СОСТАВ ДЛЯ ИЗОЛЯЦИИ ВОДОПРИТОКА В СКВАЖИНУ Российский патент 1997 года по МПК E21B33/138 

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности, к составам для ограничения водопритока в нефтяных и газовых скважин, для создания водонепроницаемого экрана и выравнивания профиля приемистости нагнетательных скважин.

Известен состав для изоляции проницаемых зон, содержащий силикат натрия (жидкое стекло), лигносульфонат и воду (1). Недостатком этого состава является его низкая прочность и мгновенная коагуляция в минерализованной воде.

Известен состав, имеющий в качестве наполнителя сухие опилки или измельченный картон (2). Древесные опилки и измельченный картон являются грубодисперсными наполнителями и могут быть использованы только для изоляции зон поглощения.

Наиболее близким решением, взятым за прототип, является вязкопластичный материал для изоляции, содержащий гипан, жидкое стекло, соляную кислоту, наполнитель инертный, набухающую добавку и воду (3). Недостатком состава является короткий срок гелеобразования (10-45 мин) и недостаточная прочность геля. Недостатком является также совершенно неоправданное включение в состав трех полимерных веществ (гипан, КМЦ, силикат натрия), каждый из которых является самостоятельным гелеобразователем. Присутствие всех этих веществ в одном составе не улучшает его технических и прочностных качеств.

Задачей изобретения является повышение закупоривающих свойств состава, увеличение прочности получаемого геля.

Задача решается тем, что известный состав, содержащий силикат натрия, электролит и воду, дополнительно содержит многоатомный спирт и древесную муку при следующем соотношении компонентов, мас. силикат натрия 6-8; многоатомный спирт 5-10; электролит 0,4-0,8; древесная мука 2-5; вода - остальное. При этом в качестве электролита используют хлорид кальция, а в качестве многоатомного спирта глицерин или гликоль (этиленгликоль, диэтиленгликоль, триэтиленгликоль).

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемый состав отличается от известного введением глицерина (гликолей), являющегося модификатором, и древесной муки, что позволяет сделать вывод о соответствии предлагаемого технического решения критерию "новизна".

Анализ известных составов для изоляции водопритока в скважину показал, что введенный в заявляемое решение компонент силикат натрия известен - "Силикат натрия (жидкое стекло). Технические условия. ГОСТ 13078-81".

Однако его применение в известных составах не обеспечивает такие свойства, которые он проявляет в заявляемом решении, а именно, получение прочного геля в короткий срок при повышенной температуре пласта 60-80^oC и продолжительный срок сохранения текучести состава 4-12 ч при температуре 15-25^oC; возможность использования минерализованной воды; увеличение фильтрационного сопротивления промытых и трещиноватых зон в момент прокачки раствора и за счет этого увеличение охвата пласта воздействием.

Для предотвращения мгновенной коагуляции силиката натрия при взаимодействии с раствором хлорида кальция, приготовленного на минерализованной воде ("Хлорид кальция. Технические условия. ГОСТ 450-77"), в состав вводят трехатомный спирт или двухатомные спирты-гликоли.

Глицерин сиропообразная жидкость без цвета и запаха, имеет сладковатый вкус, неядовита. Промышленностью выпускается в больших объемах. "Глицерин. Технические условия. ГОСТ 6259-75". Применяется в различных отраслях промышленности, в том числе и пищевой.

Физические свойства глицерина: плотность 1260 кг/м³, температура кипения 290^oC, температура замерзания технического продукта -25^oC, разбавляется водой в любых соотношениях.

Глицерин взаимодействует с катионами двухвалентных металлов CA²⁺, Mg²⁺, Ba²⁺, образуя с ними соединения, подобные слабым комплексным соединениям. Водород в гидроксильных группах глицерина замещается на металл, образуя глициды. Взаимодействие глицерина с хлоридом кальция или магния можно описать схемой реакции:

Гликоли спирты, содержащие две группы OH, по своим свойствам похожи на глицерин. Плотность 1161 кг/м², температура кипения 245^oC. Температура замерзания -20^oC, с водой смешивают в любых соотношениях. ("Этиленгликоль. Технические условия. ГОСТ 19710-83"). При взаимодействии с катионами Ca²⁺, Mg²⁺ также образуют гликолята по схеме:

Глицерин и гликоли, образуя слабые комплексные соединения с хлоридом кальция, замедляют его взаимодействие с силикатом натрия и дают возможность регулировать время гелеобразования в интервале 4-12 ч при температуре 20-25^oC.

Гликолята слабые комплексоны, разрушаются при повышенной температуре пласта и способствуют получению более прочного геля.

Дисперсную среду вводят в состав с целью увеличения охвата пласта воздействием. В качестве дисперсной среды используют древесную муку ("Древесная мука. Технические условия. ГОСТ 16361-87"). Применение предлагаемого состава дает возможность на стадии закачки раствора в пласт закупорить трещиноватые и высокопроницаемые зоны, повысить фильтрационное сопротивление и тем самым увеличить охват пласта воздействием. После закачки раствора в пласт при повышенной температуре происходит гелеобразование. Гель включает в свою структуру частицы древесной муки, кольматирующие мелкие трещины и промытые зоны, создавая при этом прочный изолирующий экран. Это приводит к распределению фильтрационных потоков с подключением в активную разработку слабодренированных низкопроницаемых пластов.

Эффективность предлагаемого состава исследовали в лабораторных условиях путем определения: времени гелеобразования в пресной и минерализованной воде при температуре 20 и 75^oC; показателя прочности геля путем определения величины статического напряжения сдвига.

Для сопоставительного анализа были приготовлены растворы по прототипу и предлагаемому решению, представленные в таблице.

Для приготовления составов используют технические продукты: силикат натрия, хлорид кальция, глицерин, древесная мука, вода.

Пример приготовления состава для изоляции при следующем соотношении компонентов, мас. силикат натрия 6,0; глицерин или гликоль 7,0; хлорид кальция 0,7; древесная мука 5,0; вода 81,3.

Раствор готовят в следующей последовательности: расчетное количество воды, необходимое для приготовления гелеобразующего состава, делят на две равные части и наливают в два стакана. В первом стакане растворяют навеску хлорида кальция, затем навеску глицерина (гликоля). Во втором стакане растворяют силикат натрия. В раствор силиката натрия вливают при постоянном перемешивании раствор хлорида кальция с глицерином (гликолем), затем в гелеобразующий состав добавляют древесную муку и перемешивают до полного смешивания компонентов. Готовый раствор используют для определения времени гелеобразования при температуре 20 и 70^oC. Подготовленные для эксперимента пробы поочередно помещают в измерительный сосуд реотеста, где их выдерживают в течение времени, необходимого для начала гелеобразования при 20 или 70^oC. Время начала гелеобразования определяют по изменению вязкости раствора. Прочность геля определяют по величине статического напряжения сдвига на минимальных оборотах (0,2 об/мин) прибора. Время формирования геля определяют по контрольной робе в пробирке, находящейся в тех же температурных условиях.

Для приготовления 1 м³ состава на скважине потребуется 100 л жидкого стекла плотностью 1420 кг/м³, хлорида кальция 5 кг, гликоля (глицерина) 70 кг, древесной муки 50 кг и 820 л минерализованной (18 г/л) воды.

Расчетное количество воды для приготовления состава делят на две равные части. В первую емкость набирают 410 л воды, затем в нее вливают 100 л жидкого стекла. Раствор перемешивают с помощью агрегата ЦА-320 в течение 1-2 циклов. Во второй емкости готовят раствор электролита. Для этого в емкость набирают 410 л воды, 70 л глицерина (гликоля) и 5 кг хлорида кальция. Раствор перемешивают до полного растворения хлорида кальция. Затем при постоянном перемешивании загружают 50 кг дверной муки. После окончания перемешивания растворы из двух емкостей одновременно подают на устье скважины, где помощью гидроактиватора перемешивают и закачивают в скважину. После закачки изолирующего состава в пласт скважину оставляют на время гелеобразования (12-24 ч).

Анализ результатов лабораторных исследований показал, что во всех опытах, приведенных в таблице, предлагаемый состав имеет лучшие показатели прочности геля.

Свои положительные свойства состав проявляет при варьировании содержания ингредиентов в следующем диапазоне: многоатомный спирт (глицерин) 5-10% древесная мука 2-5% силикат натрия 6-8% хлорид кальция 0,4-0,8% Минимальное содержание глицерина, при котором повышается прочность геля 5% (опыт 11). Содержание глицерина более 10% не приводит к увеличению прочности состава (опыт 13). Добавление древесной муки, в качестве дисперсной фазы, увеличивает прочность геля (опыты 11-17), однако ее содержание в составе более 5% приводит к резкому увеличению вязкости раствора (опыт 16). Увеличение количества хлорида кальция более 0,8% приводит к мгновенной коагуляции силиката натрия (опыт 8). Снижение содержания хлорида кальция ниже 0,4% приводит к снижению прочности геля (опыт 4).

Присутствие в предлагаемом составе многоатомного спирта не только увеличивает прочность геля (опыт 10), что позволяет варьировать время гелеобразования, но также позволяет использовать пластовую воду для приготовления состава. Это обстоятельство имеет большое значение, так как в условиях Западной Сибири в зимнее время отсутствует пресная вода.

На чертеже показано время гелеобразования составов, приготовленных на пресной (кривая 1) и минерализованной (кривые 2, 3) воде, в зависимости от содержания хлорида кальция и глицерина, при температуре 70^oC, содержание силиката натрия 6%
Сопоставляя кривые 1,2 и 3,4, на чертеже видно, что время гелеобразования в присутствии 10%-ного глицерина (кривая 3) увеличивается при использовании пластовой воды на 30-180 мин и при использовании пресной воды на 40-240 мин. Анализ результатов таблицы показывает, что состав по прототипу (опыты 1-3) имеет очень короткое время гелеоброазования, недостаточное для закачки раствора в пласт. Предлагаемый состав имеет продолжительное время гелеобразования при 20^oC от 3 до 6 ч, достаточное для проведения изоляционных работ. При температуре пласта 70^oC гель образуется в течение 0,5-2,5 ч (опыты 10-17).

Сопоставление прочностной характеристики геля по прототипу (опыты 1-3) и предлагаемому составу показало, что прочность составов, приготовленных на пресной воде (опыты 16-17) превышает в 3 раза прочность состава по прототипу, а прочность растворов приготовленных на минерализованной воде в 2 раза (опыты 10-15).

Предлагаемый состав не обладает коррозионным действием, безопасен экологически и при его приготовлении в производственных условиях, а также имеет наиболее высокие показатели прочности, что позволяет выдерживать большие перепады давления и увеличить продолжительность эффекта изоляции.

Использование: нефтедобывающая промышленность и предназначено для ограничения водопритока в нефтяные и газовые скважины. Сущность: состав для изоляции водопритока в скважину содержит, мас.%: силикат натрия 6-8, многоатомный спирт 5-10, электролит 0,4-0,8, древесную муку 2-5 и воду - остальное. В качестве многоатомного спирта можно использовать глицерин или гликоль, а в качестве электролита - хлорид кальция. 2 з.п. ф-лы, 1 табл., 1 ил.

Состав для изоляции водопритока в скважину, содержащий силикат натрия, электролит, воду, отличающийся тем, что он дополнительно содержит многоатомный спирт и древесную муку при следующем соотношении исходных компонентов, мас.

Силикат натрия 6 8
Многоатомный спирт 5 10
Электролит 0,4 0,8
Древесная мука 2 5
Вода Остальное
2. Состав по п.1, отличающийся тем, что он в качестве многоатомного спирта содержит глицерин или гликоль.