ГЕЛЕОБРАЗУЮЩИЙ СОСТАВ ДЛЯ ИЗОЛЯЦИИ ВОДОПРИТОКОВ И УВЕЛИЧЕНИЯ ДОБЫЧИ НЕФТИ Российский патент 1996 года по МПК E21B33/138 

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к осадко- и гелеобразующим полимерным составам для повышения нефтеотдачи неоднородных по проницаемости пластов путем выравнивания профиля проницаемости нагнетательных скважин, селективной изоляции водопритока в добывающие скважины и увеличения охвата пластов заводнением.

Известны осадко- и гелеобразующие составы для селективной изоляции пластовых вод на основе водных растворов полимеров ряда акрилонитрила [1] в которых в качестве осадкообразователя (сшивателя) используются поливалентные ионы металлов (кальция, магния). В качестве источника ионов кальция в известных составах применяют высокоминерализованную пластовую воду или концентрированный водный раствор хлористого кальция.

Недостатком известных составов является низкая эффективность при повышенной температуре продуктивного пласта, что связано со снижением объема гелеобразного осадка под воздействием температуры. Кроме того, недостатком известных составов является обратный вынос образующегося осадка с продукцией скважин, что связано со слабым химико-физическим взаимодействием осадка с породой продуктивных пластов.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемым результатам является водный состав на основе высокомолекулярных полиакриламидов (ПАА) и силикатов щелочных металлов, в частности силиката натрия [2] (прототип).

Недостатком известного состава является недостаточная эффективность, связанная с термической и термоокислительной деструкцией ПАА и в условиях повышенной внутрипластовой температуры 70-100^oC. В результате термической и термоокислительной деструкции ПАА наблюдается значительная потеря объема образующегося геля. Кроме того, из-за высокой стоимости высокомолекулярных полиакриламидов применение известного состава экономически малорентабельно.

Цель предлагаемого изобретения заключается в повышении эффективности состава при повышенных температурах продуктивного пласта 60-120^oC и снижении стоимости при одновременном расширении ресурсов полимерного сырья.

Поставленная цель достигается тем, что осадко- и гелеобразующий состав для выравнивания профиля приемистости нагнетательных скважин и селективной изоляции водопритока в добывающие скважины, содержащий акриловый полимер и силикат натрия, в качестве акрилового полимера содержит гидролизованные в щелочи отходы волокна или тканей полиакрилонитрила и дополнительно содержит хлористый кальций или минерализованную воду при следующем соотношении компонентов, мас
Гидролизованные в щелочи отходы волокна или тканей полиакрилонитрила 1,0-5,0
Силикат натрия 0,33-3,0
Хлористый кальций 2,0-5,0
Вода Остальное
Гидролизованные в щелочи отходы волокна или тканей полиакрилонитрила выпускаются Уфимским ПО "Химпром" по ТУ 49560-04-02-90, под товарным названием "Гивпан". Физико-химические показатели на полимер Гивпан приведены в табл. 1.

Рекомендовано применение полимера Гивпан в качестве стабилизатора глинистых буровых растворов [3] Анализ патентной и научно-технической литературы по осадко- и гелеобразующим полимерным составам, применяемым для увеличения добычи нефти и снижения отбора попутной воды путем выравнивания профиля приемистости нагнетательных скважин и селективной изоляции водопритока в добывающие скважины, показывает, что гидролизованные в щелочи отходы волокна или тканей полиакрилонитрила в сочетании с силикатом натрия и хлористым кальцием ранее не применялись. Следовательно, предлагаемый состав отличается от известных сочетанием трех компонентов, а именно гидролизованных в щелочи отходов волокна или тканей полиакрилонитрила, силикатов натрия и хлористого кальция. Следует особо подчеркнуть, что принципиальное отличие предлагаемого полимера Гивпан от известных полимеров акриламида заключается в том, что он представляет собой гидролизованные в щелочи неутилизируемые, недорогие и доступные отходы готовых волокон или тканей полиакрилонитрила, неизбежно образующиеся на текстильных и швейных предприятиях. Отходы готовых волокон или тканей полиакрилонитрила содержат в себе стабилизаторы старения и химически стабильные красящие вещества, что обуславливает жесткие температурные условия их щелочного гидролиза не менее 90^oC. Следствием такого жесткого температурного воздействия на стадии получения является высокая термическая стабильность образующегося водорастворимого полимера и соответственно осадков и гелей, образующихся при его взаимодействии с компонентами состава. При частичном гидролизе высокомолекулярного полиакриламида, применяемого в известном составе по прототипу, температурное воздействие не превышает 40^oC. Это предопределяет термическую деструкцию в его в условиях повышенных вунтрипластовых температурах, характерных, например, для месторождений нефти Западной Сибири.

Сочетание в составе полимера Гивпан с хлористым кальцием или кальцийсодержащей минерализованной водой согласно техническому решению [4] позволяет частично решить проблему термической стабильности образующегося гелеобразного осадка, однако данный аналог имеет существенный недостаток - вынос образующегося осадка с продукцией скважин из-за слабого физико-химического взаимодействия его с породой продуктивного пласта. Это существенно снижает эффективность применения известного состава. Введение дополнительно в состав силикатов натрия согласно предлагаемому техническому решению позволяет устранить указанный недостаток, т. е. увеличить взаимодействие образующегося гелеобразного осадка с песчаником продуктивного пласта. Предполагаемый механизм данного явления по мнению авторов и заявителя заключается в том, что при взаимодействии силикатов натрия с хлористым кальцием в присутствии избытка щелочи, содержащейся как в полимере Гивпан, так и в силикатах натрия, образуется двуокись кремния, способная в момент образования взаимодействовать с образованием химической связи как с породой (песчаником), так и с макромолекулами полимера с образованием трехмерной полимерно-кремнеорганической структуры.

В результате такого физико-химического процесса, в котором участвуют все компоненты предлагаемого состава акриловый полимер, силикат натрия, ионы кальция и избыток щелочи (едкого натрия) наблюдается синергетический эффект, приводящий к повышению гелеобразующих и водоизолирующих свойств состава, в особенности термической стабильности.

Таким образом, совместное присутствие в составе полимера Гивпан силикатов натрия и хлористого кальция позволяет решить поставленную цель повысить эффективность состава при повышенных температурах пласта и при снижении его стоимости и одновременном расширении ресурсов полимерного сырья. На основе изложенного можно сделать вывод, о том, что предложенное техническое решение удовлетворяет требованию "новизна", "изобретательский уровень" и "положительный эффект, реализуемый на практике".

Для экспериментальной проверки преимуществ предложенного технического решения перед известным составом в сопоставимых условиях были проведены опыты по оценке гелеобразующих свойств состава (пример 1, табл. 2) и изучены водоизолирующие свойства на водонасыщенных моделях пластов (пример 2, табл. 3).

Пример 1. Гелеобразующая способность состава.

Гелеобразующую способность состава оценивают по следующей методике.

В химические пробирки емкостью 20 см³ разливают по 2,5 см³ раствора полимера Гивпан, по качеству соответствующего ТУ 49560-04-02-90, с содержанием последнего 0,10; 0,50, 1,00; 3,00; 5,00; 5,50 мас. добавляют 2,5 см³ раствора силиката натрия, соответствующего по качеству ГОСТ 13078-87, с содержанием последнего 0,10; 0,50; 0,33; 1,00; 3,00; 3,50 мас. тщательно перемешивают, после чего добавляют по 5 см³ раствора хлористого кальция с плотностью 1,04 г/см³ (концентрация 5 мас.). Содержимое пробирки тщательно перемешивают и оставляют в вертикальном положении на 1 ч, после чего замеряют объем образовавшегося геля и общий объем раствора.

Гелеобразующую способность состава оценивают отношением объема геля к общему объему раствора (Д). Через 24 ч измерения повторяют.

Для оценки термической устойчивости образовавшихся гелей пробирки с составом помещают в термостат и выдерживают 24 ч при 80^oC, после чего оценивают Д аналогично описанному выше. Параллельно проводились опыты с составом-прототипом, куда входит ПАА и силикат натрия (с добавлением раствора хлористого кальция) и с составом-аналогом, состоящим из гидролизованного полиакрилонитрила (гипана) и раствора хлористого кальция с плотностью 1,18 г/см³ (концентрация 20 мас.).

Результаты экспериментов приведены в табл. 2.

Из табл. 2 видно, что предлагаемый состав по своим гелеобразующим свойствами превосходит прототип и аналог: при концентрации полимера 1% силиката натрия 0,33% гель занимает практически весь объем раствора (Д 0,94), тогда как состав-прототип при тех же концентрациях образует гель, объемная доля которого 0,70. Состав на основе полимера Гипан (аналог) обладает еще меньшей гелеобразующей способностью: при концентрации полимера 8% и концентрации раствора хлористого кальция 20% объемная доля геля Д составляет 0,60.

Преимущество предлагаемого состава проявляется при термической обработке.

Степень снижения объема геля после выдержки в течение суток при 80^oC для заявляемого геля не превышает 10% тогда как доля состава-прототипа эта величина достигает 50%
Пример 2. Водоизолирующие свойства состава на водонасыщенных моделях пласта
Водоизолирующие свойства предлагаемого состава определяют на дезинтегрированном керновом материале пласта БС₁₀ Южно-Балыкского месторождения АО "Юганскнефтегаз". Керновый материал после удаления нефти и высушивания измельчают, отбирая две песчаные фракции с размерами песчинок в пределах 0,04-0,05 мм и 0,25-0,5 мм. Полученные фракции тщательно смешивают в соотношении 1: 1 и 100 г песчаного материала набивают в стеклянную колонку длиной 0,8 мм и диаметром 0,015 м, добиваясь равномерного уплотнения путем постукивания палочкой по колонке. Сначала через модель фильтруют воду и определяют проницаемость по воде К. Фильтрацию воды осуществляют при постоянно давлении, равном 1,0 м вод. ст. Затем в модель закачивают полимерно-силикатный состав в количестве 0,3 порового объема модели. Для обеспечения смешения компонентов непосредственно в пористой среде закачку полимерно-силикатной смеси и раствора CaCl₂ осуществляют последовательно отдельными подоторочками. Сначала закачивают 0,3-0,6 поровых объема раствора хлористого кальция плотностью 1,02-1,40 г/см³, затем 0,3 порового объема смеси раствора полимера Гивпан 1,0; 1,5; 2,0; 5,0% концентрации с раствором силиката натрия 0,3-3,0 концентрации (в соотношении объемов полимер: силикат натрия, равном 3-1), далее для создания избытка ионов кальция дозируют вторую подоторочку раствора хлористого кальция, равную 0,33 поровых объема модели.

После завершения закачки компонентов состава колонку оставляют на реагирование на 24 ч. Затем возобновляют фильтрацию воды и определяют проницаемость К₂ после воздействия. Проницаемость определяется по уравнению:

где Q объемная скорость фильтрации жидкости, м³/с;
η вязкость фильтрующей воды, Па;
l длина модели, м;
F площадь поперечного сечения модели, м²;
DP давление столба жидкости на модель при фильтрации, Па. Поскольку кроме Q все остальные параметры для данной модели при фильтрации воды постоянные, то фактор остаточного сопротивления R_ост, отношение проницаемости по воде до и после воздействия будет равен:

Аналогично проводят эксперимент с известными составами по прототипу и аналогу.

Результаты фильтрационных опытов на моделях с различной проницаемостью и концентрацией компонентов состава приведены в табл. 3.

Как видно из данных, приведенных в табл. 3, предлагаемый состав по водоизолирующим свойствам превосходит прототип и аналог: при концентрациях полимеров соответственно 1,0 мас. и силиката натрия 1,0 мас. концентрациях хлористого кальция в предлагаемом составе 2,0 мас. фактор остаточного сопротивления составляет 1,15 для предлагаемого состава против 1,07 прототипа (опыт 2 и 8, табл. 3).

При воздействии предлагаемым составом с концентрацией Гивпана 5,0 мас. силиката натрия 3,0 мас. и хлористого кальция 5,0 мас. R_ост равно 100,0 (опыт 6, табл. 3), тогда как при тех же концентрация компонентов, но отсутствии силиката натрия согласно рецептуре аналога R_ост равно 9,5. Приведенные данные показывают, что предлагаемый состав имеет преимущество перед известными по водоизолирующим свойствам.

Из примеров 1 и 2 табл. 2 и 3 видно, что оптимальные пределы концентраций полимера заключены в пределах 1-5 мас. а силиката натрия 0,3-3 мас. хлористого кальция в пределах от 2 до 5 мас% При концентрации реагентов ниже нижнего заявляемого предела состав неэффективен из-за недостаточного водоизолирующего действия, а повышение концентрации выше заявляемого предела нецелесообразно ввиду того, что фактор остаточного сопротивления имеет очень большие значения, т. е. фильтрация воды после воздействия имеет затухающий характер.

Использование: изоляция водопритока и выравнивание профиля проницаемости пласта. Предложен гелеобразующий состав для увеличения добычи нефти из неоднородных по проницаемости продуктивных пластов на основе акрилового полимера. В качестве акрилового полимера используют гидролизованные в щелочи отходы волокна или тканей полиакрилонитрила, также он содержит силикат натрия и дополнительно хлористый кальций при следующем соотношении компонентов, мас. %: гидролизованные в щелочи отходы волокна или тканей полиакрилонитрила 1,0-5,0; силикат натрия 0,3-3,0; хлористый кальций 2,0-5,0; вода остальное. 3 табл.

Гелеобразующий состав для изоляции водопритоков и увеличения добычи нефти из неоднородных пластов, включающий акриловый полимер, силикат натрия и воду, отличающийся тем, что он дополнительно содержит хлористый кальций, а в качестве акрилового полимера гивпан гидролизованные в щелочи отходы волокна или тканей полиакрилонитрила при следующем соотношении компонентов, мас.

Гидролизованные в щелочи отходы волокна или тканей полиакрилонитрила 1,0 5,0
Силикат натрия 0,33-3,0
Хлористый кальций 2,0-5,0
Вода Остальное