ЭМУЛЬСИОННЫЙ СОСТАВ ДЛЯ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО РАЗРЫВА ПЛАСТА Российский патент 1997 года по МПК E21B43/26 

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к эмульсионным составам, применяемым для гидравлического разрыва пласта, глушения и консервации скважин, проведения перфорационных работ, а также может использоваться для ограничения водопритоков в нефтяные и газовые скважины.

Известен состав (авт. св. СССР N 1794082 АЗ аналог) для гидроразрыва пласта, включающий углеводородную фазу, поверхностно-активное вещество, в качестве которого используют эмультал, минерализованную воду, а с целью снижения фильтрации, увеличения пескоудерживающей способности, морозоустойчивости и стабильности, он дополнительно содержит шлам от производства сульфонатных присадок к смазочным маслам (товарное название "Дисин") или присадку на его основе при следующем соотношении компонентов, мас.

Углеводородная фаза 2-20
Шлам от производства сульфонатных присадок к смазочным маслам или присадка на его основе 10-35
Эмультал 0,5-2,0
Минерализованная вода Остальное
Указанный состав отличается низкой фильтрацией, высокой пескоудерживающей способностью, морозоустойчивостью и стабильностью, но при этом обладает большими потерями давления на трение, а также не содержит деструктора.

Наиболее близким к предлагаемому составу является патент Российской Федерации N 2018642 C1 "Состав для гидроразрыва пласта" (прототип), включающий углеводородную фазу, поверхностно-активное вещество (нефтехим, или эмультал, или ЭС-2), шлам от производства сульфонатных присадок к смазочным маслам или присадку на его основе и минерализованную воду, который для регулирования стабильности дополнительно содержит минеральную и/или органическую кислоту при следующем соотношении компонентов, мас.

Углеводородная фаза 2-15
Эмультал, или нефтехим, или ЭС-2 0,5-5,0
Шлам от производства сульфонатных присадок к смазочным маслам или присадка на его основе 10-25
Минерализованная и/или органическая кислота 2-8
Минерализованная вода Остальное
К недостаткам прототипа следует отнести то, что также как приведенный выше аналог он обладает высокими потерями давления на трение при прокачке жидкости по трубам, так как также представляет собой инвертную эмульсию, внешней фазой которой является углеводородная жидкость.

Цель изобретения снижение потерь давления на трение при сохранении высокого качества эмульсионного состава как жидкости для гидроразрыва: высокой вязкости, пескоудерживающей способности, низкой фильтрации, а также регулируемой деструкции.

Поставленная цель достигается тем, что эмульсионный состав для гидравлического разрыва пласта, включающий углеводородную фазу, малорастворимый эмульгатор и водную фазу пресную или минерализованную воду, а в качестве понизителя фильтрации конденсированную сульфитно-спиртовую барду или лигносульфонат, дополнительно содержит еще одну фазу водный раствор полимера, в результате образуется множественная полиэмульсия, а водный раствор полимера является внешней фазой эмульсии, при этом, с одной стороны, снижаются потери давления на трение за счет проскальзывающего эффекта раствора полимера, а с другой, водорастворимый полимер, являющийся поверхностно-активным веществом и эмульгатором эмульсий прямого типа постепенно, под воздействием повышенной температуры, растворяясь во всем количестве воды, деэмульгирует эмульсионный состав и, таким образом, является его деструктором, при следующем содержании компонентов, мас.

Углеводородная фаза: дизельное топливо, или газоконденсат, или нефть - 5-25
Маслорастворимый эмульгатор: эмультал, или нефтенол-НЗ, или нефтехимеко-1, или ЭС-2 0,3-5,0
Конденсированная сульфитно-спиртовая барда или лигносульфонат 0,1-1,0
Водный раствор полимера, приготовленный на пресной или минерализованной воде, содержащий 0,3-1,0 мас. ПА или КМЦ 5-25
Водная фаза: пресная или минеральная вода Остальное
Для исследований использовались:
1) дизельное топливо:
летнее, с температурой застывания не выше -10^oC;
зимнее, с температурой застывания не выше -35^oC;
арктическое, с температурой застывания не выше -55^oC;
2) нефть:
Муравленковского месторождения плотностью 843 кг/м³;
Салымского месторождения легкая, плотностью 824 кг/м³;
3) малорастворимые эмульгаторы:
эмультал смесь сложных моноэфиров кислот таллового масла и триэтаноламина;
нефтенол-НЗ углеводородный раствор эфиров кислот таллового масла и триэтаноламина. Нефтенол-НЗ представляет собой маслянистую жидкость от светло-коричневого до коричневого цвета плотностью 900-930 кг/м³ при 20 ^oC, температура застывания -40^oC;
нефтехимеко-1 40%-ный раствор производных технических полиэтиленполиаминов и кислот таллового масла;
ЭС-2 50%-ный керосиновый раствор производных декстрамина и жирных кислот кубового остатка СЖК с молярным соотношением компонентов 1:2 соответственно;
4) конденсированная сульфитно-спиртовая барда (марки КССБ-2, КССБ-4 и др. ) продукт конденсации отходов целлюлозно-бумажного производства с формальдегидом и фенолом, порошок коричневого цвета;2 лигносульфонаты технические из отходов целлюлозно-бумажного производства марки А, Б и др.

5) водорастворимые полимеры:
полиакриламид (ПАА) полимеризованный амид акриловой кислоты порошок белого цвета легко растворимый в воде марки Пушер, ПДА, Аккотрол и др. возможно использование гелеобразного ПАА;
карбоксиметилцеллюлоза (КМЦ) натриевая соль простого эфира целлюлозы и гликолевой кислоты порошок белого цвета легко растворимый в воде.

6) минерализованная вода:
пластовая вода хлоркальциевого типа (Западная Сибирь) плотностью 1012 кг/м³;
растворы CaCl₂ 28, 30 и 37 мас. плотностью 1260, 1280 и 1360 кг/м³ соответственно;
раствор NaCl 20 мас. плотностью 1150 кг/м³.

Состав готовится следующим образом.

В расчетное количество углеводородной фазы при механическом перемешивании вводится эмульгатор, далее вводится расчетное количество водной фазы пресной или минерализованной воды, затем вводится расчетное количество КССБ или лигносульфоната, а в последнюю очередь в полученную эмульсию вводится приготовленный заранее водный раствор полимера.

Пример 1. В 6,25 мл (5 г) дизельного топлива растворили 0,3 г эмультала, затем в полученный раствор при механическом перемешивании небольшими порциями ввели 89,6 мл пресной воды, далее, не прекращая перемешивания, ввели 0,1 г КССБ-2, а в последнюю очередь 5 мл (5 г) 0,3%-ного раствора ПАА, приготовленного на пресной воде. В результате получили множественную полиэмульсию следующего состава, мас.

Дизельное топливо 5,0
Эмультал 0,3
КССБ-2 0,1
Раствор полимера на пресной воде, содержащий 0,3% мас. ПАА 5,0
Пресная вода 89,6
Аналогичным образом готовили эмульсии другого состава.

Полученные эмульсии подвергались реологическим и фильтрационным испытаниям, исследованиям на пескоудерживающую способность и деструкцию в соответствии с общепринятыми методиками исследования жидкостей для гидравлического разрыва пласта. Реологические исследования проводились на ротационном вискозиметре "Reotest-2", определялись вязкости эмульсий при скорости сдвига 170 и 511 об/с при температуре 20^oC. Вычислялись коэффициенты консистенции и коэффициенты неньютоновского поведения жидкостей, по которым математическим путем (уравнение Т.Кармана, которое решается методом Ньютона) определялись потери давления на трение в трубах.

Потери давления по единице длины колонны труб определяются по формуле
d_pf c_fh_p,
где h_p гидравлический напор;
c_f коэффициент сопротивления,

где U_m средняя скорость в сечении труб;
R_e число Рейнольдса

При расчете потерь давления на трение по формуле Т.Кармана необходимо знать следующие параметры:
плотность жидкости при 20^oC, кг/м³ определялась пикнометрически;
реологические коэффициенты: коэффициент консистенции, "k", Па•сⁿ и коэффициент неньютоновского поведения жидкости, "n" определялись при математической обработке реологической кривой;
диаметр НКТ расчеты проводились для d 79 мм;
темп закачки расчеты проводились для темпа закачки 2 м³/мин.

Полученные закономерности сохраняются и для других диаметров НКТ и темпов закачки, так как они при расчетах остаются постоянными.

Фильтрационные исследования проводились на приборе ВМ-6. Пескоудерживающие свойства определялись по времени удержания в эмульсии частиц пропанта при его концентрации в смеси 500 кг/м³.

Деструкция определялась по времени, в течение которого при заданной температуре система полностью разлагалась.

В табл. 1 приведены составы эмульсий; в табл. 2 реологические свойства и потери давления на трение в трубах, полученные путем математической обработки реологических коэффициентов по формуле Т.Кармана; в табл. 3 - фильтрационные характеристики, пескоудерживающие свойства и деструкция предлагаемых составов в сравнении с прототипом.

Эмульсионные составы, приготовленные на газоконденсаторе, арктическом или зимнем дизельном топливе либо легкой нефти и высококонцентрированной минерализованной воде обладают высокой морозоустойчивостью, аналогичной прототипу, например, составы 9, 18 (табл. 1) обладают морозоустойчивостью - 50^oC, а составы 13, 17 и 22 (табл. 1) -40^oC. Морозоустойчивость составов, приготовленных на пресной воде близка к 0^oC.

Сравнение предлагаемого эмульсионного состава по прототипу по электростабильности не представляется возможным, так как в первом случае внешняя фаза эмульсии содержит воду, а во втором углеводород.

Как видно из представленных данных, при сохранении высокой вязкости, пескоудерживающей способности, морозоустойчивости и низкой фильтрации, а также возможности регулировать процесс разложения эмульсии, что указывает на высокое качество предлагаемого эмульсионного состава как жидкости для гидроразрыва пласта, он обладает меньшими (в 3-5 раз) чем у прототипа потерями давления на трение в трубах, что позволяет снизить давление разрыва и тем самым значительно упростить процесс ГРП.

Использование: в нефтегазодобывающей промышленности, в частности в гидравлическом разрыве пласта, глушении и консервации скважин, проведении перфорационных работ и при ограничении водопритоков в нефтяные и газовые скважины. Обеспечивает снижение потерь давления на трение при сохранении высокого качества эмульсионного состава как жидкости гидроразрыва с высокой вязкостью, пескоудерживающей способностью, низкой фильтрацией и регулируемой деструкцией. Сущность изобретения: эмульсионный состав, содержащий углеводородную фазу, малорастворимый эмульгатор, конденсированную сульфитно-спиртовую барду или лигносульфонат, раствор водорастворимого полимера, приготовленный на пресной или минерализованной воде, и водную фазу - пресную или минерализованную воду при следующем соотношении компонентов, мас.%: углеводородная фаза 5-25; маслорастворимый эмульгатор 0,3-5,0; конденсированная сульфитно-спиртовая барда или лигносульфонат 0,1-1,0; раствор водорастворимого полимера, приготовленный на пресной или минерализованной воде, содержащий 0,3-1,0 мас.% ПА или КМЦ 5-25; водная фаза (пресная или минеральная вода) - остальное. Эмульсионный состав отличается низкими потерями давления на трение в трубах. 3 табл.

Эмульсионный состав для гидравлического разрыва пласта, содержащий углеводородную фазу, маслорастворимый эмульгатор, понизитель фильтрации и водную фазу пресную или минерализованную воду, отличающийся тем, что он дополнительно содержит еще одну фазу раствор водорастворимого полимера на пресной или минерализованной воде, а в качестве маслорастворимого эмульгатора содержит эмультал, или нефтенол-Н3, или нефтехимеко-1, или ЭС-2, а в качестве понизителя фильтрации содержит конденсированную сульфитно-спиртовую барду или лигносульфонат при следующем соотношении компонентов, мас.

Углеводородная фаза:
дизельное топливо, или газоконденсат, или нефть 5 25
Маслорастворимый эмульгатор:
эмультал, или нефтенол-Н3, или нефтехимеко-1, или ЭС-2 0,3 5,0
Конденсированная сульфитно-спиртовая барда или лигносульфонат 0,1 1,0
Раствор водорастворимого полимера, приготовленный на пресной или минерализованной воде, содержащий 0,3 1,0 мас. ПАА или КМЦ 5 25
Водная фаза:
вода пресная или минерализованная Остальное