВ + Крахмал	8,0
3	Раствор + Крахмал + Viscozyme VIT	14,2
4	Раствор + Крахмал + L-Ferra	20,4
5	Раствор + Крахмал + HimBreak S	18,8

Уникальным продуктом в линейке брейкеров является энзим HimBreak X. Это комплекс ферментов, который осуществляет разрушение ксантановой смолы. Принцип работы фермента аналогичен HimBreak S – расщепление полисахаридов на моносахариды. Ввод реагента оказывает существенное влияние на реологические свойства раствора на основе ксантана.

Для подтверждения эффективности фермента были проведены лабораторные испытания по следующей методике: был приготовлен 0,5% раствор ксантана, после длительного перемешивания (не менее 60 минут на верхнеприводной мешалке) рН раствора доводили до значения 4 (оптимальное значения для работы фермента). Полученный раствор поделили на две равные части и один из растворов был обработан HimBreak X в концентрации 0,6%. После полученные растворы помещались в термошкаф на 60 часов при температуре 75°С. После статического термостатирования были произведены результаты реологических параметров, которые отражены в таблице 2.

Таблица 2 – результаты испытаний HimBreak X

Измеряемые параметры	0,5% раствор ксантана	0,5% раствор ксантана после т/с	0,5% раствор ксантана + HimBreak X после т/с
рН	4	3,9	4,1
ДНС, фунт/100фут2	24,8	19,8	17,0
СНС 10 с, фунт/100фут2	13,9	10,2	6,7
СНС 10 мин, фунт/100фут2	17,5	13,3	7,5
R 6, D.R.	13,5	9,3	6,9
R 3, D.R.	12,8	8,2	5,5
ВНСС, сП (62 шп, 0,3 об/мин), через 1, 2, 3 мин	46700 47100 45800	16400 16800 17000	4700 4700 4900

Третьим компонентом брейкерного состава является хелат HimBreak H. Данный продукт представляет собой хелатообразующий агент, который реагирует с нерастворимыми солями кальция с переводом их в растворимые соединения.

Как известно, при взаимодействии карбоната кальция с соляной кислотой происходит реакция с выделением углекислого газа, визуально можно наблюдать образование пузырьков газа. Отдельных тестов HimBrea H не проводилось, поскольку об эффективность работы хелата можно было оценить на заключительной стадии исследований брейкеров при вводе соляной кислоты.

Завершающий этап исследований подразумевал под собой испытания брейкерного состава, в который были включены три вышеописанных продукта. Концентрации брейкеров составляли HimBreak X 0,6% + HimBreak S 1% + HimBreak H 3%. В данный состав помещалась фильтрационная корка биополимерного раствора, рецептура которого представлена в таблице 3.

Таблица 3 – состав биополимерного раствора

№ п/п	Наименование реагента	Концентрация
1	Ксантановый биополимер	3 кг/м3
2	Модфицированный крахмал	25 кг/м3
3	Пеногаситель	0,5 кг/м3
4	Смазывающая добавка	10 кг/м3
5	Бактерицид	5 кг/м3
6	Мраморная крошка (МК-60)	300 кг/м3

Раствор фильтровался на НTНP фильтр-прессе при температуре 70°С до образования плотной корки на керамическом фильтре в течение 30 минут (рис. 2).

Рисунок 2 – внешний вид фильтрационной корки

Затем корка промывалась водой и помещалась в комплексный брейкерный состав. Ячейку с фильтрационной коркой и составом помещали в термошкаф и проводили термостатирование в течение 48 часов при температуре 70°С. После аккуратно вынимали и проводили тест на йодное окрашивание, затем вводили соляную кислоту для оценки разрушения карбоната кальция. Окрашивание в синий цвет и образование пузырьков газа не наблюдалось, эти результаты свидетельствуют об эффективности работы брейкеров (рис. 3).

Рисунок 3 – отсутствие реакции на йод и соляную кислоту

Исходя из полученных результатов можно сделать вывод, что разработанный комплексный состав с применением локальных брейкеров является эффективным деструктором фильтрационной корки, однако, помимо эффективной очистки призабойной зоны пласта для обеспечения дебитных показателей скважины еще одной важной задачей является уменьшение негативного влияния фильтрата промывочной жидкости при проникновении его в пласт.

Для сохранения фильтрационно-емкостных свойств (ФЕС) пласта рекомендовано применение специальных поверхностно-активных веществ (ПАВ). ПАВ должен быть совместим с различными жидкостями, которые используют при строительстве скважины на различных этапах (бурение, глушение и пр.), а также с пластовыми флюидами. Принцип работы заключается в том, что ПАВ проникает в поровые каналы и снижает поверхностное натяжение на границе раздела фаз, уменьшая тем самым капиллярные силы, вызывающие адсорбцию воды в пласт. Таким образом исключается негативное влияние фильтрата на продуктивный пласт [3-4].

ПАВ могут быть как анионные, например сульфанол, катионные (катапин) или неиогенные (ОП-7, ОП-10). Важно необходимо определиться с природой ПАВ, например, анионоактивные ПАВ могут при контакте с пластовой водой утратить поверхностную активность и привести к образованию хлопьевидного осадка, который снижает проницаемость пласта. Наибольшее распространение нашли неионогенные ПАВ. Такие реагенты мало адсорбируются на поверхности горных пород и при этом значительно снижают поверхностное натяжение на границе водный фильтрат-нефть при малой концентрации, в результате эффект может быть достигнут при небольшом количестве ПАВ. Многие неионогенные ПАВ полностью растворимы и сохраняют высокую поверхностную активность как в пресной, так и в пластовой жидкости, при этом они являются высокоэффективными деэмульгаторами.

Специалистами научно-исследовательского центра ООО «Химпром» был разработан ПАВ для первичного вскрытия HimStim F, продукт на основе сополимеров окисей этилена и пропилена. Для оценки качества реагента были проведены сталагмометрические измерения поверхностного натяжения. Сталагмометрия основана на методе отрыва капель. Образование капель, в процессе вытекания жидкости из отверстий небольших диаметров, является следствием взаимодействия силы поверхностного натяжения с силой тяжести. В случае медленного вытекания жидкости из вертикальной трубки, с небольшим капиллярным диаметром отверстия, происходит постепенное наращивание объема капли на выходе. Когда достигается вес, равный сопротивлению разрыва пленки капли, она отрывается. Но сначала, на выходе из трубки формируется перетяжка, определяющая отрыв капли. В качестве моделирования флюида для адаптации теста используется керосин, замеры HimStim F проводили в сравнении с импортным продуктом и водой (в данном случае использование воды, а не фильтрата раствора выбрано для упрощения теста). Полученные результаты отражены в таблице 4, внешний вид капель с иглы сталагмометра представлены на рис. 4.

Рисунок 4 – внешний вид капель на сталагмометре

1 – вода
2 – раствор 0,5% himStim F
3 – раствор 0,5% импортного ПАВ

Таблица 4 – результаты поверхностного натяжения

Параметр	Вода	himStim F	Аналог
Концентрация, %	-	0,5	0,5
Плотность воды, г/cм3	997,05	-	-
Плотность раствора, г/cм3	-	996	997
Плотность керосина, г/см3	762	762	762
Поверхностное натяжение, нН/м	48,92	4,19	1,69

Из полученных результатов видно, что ввод HimStim F в концентрации 0,5% в воду снижает поверхностное натяжение практически в 12 раз, однако эффективность импортного продукта выше. Стоит отметить, что разработанный ПАВ является новым реагентом в линейке ООО «Химпром», и полученные данные являются хорошим результатом для проведенной работы, в дальнейшем перед специалистами НИЦ стоит задача повышения эффективности HimStim F.

Таким образом, в ходе лабораторных исследований были успешно подобраны и протестированы продукты линейки HimBreak и ПАВ HimStim F, сформированы следующие выводы:

• Изменяя концентрацию энзимов, можно регулировать время деструкции полисахаридов (от десятков часов до 2-3 суток). Нашими исследованиями установлено, что зачастую рационально подбирать специальные композиции продуктов, обеспечивающие большую эффективность в различных условиях (температура, минерализация применяемого бурового раствора, концентрация крахмала и других полисахаридов) стоит исходя из технологических требований Заказчика работ;
• Продукты можно применять комплексно или по отдельности.
• Применение брейкеров позволяет обеспечить мягкое удаление корки без разрушения породы.

Однако, следует отметить, что существует ряд нерешённых вопросов в использовании продуктов, в частности задача определения фильтрационно-ёмкостных свойств продуктивного пласта после воздействия брейкеров и ПАВ. Выполнение данной задачи запланировано в 2023 году.






Автор: Мелешко Е.Я., Асьминкин Н.С., Кожевников Р.О. ООО «Химпром», Пермь