СОСТАВ ДЛЯ ОБРАБОТКИ ПРИЗАБОЙНОЙ ЗОНЫ ПЛАСТА Российский патент 1998 года по МПК E21B43/22 E21B43/32 

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к составам для обработки призабойной зоны пласта.

Известен состав для изоляции притока воды в скважины, содержащий жидкое стекло с бикарбонатом аммония (патент США N 2207759, 1940 г.), а также состав, в котором полимеризацию силиката калия вызывают соли, такие как хлориды и сульфаты калия и лития (патент США N 2392767, 1946 г.), однако эти составы имеют существенный недостаток - плохую фильтруемость в пористую среду за счет быстрого образования гелевых частичек поликремниевой кислоты и, как следствие, низкую эффективность при изоляции вод, узкую область применения (на трещиноватых пластах).

Известно применение для регулирования разработки нефтяных месторождений, поверхностно-активной композиции (а. с. СССР 1623278 E 21 B 43/22, опубл. 1992г. ), содержащей водомаслорастворимое анионное ПАВ, маслорастворимое неионогенное ПАВ, углеводородный растворитель и воду. Обладая нефтевытесняющей способностью, этот состав имеет невысокую структурную вязкость и не создает эффективного сопротивления воде в пористой среде.

Кроме того, известно применение поверхностно-активной кислотной системы для обработки призабойной зоны нагнетательных и добывающих скважин (патент РФ, N 2013527, E 21 B 43/22 1994г.). Призабойную зону нагнетательных и добывающих скважин обрабатывают композицией, содержащей, мас.%: нефтенол-Н - 2-8; соляную кислоту (25-37%) - 92-98. При перемешивании поверхностно-активной кислотной системы с пластовой водой и нефтью образуется эмульсионная фаза с невысокой структурной вязкостью и недостаточной эффективностью на месторождениях с высокопроницаемой породой. Указанный состав является наиболее близким аналогом.

Известен состав, содержащий (мас.%): водомаслорастворимые нефтяные сульфонаты 1,8-5,95; маслорастворимый моноалкилбензолсульфонат 0,05-1,6; углеводород 4,5-44,6; содетергент 0,6-1,0; сульфаты щелочных металлов 0,05-0,25; хлориды щелочных металлов 0,5-0,9; алканэтоксифенолсульфонат 0,6-1,8; дигидрооксидиалкилэтоксилаты 0,05-1,0 и воду (а.с. СССР 1266270 E 21 B 43/22 опубл. 1992г.). Этот состав представляет собой мицеллярную дисперсию, которая обладает высокими нефтевытесняющими свойствами, но имеет невысокую структурную вязкость и недостаточно стабильна при высоких температурах.

Задачей предлагаемого изобретения является значительное увеличение структурной вязкости и повышение термостабильности состава. Поставленная задача решается тем, что состав для обработки призабойной зоны пласта, включающий анионное маслорастворимое поверхностно-активное вещество, отличающийся тем, что он дополнительно содержит жидкое стекло и воду, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Анионное маслорастворимое поверхностно-активное вещество - 0,5-10
Жидкое стекло - 1,5-15
Вода - Остальное
Состав дополнительно содержит углеводородный растворитель в количестве 2-10 мас.%.

В качестве анионного маслорастворимого ПАВ используют жирные карбоновые кислоты (например, Нефтехим-3, Нефтенол-Н3), маслорастворимые нефтяные сульфонаты с молекулярной массой, равной 600-700, синтетические алкиларилсульфонаты (например, алкилнафталин - сульфокислота и др.). Указанные выше анионные маслорастворимые ПАВ образуют с водой обратные эмульсии.

Имея высокие нефтевытесняющие свойства, известный состав имеет незначительную вязкость (10,2-23,6 мПа•сек).

В заявляемом составе структурная вязкость увеличивается за счет введения в известный состав жидкого стекла. Заявляемый состав - обратная эмульсия типа "вода в масле".

В результате реакции силиката натрия с водными растворами электролитов, входящих в состав эмульсии, образуется монокремниевая кислота. Монокремниевая кислота неустойчива и подвергается полимеризации: молекулы ее укрупняются и образуются различные по составу и строению поликремниевые кислоты. Общее уравнение реакции полимеризации может быть представлено следующим образом:
n Si(OH)₄ = (SiO₂)n + 2n H₂O
Это уравнение указывает на то, что полимеризация вызывает конденсацию силанольных групп (SiOH) с образованием силоксановых связей (Si-O-Si). Процесс полимеризации Si(OH)₄ влечет за собой распределение ионов OH^- между различными атомами кремния с образованием полимерных ячеек, в которых каждый атом Si⁴⁺ окружен шестью ионами OH^-
Образование подобным образом цепеобразных молекул вызывает конденсацию внутри полимера.

Реакции могут быть представлены следующим образом:


В результате реакций в составе эмульсии образуется гелевая масса поликремниевых кислот, которая увеличивает вязкость дисперсной фазы эмульсии. Процесс образования поликремниевых кислот сопровождается их адсорбцией на поверхности глобул водной фазы, увеличивая структурно-механические свойства адсорбционно-сольватных слоев, стабилизирует эмульсии. Это приводит к снижению межфазного натяжения, более эффективному эмульгированию и увеличению вязкости эмульсий.

Так как описанный выше механизм полимеризации Si(OH)₄ интенсифицируется при повышенных температурах и образуются разнообразные термостабильные силоксановые структуры полимерной кремниевой кислоты, то соответственно увеличивается и термостабильность эмульсий, содержащих последнюю.

Благодаря этим свойствам после обработки нефте- и водонасыщенной породы заявляемым составом, содержащим жидкое стекло, существенно возрастает фазовая проницаемость породы для нефти и снижается для воды.

Применение предлагаемого состава для обработки призабойной зоны пласта за счет повышения структурной вязкости и термостабильности состава позволит снизить проницаемость пластов и добиться изоляции притока воды в скважины.

Для приготовления составов в качестве анионного маслорастворимого ПАВ используют нефтехим-3 (ТУ-38 УССР 20147987), нефтенол-Н3 (ТУ 2483- 007-17197708-93). Нефтехим-3 представляет собой смесь полиэтиленполиаминов карбоновых кислот легкого таллового масла и солей пиперазина этих кислот в растворе керосина и катализате риформинга, активная основа его - кислоты таллового масла и амидоамины.

Нефтенол-Н3 представляет собой углеводородный раствор сложных эфиров олеиновой, линолевой, линоленовой, а также смоляных кислот и триэтаноламина.

В качестве жидкого стекла используют раствор высокомодульного силиката натрия марки "Силином-3О" (ТУ 2145-002-13002578-93). В качестве углеводородного растворителя используют гексановую фракцию - смесь предельных углеводородов C₆ - C₈ и выше и нефть вязкостью 3,6 мПа•с.

Эмульсии готовят на минерализованной воде Узеньского месторождения 15,9 г/л (NaCl - 14, CaCl₂ - 1,9).

Пример 1
Составы-прототипы готовят путем смешения компонентов мицеллярной дисперсии с углеводородом, содетергентом и водой. Составы сравнения готовят на основе нефтехима-3, нефтенола-Н3 и воды с минерализацией 15,9 г/л. Для приготовления заявляемых составов использовали нефтехим-3, нефтенол-Н3, жидкое стекло и воду 15,9 г/л.

Структурная вязкость известных и заявляемых составов измеряли на ротационном вискозиметре погружного типа "Полимер РПЭ-1М" с воспринимающими элементами типа "цилиндр-цилиндр" и оценкой реологических свойств по крутящему моменту при 25, 40, 60, 80^oC.

Результаты измерений приведены в табл. 1, 2, из которых видно, что вязкость заявляемых составов значительно улучшается (ср. составы 2 с 3, 4 с 6-8, 9 с 11-14, 15 с 17-22, 23 с 24, 26 с 28-33) по сравнению с составами, не содержащими жидкое стекло при температуре от 25 до 80^oC (табл. 1).

Эмульсии на основе нефтехима и нефтенола-Н3 при 80^oC имеют небольшую вязкость и неустойчивы во времени. Введение жидкого стекла в десятки раз увеличивает вязкость и стабильность эмульсий во времени именно при повышенной температуре.

Концентрация нефтенола-Н3 изменялась в интервале 0,5-10 мас.% При содержании нефтенола-Н3 меньше 0,5% эмульсия неустойчива, расслаивается с выделением воды (ср. составы 1, 2). При увеличении концентрации нефтенола-Н3 выше 10% вязкость эмульсий значительно снижается (см. состав 25).

Концентрация жидкого стекла марки "Силином-З0" изменялась в пределах 1,5-15 мас. %. При содержании силиката натрия в заявляемом составе в количестве 1% мас. вязкость последнего не отличается от вязкости состава-прототипа или состава сравнения (ср. составы 4 с 5, 9 с 10, 15 с 16, 26 с 27).

Из технико-экономических соображений принимаем верхний предел по концентрации "Силинома-30" - 15%.

Таким образом, введение силиката натрия марки "Силином-30" в эмульсии на основе нефтехима-3 и нефтенола-Н3 существенно улучшает структурную вязкость и термостабильность заявляемых составов.

Пример 2
Составы, рассматриваемые в примере 2, отличаются тем, что дополнительно содержат углеводородный растворитель. В качестве углеводородного растворителя используют нефть с вязкостью 3,6 мПа•с или гексановую фракцию.

Составы-прототипы готовят перемешиванием компонентов мицеллярной дисперсии (табл. 1). Составы сравнения готовят на основе анионного маслорастворимого ПАВ, углеводорода и минерализованной воды 15,9 г/л. В заявляемые составы кроме анионного маслорастворимого ПАВ, углеводорода и воды с минерализацией 15,9 г/л вводят жидкое стекло марки "Силином-З0".

Введение углеводородного растворителя позволяет регулировать вязкость эмульсий. Кроме того, введение нефти увеличивает стабильность эмульсионных составов за счет дополнительного бронирования водных глобул стабилизирующими компонентами из состава нефти.

Результаты измерений вязкости составов, содержащих углеводородный растворитель, приведены в табл. 3.

При введении силиката натрия марки "Силином-З0" структурная вязкость заявляемых составов значительно увеличивается по сравнению с составами-сравнения (ср. составы 2 с 4, 5 с 6, 7 с 8, 10 с 12-16, 17 с 18, 20 с 22-27) и составами-прототипами (табл. 1) при различных температурах от 25 до 80^oC.

Концентрацию нефтехима-3 изменяли в пределах 0,5-10 мас.%. При содержании нефтехима-3 - 0,25 мас.% эмульсии неустойчивы, расслаиваются с выделением воды (см. состав 1). С повышением концентрации нефтехима-3 вязкость эмульсий уменьшается, а при концентрации выше 10 мас.% происходит сильное понижение вязкости (ср. составы 2, 5, 10, 17 с 19).

Содержание нефти изменяли в пределах 2-10 мас.%. Увеличение количества нефти больше 10 мас.% приводит к сильному снижению вязкости или расслоению эмульсии (см. состав 9, 19), а содержание нефти меньше 2 мас.% недостаточно для стабильности состава (см. состав 1).

При содержании "Силинома-30" менее 1.5 мас.% в заявляемом составе его вязкость несущественно отличается от вязкости состава-прототипа. (ср. составы 2 с 3, 10 с 11, 20 с 21). Увеличение содержания силиката натрия марки "Силином-З0" больше 15% нежелательно из экономических соображений.

Введение жидкого стекла марки "Силином-З0" в определенных соотношениях с нефтехимом-3 или нефтенолом-Н3 и углеводородным растворителем увеличивает структурную вязкость, а следовательно, и изолирующие свойства, а также значительно улучшает термостабильность заявляемых составов.

Технология применения заявляемых составов проста и заключается в закачке их в пласт до снижения приемистости скважины на 20-50%, продавке состава из ствола скважины в пласт водой или нефтью, выдержке в пласте в течение 16-24 ч и пуске скважины в эксплуатацию для нефтяных скважин или закачке воды для нагнетательных скважин.

Использование предлагаемого изобретения позволит повысить качество изоляционных работ по ограничению водопритока в нефтяные скважины и может быть применено при заводнении, что приведет к увеличению добычи нефти (с одновременным снижением добычи воды) на каждую скважино-операцию.

Состав для обработки призабойной зоны пласта содержит, в мас.%: анионное маслорастворимое поверхностно-активное вещество - 0,5 - 10,0, жидкое стекло - 1,5 - 15,0, вода - остальное. Состав может дополнительно содержать углеводородный растворитель в количестве - 2,0 - 10,0 мас.%. Изобретение позволяет увеличить структурную вязкость и повысить термостабильность состава. 1 з.п.ф-лы, 3 табл.

1. Состав для обработки призабойной зоны пласта, включающий анионное маслорастворимое поверхностно-активное вещество, отличающийся тем, что он дополнительно содержит жидкое стекло и воду при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Анионное маслорастворимое поверхностно-активное вещество - 0,5 -10,0
Жидкое стекло - 1,5 - 15,0
Вода - Остальное
2. Состав по п. 1, отличающийся тем, что он дополнительно содержит углеводородный растворитель в количестве 2,0 - 10,0 мас.%.