СОСТАВ ДЛЯ ИЗМЕНЕНИЯ ПРОНИЦАЕМОСТИ ПЛАСТОВ Российский патент 2000 года по МПК E21B33/138 

Изобретение относится к области композиций на основе высокомолекулярных соединений, а именно водопоглощающих акриловых сополимеров, применяемых в процессах изоляции нефтяных и газовых скважин.

При бурении и эксплуатации буровых скважин много средств и времени расходуется на борьбу с обвалообразованиями, с нефтегазоводопроявлениями, с катастрофическими поглощениями бурового раствора, обусловленными пещеристо-трещиноватыми, пещеристо-щелевыми и кавернозными коллекторами. С целью селективного изменения проницаемости подземных пористых структур проводят герметизацию скважин с использованием составов, содержащих акриловые сополимеры и образующих герметичный гелеобразный слой либо на поверхности, либо в глубине пласта. При различных строительных и ремонтных работах в скважинах в последующем необходимо восстановление первоначальной проницаемости продуктивного пласта. Основными требованиями к качеству акриловых сополимеров, применяемых в процессах герметизации скважин с последующим восстановлением проницаемости продуктивного пласта, являются высокая степень водопоглощения и высокий коэффициент восстановления фильтрационных свойств.

Известны различные составы, содержащие акриловые сополимеры, используемые в процессах герметизации нефте- и газодобывающих скважин.

Известен водный состав, содержащий водорастворимые полиакриламид и соли поливалентных металлов (Cr₂(SO₄)₃) (1). В процессе прокачки водного раствора состава в пласте при высоких температурах происходит образование нерастворимых в воде акриловых сополимеров с поперечными связями с высокой степенью водопоглощения. Полученный полимерный гелеобразный слой забивает трещины и герметизирует подземные пористые пластовые структуры.

Недостатком состава, содержащего водорастворимый полиакриламид, соли поливалентных металлов и воду, является низкая скорость восстановления проницаемости пласта - в течение 3-6 месяцев их использования.

Известен водный состав, включающий карбоксилатсодержащий полимер, хромкарбоксилатное комплексное соединение и простую минеральную кислоту (2). Требуемая скорость гелеобразования достигается изменением концентрации минеральной кислоты в воде.

Использование в полимерном составе регулятора гелеобразования (кислоты) позволяет регулировать время гелеобразования в интервале температуры от 0 до 150 градусов. Реагенты транспортируют к месту применения, смешивают и закачивают в пласт.

При использовании составов, содержащих водорастворимые акриловые сополимеры, гелеобразователи и регуляторы гелеобразования в пласте образуются герметичные водоизолирующие гелеобразные слои с высокой степенью водопоглощения (от 40 до 500 г жидкости на 1 г полимера) и с низкими фильтрационными свойствами.

Недостатком составов, содержащих водорастворимые акриловые сополимеры, гелеобразователи, регуляторы гелеобразования и воду, является низкая скорость восстановления проницаемости пласта - течение 3-6 месяцев их использования.

Наиболее близким к заявляемому составу является состав, включающий не растворимые в воде, но хорошо ее поглощающие акриловые сополимеры и воду. Полимерные частицы в сухом виде имеют размер < 20 мкм, а в набухшем состоянии от 0,5 до 200 мкм (3). Степень поглощения водонерастворимых акриловых сополимеров составляет до 80 г/г 2%-ного раствора хлористого натрия.

Сополимеры получены путем полимеризации α- β- ненасыщенных амидов или их N-замещенных производных и других мономеров, сшитых N,N-алкилен-бис-акриламидов из расчета 5-5000 весовых частей бис-акриламида на 1 млн. весовых частей мононенасыщенных мономеров.

Водонерастворимые акриловые сополимеры поставляют к скважине, смешивают с водой и закачивают полученную суспензию полимерных частиц в воде в скважину.

При попадании суспензии полимерных частиц на участки с высокой пористостью происходит забивание этих пор полимерным гелем. При использовании полимерных составов, содержащих нерастворимые в воде, но поглощающие ее акриловые сополимеры, в пласте образуются герметичные водоизолирующие гелеобразные слои с высокой степенью водопоглощения (от 40 до 500 г жидкости на 1 г полимера) и с низкими фильтрационными свойствами.

Недостатком составов, содержащих водонерастворимые акриловые сополимеры и воду, является низкая скорость восстановления проницаемости пласта - в течение 3-6 месяцев их использования.

Назначение предлагаемого состава, содержащего водонерастворимые акриловые сополимеры и воду, заключается в изменении проницаемости пласта в широком диапазоне регулируемого времени, температуры и степени минерализации воды, временной герметизации скважины с последующим восстановлением первоначальной проницаемости пласта.

Сущность изобретений заключается в содержании в составе, включающем водонерастворимый акриловый сополимер и воду, дополнительно окислителя, щелочного агента и спирта, при массовом соотношении компонентов, мас.%:
Водопоглощающий акриловый сополимер - 0,1-5;
Окислитель - 0,001-0,4;
Щелочной агент - 0,001 - 0,2;
Спирт - 0-50;
Вода - Остальное.

В качестве окислителя состав содержит персульфаты или хлораты, или перхлораты калия или натрия, или аммония.

В качестве щелочного агента используют гидроксид натрия, гидроксид калия, углекислый натрий.

В качестве спирта используют одноатомные (метиловый, этиловый, изопропиловый) и многоатомные (глицерин или этиленгликоль) спирты.

В качестве водонерастворимого акрилового сополимера используют (со)полимеры акриламида, акриловой кислоты или ее солей натрия, или калия, или аммония, N-моно- или N,N-дизамещенных производных акриламида. Степень водопоглощения сополимеров составляет 10-1000 г жидкости на 1 г полимера. Содержание активного вещества в полимерном продукте составляет 50-90 мас.%. Размер полимерных гранул 0,01-10 мм.

Водонерастворимые акриловые сополимеры получают известными способами: путем полимеризации вышеуказанных сомономеров в водных растворах, эмульсиях, суспензиях, используя в качестве инициаторов полимеризации окислительно-восстановительные системы, например персульфат калия и метабисульфит натрия, азоинициаторы; либо путем модификации гидролизом неионогенных сополимеров (после полимеризации полученные сополимеры гидролизуют в присутствии гидроксидов и карбонатов металлов).

Состав получают на месте применения путем смешения в пластовой воде водопоглощающего акрилового сополимера, щелочного агента, спирта и окислителя и закачивают в скважину полученную суспензию набухших в воде полимерных частиц.

Оценку эффективности действия состава в процессах герметизации скважин и восстановления проницаемости пласта проводят по тестовой методике определения фильтруемости известного состава и предлагаемого состава после выдержки в солевых растворах при высоких температурах в течение определенного времени.

Согласно тесту готовят известные и предлагаемые составы, содержащие водопоглощающие акриловые сополимеры заданной концентрации в солевом растворе, содержащем 13,5 г/л NaCl, и выдерживают при 70 градусах в течение 6, 18, 24 и 48 часов. Исследуют фильтруемость водных растворов составов через фильтр Шотта "пор 100".

О герметизирующей способности составов, содержащих водонерастворимые акриловые сополимеры, судят по отсутствию их фильтруемости через 6-18 часов (в иллюстрационных примерах обозначается знаком "-").

О восстановлении проницаемости фильтра (пласта) свидетельствует полная фильтруемость водных растворов составов через 24-48 часов выдержки при высокой температуре (обозначаемая в иллюстрационных примерах знаком "+").

Аналогично вышеизложенному тесту проводят оценку сохранения эффективности применения предлагаемого полимерного состава в течение 48 часов, предварительно выдержав состав в морозильной камере при минусовой температуре от 0 до 30^oC в течение суток.

Выбранный температурный режим (-30^oC - +70^oC) объясняется возможными условиями применения полимерного состава и является требованием заказчика.

При использовании окислителя в составе менее заявляемого количества 0,001% восстановление фильтруемости солевых растворов через фильтр происходит через длительное время: 4 дня. При использовании окислителя более заявляемого количества 0,4% восстановление фильтруемости происходит в течение малого промежутка времени - 12 часов, не позволяющего проводить ремонтные работы в скважинах.

При использовании щелочного агента менее заявляемого количества 0,001 восстановление фильтруемости солевых растворов через фильтр происходит через длительное время: 5 дней. При использовании щелочного агента более заявляемого количества - 0,2% - восстановление фильтруемости происходит в течение малого промежутка времени - 10 часов, не позволяющего проводить ремонтные работы в скважинах.

При использовании водопоглощающего акрилового сополимера менее заявляемого количества 0,1% получают неудовлетворительный эффект по герметизации пласта - наблюдается фильтруемость водного раствора полимерного состава через фильтр. При использовании более заявляемого количества 5% не происходит улучшения эффективности действия полимерного состава: герметизации и восстановления фильтруемости фильтра через требуемое время его использования - 48 часов.

При плюсовых температурах приготовления и применения состава использование спиртов нецелесооборазно. При использовании спиртов более заявляемого количества - 50 мас.% не происходит улучшения эффективности действия полимерного состава при температуре -30^oC приготовления и применения состава.

Отличительными признаками предлагаемого состава являются дополнительное содержание в нем щелочного агента, окислителя, спирта и массовое соотношение компонентов в составе.

Отличительные признаки являются новыми и не следуют из уровня техники.

Совокупность существенных признаков изобретения обеспечивает достижение нового технического результата: состав, включающий водопоглощающие акриловые сополимеры, окислитель, щелочной агент, спирт и воду позволяет изменять проницаемость пласта в широком диапазоне регулируемого времени, температуры и минерализации пластовых вод: временно герметизировать скважину при буровых или ремонтных работах в течение 18-36 часов с последующим восстановлением проницаемости пласта после 24-48 часов.

Изобретение иллюстрируют следующие примеры.

Пример 1
1 г водопоглощающего сополимера, содержащего 64 мол.% акрила, 36 мол.% акрилата натрия и 0,0025 мол.% метиленбисакриламида, имеющего степень поглощения солевого раствора 50 г/г сополимера и размер полимерных частиц 0,02 мм, смешивают с 99 г солевого раствора с получением суспензии набухших полимерных частиц с массовой долей сополимера 1% в течение 15 минут и проводят испытания на изменение фильтруемости состава по тестовой методике при выдержке при 70 градусах.

Смешивают с 99 г солевого раствора 0,1 г гидроксида натрия, 0,05 г персульфата калия и 1 г вышеуказанного водопоглощающего акрилового сополимера для получения суспензии набухших полимерных частиц с массовой долей сополимера 1% в течение 15 минут и проводят испытания на изменение фильтруемости нового состава по тестовой методике.

Результаты испытаний приведены в таблице.

Пример 2
2,5 г водопоглощающего сополимера, содержащего 70 мол.% акриламида, 27 мол. % акрилата натрия, 3 мол.% акриловой кислоты и 0,01 мол.% метиленбисакриламида, имеющего степень поглощения солевого раствора 35 г/г сополимера и размер полимерных частиц 5 мм, смешивают с 97,5 г солевого раствора с получением суспензии набухших полимерных частиц с массовой долей сополимера 2,5% в течение 15 минут и проводят испытания на изменение фильтруемости состава по тестовой методике при выдержке при 70 градусах.

Смешивают с 97,2 г солевого раствора 0,2 г углекислого натрия, 0,1 перхлората калия и 2,5 г вышеуказанного водопоглощающего акрилового сополимера для получения суспензии набухших полимерных частиц с массовой долей сополимера 2,5% в течение 15 минут и проводят испытания на изменение фильтруемости нового состава по тестовой методике.

Сравнительные результаты испытаний приведены в таблице.

Пример 3
5 г водопоглощающего сополимера, содержащего 90 мол.% акриламида, 10 мол. % акрилата аммония и 0,005 мол.% метиленбисакриламида, имеющий степень поглощения солевого раствора 22 г/г сополимера и размер полимерных частиц 1 мм, смешивают с 95 г солевого раствора с получением суспензии набухших полимерных частиц с массовой долей сополимера 5% в течение 15 минут и выдерживают состав в течение суток при минус 30 градусах. Дальнейшее использование известного состава невозможно вследствие потери подвижности замерзшего состава.

Смешивают с 44,4 солевого раствора 0,4 г гидроксида калия, 0,2 г персульфата аммония, 5 г вышеуказанного водопоглощающего акрилового сополимера и 50 г глицерина для получения суспензии набухших полимерных частиц с массовой долей сополимера 5% в течение 15 минут проводят испытания на изменение фильтруемости нового состава по тестовой методике, предварительно выдержав состав при минус 30 градусах в течение суток.

Сравнительные результаты испытаний приведены в таблице.

Пример 4
0,5 г водопоглощаюего сополимера, содержащего 80 мол.% акриламида, 15 мол. % акрилата натрия, 5% моль. диэтилакриламида и 0,003 мол.% метиленбисакриламида, имеющего степень поглощения солевого раствора 70 г/г сополимера и размер полимерных частиц 2 мм, смешивают с 99,5 г солевого раствора с получением суспензии набухших полимерных частиц с массовой долей сополимера 0,5% в течение 15 минут и проводят испытания на изменение фильтруемости состава по тестовой методике.

Смешивают с 99,5 г солевого раствора 0,005 г гирдоксида натрия, 0,003 г персульфата калия и 0,5 г вышеуказанного водопоглощающего акрилового сополимера для получения суспензии набухших полимерных частиц с массовой долей сополимера 0,5% в течение 15 минут и проводят испытания на изменение фильтруемости нового состава по тестовой методике.

Сравнительные результаты испытаний приведены в таблице.

Пример 5
0,1 г водопоглощающего сополимера, содержащего 80 мол.% акриламида, 20 мол. % диметилакриламида, 5 мол.% акрилата калия и 0,0015 мол.% метиленбисакриламида, имеющего степень поглощения солевого раствора 80 г/г сополимера и размер полимерных частиц 1,0 мм, смешивают с 99,9 г солевого раствора с получением суспензии набухших полимерных частиц с массовой долей сополимера 0,1% в течение 15 минут и выдерживают состав в течение суток при минус 10 градусах. Дальнейшее использование известного состава невозможно вследствие потери подвижности замерзшего состава.

Смешивают с 79,8 г солевого раствора 0,1 г гидроксида калия, 0,05 г перхлората калия, 0,1 г вышеуказанного водопоглощающего акрилового сополимера и 20 г этилового спирта для получения суспензии набухших полимерных частиц с массовой долей сополимера 0,1% в течение 15 минут и проводят испытания на изменение фильтруемости нового состава по тестовой методике, предварительно выдержав в течение суток при минус 10 градусах.

Сравнительные результаты испытаний приведены в таблице.

Пример 6
Аналогично примеру 1 смешивают с солевым раствором 0,001 г гироксида натрия, 0,001 г персульфата калия и 0,05 г водопоглощающего акрилового сополимера для получения суспенизии набухших полимерных частиц с массовой долей сополимера 0,05% в течение 15 минут и проводят испытания на изменение фильтруемости нового состава по тестовой методике.

Результаты испытаний приведены в таблице.

Пример 7
Аналогично примеру 1 смешивают с солевым раствором 0,4 г гидроксида натрия, 0,2 г персульфата калия и 5,1 г водопоглощающего сополимера для получения суспензии набухших полимерных частиц с массовой долей сополимера 5,1% в течение 15 минут и проводят испытания на изменение фильтруемости нового состава по тестовой методике.

Результаты испытаний приведены в таблице.

Пример 8
Аналогично примеру 1 смешивают с солевым раствором 0,005 г гидроксида натрия, 0,001 г персульфата калия и 0,1 г водопоглощающего сополимера для получения суспензии набухших полимерных частиц с массовой долей сополимера 0,1% в течение 15 минут и проводят испытания на изменение фильтруемости нового состава по тестовой методике.

Результаты испытаний приведены в таблице.

Пример 9
Аналогично примеру 1 смешивают с солевым раствором 0,45 г гидроксида натрия, 0,2 г персульфата калия и 5 г водопоглощающего сополимера с получением суспензии набухших полимерных частиц с массовой долей сополимера 5% в течение 15 минут и проводят испытания на изменение фильтруемости состава по тестовой методике.

Резльтаты испытаний приведены в таблице.

Пример 10
Аналогично примеру 1 смешивают с солевым раствором 0,001 г гидроксида натрия, 0,0005 г персульфата калия и 0,1 г водопоглощающего сополимера для получения суспензии набухших полимерных частиц с массовой долей сополимера 0,1% в течение 15 минут и проводят испытания на изменение фильтруемости состава по тестовой методике.

Результаты испытаний приведены в таблице.

Пример 11
Аналогично примеру 1 смешивают с солевым раствором 0,4 г гидроксида натрия, 0,25 г персульфата калия и 5 г водопоглощающего акрилового сополимера для получения суспензии набухшие полимерных частиц с массовой долей сополимера 5% в течение 15 минут и проводят испытания на изменение фильтруемости нового состава по тестовой методике.

Результаты испытаний приведены в таблице.

ЛИТЕРАТУРА
1. Уханов Р.Ф., Крылов В.И., Куксов А.К., Мироненко О.И., Мищенко В.И. в сборнике: "Материалы 7-ого Всесоюзного научного семинара по гидравлике промывочных жидкостей тампонажных растворов, 1980". Баку, 1980, стр. 40-41.

2. Патент США 4723605 E 21 B 33/138, 1988.

3. Патент США 4172066 (прототип), C 08 L 33/26, 1979.

Изобретение относится к области композиций на основе высокомолекулярных соединений, а именно водопоглощающих акриловых сополимеров, применяемых в процессах изоляции нефтяных и газовых скважин. Состав для изменения проницаемости пластов содержит водопоглощающий акриловый сополимер, окислитель, щелочной агент и спирт при следующем соотношении компонентов, мас.%: акриловый сополимер 0,1-5,0; окислитель 0,001-0,4; щелочной агент 0,001-0,2; спирт 0-50,0; вода остальное. Технический результат - изменение проницаемости продуктивного пласта при высоких температурах и минерализации пластовых вод в широком диапазоне регулируемого времени, гермитизации скважины при буровых и ремонтных работах в течение 18-36 ч с последующим восстановлением проницаемости пласта посла 24-48 ч. 1 з.п.ф.-лы, 1 табл.

1. Состав для изменения проницаемости пластов, включающий водопоглощающий акриловый сополимер и воду, отличающийся тем, что он дополнительно содержит щелочной агент, окислитель и спирт при следующем массовом соотношении компонентов, мас.%:
Водопоглощающий акриловый сополимер - 0,1 - 5
Окислитель - 0,001 - 0,4
Щелочной агент - 0,001 - 0,2
Спирт - 0 - 50,0
Вода - Остальное
2. Состав по п. 1, отличающийся тем, что в качестве окислителя он содержит персульфаты и хлораты или перхлораты калия, или натрия, или аммония.