СОСТАВ ДЛЯ ИЗОЛЯЦИИ ВЫСОКОПРОНИЦАЕМЫХ ЗОН ПЛАСТА Российский патент 1997 года по МПК E21B33/13 

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к изоляции водонасыщенных интервалов пласта, для направленных воздействий на другие пропластки и уменьшения водопритоков в скважину.

Известен состав для временной изоляции высокопроницаемых зон пласта, применяемый в способе направленной пенокислотной обработки пласта. Состав содержит химически осажденный мел, алебастр, ПАВ пенообразователь и воду. Вслед за составом в пласт закачивают силикат натрия для упрочнения закупоривающего материала.

Недостатками известного состава являются: недостаточные тампонирующие свойства в пласте, многокомпонентность состава, сложность технологии изоляции, дефицитность и высокая стоимость химически осажденного мела и пенообразующего ПАВ.

Наиболее близким к предлагемому составу по основному компоненту и механизму изоляции является состав для тампонирования трещиновато-кавернозных пластов, содержащий суспензию глины в воде, а именно,мас. глина 5-20, КМЦ (ММЦ) 0,5-2, вермикулит 1-10, ПАВ пенообразователь, в частности ДС-РАС 0,25, вода остальное. Изоляция пласта достигается за счет трехфазной стабилизированной пены, которую генерируют на устье скважины при аэрации состава газообразным агентом.

Указанный состав обладает недостаточными структурно-механическими свойствами закупоривающего материала в условиях карбонатного пласта. Кроме этого, высокая стоимость состава, сложность технологии приготовления и закачки состава в пласт, дефицитность полимеров структурообразователей и ПАВ - пенообразователей являются сдерживающими факторами при использовании этого состава на практике.

Цель изобретения повышение структурно-механических свойств состава в условиях карбонатного пласта при обеспечении возможности разрушения пены в случае необходимости, а также удешевления состава за счет использования отходов и упрощения технологии изоляции.

Указанная цель достигается тем, что в составе для временной изоляции высокопроницаемых зон пласта, содержащем суспензию глины в воде, согласно изобретению, состав дополнительно содержит отход катализаторного комплекса процесса алкилирования ( 17-25%-ный водный раствор оксихлорида алюминия), а в качестве суспензии глины в воде используют отработанный жидкий буровой глинистый раствор 12,5-27%-ной концентрации минеральной части при объемном соотношении бурового раствора к раствору оксихлорида алюминия от 10 1:5 до 10 0:5.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что предлагаемый состав отличается тем, что дополнительно содержит отход катализаторного комплекса процесса алкилирования (17-25%-ный водный раствор оксихлорида алюминия), а в качестве глины в воде используют отработанный жидкий буровой глинистый раствор 12,5-27%-ной концентрации минеральной части при объемном соотношении бурового раствора к раствору оксихлорида алюминия от 10 1,5 до 10 0,5. В научно-технической литературе и на практике состав с подобной совокупностью существенных признаков не описан и не применялся, поэтому объект изобретения отвечает критерию "новизна".

В предлагаемом составе решается задача увеличения тампонизируюших свойств в условиях карбонатного пласта. Известны решения такой задачи путем закачки в пласт суспензии глины в воде или составов, содержащих глину. Глинопорошок в них разбухает в пласте и изолирует крупные фильтрационные каналы и трещины.

В предлагаемом составе глина служит твердым стабилизатором пенной системы, а также стабилизирует и структурируют возникающую в пласте пену минеральные частицы выбуренной породы, содержащиеся в отработанном буровом глинистом растворе.

Известными являются составы для изоляции пласта на основе трехфазной пены, т.е. пенной системы, содержащей минеральные наполнители. Но свойство пены состав приобретает за счет наличия специальных компонентов:ПАВ - пенообразователя и ПАВ стабилизатора. Минеральные наполнители усиливают структурированность пенной системы. Существенно то, что свойствами пены известный состав обладает уже на поверхности, на устье скважины. По технологии изоляции жидкий состав нагнетают в скважину через специальное устройство -аэратор, в который параллельно нагнетают газ для образования пены. В качестве газа используют двуокись углерода, азот, природный газ и др. агенты.

Существенным отличием предлагаемого состава является то, что свойства структурированной пены состав приобретает после закачки в скважину непосредственно в порах и трещинах пласта за счет того, что газообразное вещество (СО₂) генерируется одним из компонентов состава при контакте с породой. Совершенно различен механизм образования и стабилизации пены. Сама пенная система обладает особыми тампонирующими свойствами, отличными от известных составов. В предлагаемом составе процессы насыщения газом (аэрация), стабилизация пены и ее структурирование происходят параллельно за счет физико-химических процессов, происходящих при закачке состава в карбонаты. Кроме этого, предлагаемый состав обладает новым свойством:в начале (при закачке в скважину) он имеет свойства обычной неструктурированной жидкости, что упрощает технологию закачки состава в скважину, но в пласте свойства состава резко меняются суспензия вспенивается, самопроизвольно образуется трехфазная пена, стабилизированная неорганическим гелем (что очень важно) - гидроокисью алюминия и структурированная глинистыми минералами и мелкодисперсными частицами выбуренной породы. В результате образуется так называемая квазиттвердая пена с очень высокими структурно-механическими свойствами. Если в известных составах на основе пен, используемые стабилизаторы органического типа (ММЦ, КМЦ и др.) образуют жидкую стабилизирующую оболочку на пузырьках пены (она имеет свойство стекать с поверхности пузырьков), то новый состав, первоначально не содержащий в себе специальных ПАВ-стабилизаторов, образует в пласте стабилизированную неорганическим веществом, образующим пространственно-сшитую, желатинизированную полутвердую оболочку на пузырьках газа. Эта оболочка уже не стекает с пузырька газа, а прочно обволакивает внешнюю поверхность пузырька. Еще более усиливают "бронирование" пузырьков газа прилипающие к этой оболочке частицы глины и других мелкодисперсных минералов, которые скапливаются в узлах соприкосновения пузырьков пены. Самое замечательное то, что весь этот комплекс отличительных свойств проявляется в пласте при нагнетании в скважину смеси всего двух жидкостей, являющихся отходами производства, не находящих пока целевого применения отработанного бурового глинистого раствора и оксихлорида алюминия (отход производства синтетического спирта). Практически самопроизвольный режим образования, стабилизации и структурирования твердофазной пенной системы в пласте решает многие проблемы и удешевляет технологию тампонирования: не надо компрессора, газа, аэраторов, нескольких агрегатов, автоцистерн с жидкими и порошкообразными традиционными компонентами (мел, алебастр, вермикулит, глинопорошок и др.), в том числе отпадает необходимость наличия в составе дефицитных дорогих химпродуктов: ММЦ, КМЦ, ПАВ-пенообразователя и др.

В основе отличительных признаков заявляемого состава лежит способность нового компонента состава, а именно оксихлорида алюминия вступать в химреакцию с карбонатом кальция (карбонатной породой пласта) по следующей схеме:

Выделяющийся газ вспенивает глинистую суспензию. Гелеобразная гидроокись алюминия адсорбируется на границе фаз жидкость газ, стабилизируя пену. Минеральные частицы бурового раствора, скапливаясь в узлах соприкосновения пузырьков пены, усиливают стабилизацию и структурирование пены. Поэтому в предлагемом составе используют именно отработанный буровой раствор, насыщенный различными мелкодисперсными частицами выбуренной породы. Отработанный буровой раствор в смеси с водным раствором оксихлорида алюминия в соотношении от 10: 1,5 до 10:0,5 в качестве изолирующего состава на практике не применялся, эти отличительные признаки отсутствуют в известных составах, предлагаемый состав в доступной нам научно-технической литературе не описан. Наличие у состава новых технических свойств показывает соответствие подаваемого технического решения изобретательскому уровню. Вышеприведенный анализ предлагаемого состава по признакам, отличающим его от известных технических решений, показывает соответствие предлагаемого состава для временной изоляции высокопроницаемых зон пласта требованиям критерия "существенные отличия".

Предлагаемый состав готовится путем смешения двух жидкостей: отработанного бурового глинистого раствора и оксихлорида алюминия.

Компоненты между собой не реагируют. Поэтому их можно закачивать в скважину совместно, а можно готовить состав заблаговременно. Состав может транспортироваться на любое расстояние, прокачиваться по трубам, не изменяя своего химсостава вплоть до попадания в карбонатный пласт.

При необходимости деблокирования изолированного интервала пласта в призабойную зону нагнетают кислотный раствор (например, соляную кислоту) в объеме 1/10 части закаченного состава для разрушения пенной системы.

Предлагаемый состав испытывали в лабораторных условиях. Структурно-механические параметры измеряли на ротационном вискозиметре "Реотест-2" при температуре 25-60^oC (практические пластовые температурные условия) в диапазоне скоростей сдвига от 1,3 до 1500 с ^-1 . Эти скорости охватывают диапазон условий течения, имеющих место в нефтепромысловой практике в трубах и пласте.

Изолирующие свойства состава дополнительно проверяли на модели пласта, изготовленного из карбонатного керна, распиленного пополам. Соприкасающиеся поверхности керна полировали и плотно сжимали в специальном герметичном устройстве, что моделировало трещину.

Через искусственную трещину прокачивали пластовую воду и определяли проницаемость по воде. Затем через нее продавливали предлагаемый состав в различных вариантах. Через 12 ч после прокачки состава снова фильтровали через трещину пластовую воду измеряли проницаемость.

Водный раствор оксихлорида алюминия крупнотоннажый отход производства синтезспирта на Самарском заводе синтезспирта его выпускают по ТУ 38-307125-83. По внешнему виду жидкость светло-желтого цвета с плотностью 1120 кг/м ³ , вязкость 2-3 мПа.с. В малых количествах используется в качестве коагулянта.

Буровой глинистый раствор для испытания брали на буровых установках после их обработки и очистки от крупных частиц шлама на вибросите. Опытным путем определяли концентрацию минеральной части в растворе. В опытах вязкость глинистого раствора изменяли от вязкости воды до очень больших вязкостей (раствор нетекучей консистенции) путем варьирования концентрации минеральной части. Предлагаемый состав на искусственном глинистом растворе (суспензия глинопорошка в воде) не получается. Содержание активного компонента в растворе оксихлорида алюминия в пересчете на хлорид алюминия 17-25% Эта концентрация - обусловленная величина и не может меняться в силу технологической закономерности получения основного продукта. Поэтому в предлагаемом составе используем оксихлорид алюминия именно этой концентрации. В зависимости от этой концентрации подбираем оптимальное соотношение компонентов состава, т.е. концентрация оксихлорида алюминия задается как постоянная величина (17-25% ), а в зависимости от нее подбираем концентрацию бурового глинистого раствора и соотношение бурового раствора к раствору оксихлорида алюминия.

Другой подход к обоснованию оптимального соотношения компонентов состава (например, пересчет на чистые компонентные вещества, т.е. чистую соль оксихлорида алюминия, глинопорошок, минеральные частицы выбуренной породы, воду и т.д.) нецелесообразен в силу ряда причин. Главное это то, что состав, приведенный на чистые компоненты, технически очень сложно приготовить. Технология резко усложняется. Компонентный состав отработанного бурового глинистого раствора практически очень трудно идентифицировать. В предлагаемом составе этого и не требуется, т.к. для состава годится практически любой отработанный глинистый раствор. Ограничение только одно раствор должен быть жидким, т. е. прокачиваться насосами по трубам. Последнее зависит от концентрации минеральной части в растворе. Поэтому в составе используется жидкий отработанный буровой глинистый раствор с 12,5-27%-ной концентрацией минеральной части. Нижняя граница обосновывается тем, что при меньшей концентрации минеральной части в растворе не обеспечивается достаточного структурирования пенной системы в пласте. Раствор с большей чем 27%-ной концентрацией минеральной части уже не технологичен, т.к. вязкость резко возрастает и буровой раствор становится нетекучим. На основании вышеизложенного состав содержит две жидкости: отработанный буровой глинистый раствор с концентрацией 12,5-27% -ной минеральной части и 17-25%-ный раствор оксихлорида алюминия. При их смешении в определенных соотношениях (от 10:1,5) до 10:0,5) в карбонатном пласте образуется структурированная система с оптимальным комплексом тампонирующих свойств. Эти параметры и показатели качества состава в зависимости от концентрации исходных растворов и от соотношения компонентов приведены в таблице.

Результатами первой серии опытов обосновываем оптимальность применения отработанного бурового глинистого раствора концентрацией не ниже 12,5% минеральной части, но не выше 27%
Результатами второй серии опытов обосновываем наибольшую эффективность состава, содержащего отработанный буровой раствор и раствор оксихлорида алюминия в объемном соотношении от 10:1,5 до 10:0,5. Узкий диапазон изменения объемной доли раствора оксихлорида алюминия при постоянной величине объемной доли бурового раствора объясняется ионным механизмом физико-химического взаимодействия частиц минералов глины с оксихлоридом алюминия, близким к стехиометрическому соотношению. При уменьшении концентрации глины снижается структура пенной системы. Недостаток оксихлорида алюминия приводит к слабому пенообразованию, вязкость системы возрастает незначительно. Избыток оксихлорида алюминия приводит к флокуляции глины за счет ионного обмена, когда ион глины (калий, натрий) замещаются на избыток ионов алюминия, что приводит к слипанию частиц глины и флокуляции с полной потерей структуры (необратимо выпадает осадок глины).

Третья серия опытов обосновывает эффективность состава при граничных концентрациях компонентов.

Предлагаемый состав образует при контакте с карбонатной породой изолирующий материал, характеризующийся структурно-механическими параметрами более высокими, чем у прототипа. По данным авторов публикации прототипа (Н.Р. Махмутова и др.), у известного состава, образующего при вспенивании газом трехфазную пену, вязкость составляет 940-2700 мПа. c, касательное напряжение сдвига 100-700 Па.

Пример. Скважина 8227 Ромашкинского месторождения (башкирский горизонт) до обработки эксплуатировалась с дебитом нефти 0,1 т/сут, по воде 4,9 т/сут. Скважина обработана 18.04.91 г. предлагаемым составом в объеме 50 м ³ . Состав имел следующую характеристику: отработанный буровой глинистый раствор с 25%-ной концентрацией минеральной части и плотностью 1180 кг/м ³ смешан на устье с 17%-ным раствором оксихлорида алюминия в объемном соотношении 10:1. Состав закачан в скважину по трубам и задавлен в пласт при давлении 4-7 мПа. Скважина выдержана в покое 16 ч. После обработки дебит скважины по нефти составил 1 т/сут, по воде 2 т/сут.

Применение нового состава позволяет увеличить производительность добывающих скважин по нефти (по конкретной скважине увеличение составило с 0,1 до 1 т/сут) с одновременным снижением добычи воды в 2 раза. Высокий технологический эффект достигается с одновременным снижением затрат дефицитных материалов, исключением применения дорогой спецтехники, снижением времени приготовления состава, резким уменьшением стоимости нового состава за счет применения дешевых отходов. Только за счет этих показателей экономический эффект от применения нового состава по сравнению с затратами на технологию приготовления и закачки известных составов на пенной основе увеличивается в 3-3,5 раза.

Использование: нефтедобывающая промышленность, в частности для изоляции высокопроницаемых водонасыщенных интервалов карбонатного пласта. Сущность: изолирующий состав для закачки в пласт представляет собой жидкость, которая непосредственно в пласте вспенивается с образованием твердофазной пены, обладающей повышенными структурно-механическими свойствами за счет гидрогеля алюминия и минеральных частиц. Новым является также то, что в случае необходимости твердофазная пена полностью разрушается при закачке в пласт кислоты. Изолирующий состав содержит отработанный жидкий буровой глинистый раствор 12,5 - 27%-ной концентрации минеральной части и 17 - 25%-ный водный раствор оксихлорида алюминия - отход катализаторного комплекса процесса алкилирования. При этом раствор оксихлорида алюминия используют в количестве от 0,5 до 1,5 объемов на 10 объемов отработанного бурового раствора. 1 табл.

Состав для изоляции высокопроницаемых зон пласта, содержащий суспензию глины в воде, отличающийся тем, что состав дополнительно содержит отход катализаторного комплекса процесса алкилирования 17 25%-ый водный раствор оксихлорида алюминия, а в качестве суспензии глины в воде используют отработанный жидкий буровой глинистый раствор 12,5 27%-ой концентрации минеральной части при объемном соотношении бурого раствора к раствору оксихлорида алюминия 10 1,5 10 0,5.