СОСТАВ ПОЛИСАХАРИДНОГО ГЕЛЯ ДЛЯ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО РАЗРЫВА ПЛАСТА Российский патент 2001 года по МПК E21B43/26 

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к составам для гидравлического разрыва пласта, глушения и консервации скважин, к составам буровых растворов, жидкостей для перфорации и гравийной набивки, а также может использоваться для ограничения водопритоков в нефтяные и газовые скважины.

Известно, что полисахаридные гели, в которых в качестве деструкторов используются окисляющие компоненты, такие как персульфат аммония, персульфаты, перкарбонаты и пербораты щелочных металлов, практически не деструктируются или деструктируются очень медленно при пластовых температурах ниже 52^oC.

Это объясняется тем, что ниже указанной температуры деструктор выделяет недостаточное количество свободных радикалов - атомарного кислорода, разрушающего полисахаридные цепочки, а увеличение количества деструктора в составе ограничено его низкой растворимостью.

Для ускорения процесса деструкции при температурах ниже 52^oC требуется дополнительное введение реагентов, катализирующих реакцию разложения персульфатов, перкарбонатов и перборатов с выделением кислорода.

В качестве добавок, катализирующих процесс деструкции в интервале температур от 10 до 52^oC, используется, например, третичный амин [1, 2].

Однако при более высоких температурах пласта (выше 60^oC) процесс деструкции носит лавинообразный характер, даже при очень низких концентрациях деструктора, что приводит к негативным последствиям в процессе гидравлического разрыва пласта, а именно - к повышенной фильтрации и преждевременному выпадению проппанта.

Поэтому при температурах пласта выше 60^oC к перечисленным окислительным деструкторам необходимо добавлять реагенты, замедляющие деструкцию, например акцепторы свободных радикалов.

В техническом решении [3] в качестве замедлителей деструкции при температурах выше 60^oC предлагается добавлять такие акцепторы свободных радикалов, как нитрит натрия, ненасыщенные спирты и фенолы.

Составы, приведенные в аналогах, можно использовать только в узких диапазонах температур, или только в интервале от 10 до 52^oC или при температуре выше 60^oC, а для приготовления гелей не может использоваться минерализованная вода, так как при этом ухудшается качество геля.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности является состав полисахаридного геля, содержащий пресную или минерализованную воду, загуститель и борный сшиватель, а в качестве деструктора - эффективное количество диэтаноламина и окисляющего компонента, взятого из группы, состоящей из персульфата аммония, персульфатов, перкабонатов и перборатов щелочных металлов [4].

Известный состав (прототип) на 3785 л пресной или минерализованной воды - основы геля, содержит 9,06-45,3 кг (2,4-12,0 кг/м³) загустителя, в качестве которого используются различные виды полисахаридов (гуар, гидроксипропилгуар, галактомананн, производные галактомананна, модифицированный галактомананн, производные целлюлозы), эффективное количество борного сшивателя, 0,45-18,12 кг (0,12-4,8 кг/м³) диэтаноламина и 0,11-9,06 кг (0,03-2,4 кг/м³) окисляющего компонента. Известный состав применим в пластах с температурой от 10 до 52^oC [4].

Использование известного состава ограничивается высокой, лавинообразной деструкцией при температурах пласта более 52^oC, а также тем, что за счет использования окислительных деструкторов в сочетании с высоким pH (9-10), при использовании борного сшивателя, он вызывает высокое набухание глин даже в случае использования в качестве основы геля раствора хлористого калия или пластовой воды.

В предлагаемом изобретении решаются задачи расширения диапазона регулируемой деструкции полисахаридного геля в пределах пластовых температур от 10 до 95^oC и снижения набухаемости глин за счет дополнительного введения в состав четвертичных аммониевых соединений, в качестве которых используются: катамин АБ, представляющий собой 50%-ный водный раствор алкилдиметилбензиламмонийхлоридов (алкильный радикал C_16-20) или гидрофобизатор нефтенол ГФ, представляющий собой 50%-ный водный раствор четвертичных аммониевых солей - продуктов квартенизации третичных алкилдиметиламинов (алкильный радикал C_12-18) и бензилхлорида, в количестве 0,05-1 кг на 1000 л воды, основы геля.

Признаками изобретения "Состав полисахаридного геля для гидравлического разрыва пласта" является состав геля:
1) пресная или минерализованная вода,
2) полисахаридный загуститель,
3) борный сшиватель,
4) диэтаноламин,
5) окисляющий компонент,
6) добавка,
7) в качестве добавки используются четвертичные аммониевые соединения,
8) добавка на 1000 л состава составляет 0,05-1 кг.

Признаки 1-5 являются общими с прототипом, а признаки 6, 7, 8 - существенными отличительными признаками изобретения.

Предлагается состав полисахаридного геля для гидравлического разрыва пласта, содержащий пресную или минерализованную воду, полисахаридный загуститель, борный сшиватель, диэтаноламин и окисляющий компонент, взятый из группы, состоящей из персульфата аммония, персульфатов, перкарбонатов и перборатов щелочных металлов, отличающийся тем, что он дополнительно содержит четвертичные аммониевые соединения, в качестве которых используются катамин АБ, представляющий собой 50%-ный водный раствор алкилдиметилбензиламмонийхлоридов с алкильным радикалом C_16-20 или гидрофобизатор нефтенол ГФ, представляющий собой 50%-ный водный раствор четвертичных аммониевых солей - продуктов квартенизации третичных алкилдиметиламинов с алкильным радикалом C_12-18 и бензилхлорида, в количестве 0,05-1,0 кг на 1000 л воды - основы геля.

Четвертичные аммониевые соединения ингибируют процесс деструкции при повышенных температурах, а в сочетании с диэтаноламином позволяют плавно проводить деструкцию в интервале температур от 10 до 95^oC, а также снижают набухаемость глин.

Количество четвертичных аммониевых соединений менее 0,05 кг на 1000 л воды - основы геля, не позволяет плавно проводить деструкцию при температуре выше 52^oC, а также недостаточно для снижения набухания глин.

Количество четвертичных аммониевых соединений более 1 кг на 1000 л воды - основы геля, не позволяет проводить деструкцию при температуре ниже 52^oC в течение 24 часов.

Для исследований использовались:
1. Вода пресная.

2. Вода минерализованная:
- 2%-ный раствор хлористого калия;
- 24%-ный раствор хлористого натрия;
- вода пластовая западно-сибирская, хлоркальциевого типа, плотностью 1,007 г/см³ с содержанием катионов Ca⁺⁺ и Mg⁺⁺ 247 мг/л;
- вода пластовая западно-сибирская, хлоркальциевого типа, плотностью 1,012 г/см³ с содержанием катионов Ca⁺⁺ и Mg⁺⁺ 1000 мг/л.

3. Полисахарид:
- гуар марки GGP-135;
- гидроксипропилгуар марки Yaguar HP8FF.

4. Сшиватель - раствор тетрабората натрия десятиводного (ГОСТ 4199-76) в глицерине (ГОСТ 6824-96).

5. Диэтаноламин (ч), ТУ 6-09-2652-91.

6. Персульфат калия ТУ 38.103.270-87.

7. Перкарбонат натрия ТУ 38.101.931-83.

8. Катамин АБ ТУ 2482-012-13164401-94.

9. Гидрофобизатор нефтенол ГФ, ТУ 2484-035-17197708-97.

Составы предлагаемого полисахаридного геля и состав по прототипу представлены в таблице 1.

Примеры приготовления гелей.

Пример 1 (состав 1).

В 1000 мл пресной воды при перемешивании на лопастной мешалке вводили 0,05 г катамина АБ и 2,4 г гуара, после чего полученный раствор перемешивали в течение 30 мин до полной гидратации полисахарида, а затем, не прекращая перемешивания, одновременно вводили 0,12 г диэтаноламина, 0,5 г десятиводного тетрабората натрия в растворе глицерина и 0,03 г персульфата калия, после чего полученный гель перемешивали еще в течение 1 - 2 минут до полной сшивки.

Пример 2 (состав 13).

В 1000 мл 24%-ного раствора хлористого натрия при перемешивании на лопастной мешалке вводили 0,5 г гидрофобизатора нефтенола ГФ и 2,4 г гидроксипропилгуара, после чего полученный раствор перемешивали в течение 30 мин до полной гидратации полисахарида, а затем, не прекращая перемешивания, одновременно вводили 4,8 г диэтаноламина, 0,5 г десятиводного тетрабората натрия в растворе глицерина и 2,4 г пербората натрия, после чего полученный гель перемешивали еще в течение 1 - 2 минут до полной сшивки.

Пример 3 (состав 26).

В 1000 мл пластовой воды плотностью 1,012 г/см³ с содержанием ионов Ca⁺⁺ и Mg⁺⁺ 1000 мг/л при перемешивании на лопастной мешалке вводили 0,2 г гидрофобизатора нефтенола ГФ и 5 г гуара, после чего полученный раствор перемешивали в течение 30 мин до полной гидратации полисахарида, а затем, не прекращая перемешивания, одновременно вводили 3,6 г диэтаноламина, 1,2 г десятиводного тетрабората натрия в растворе глицерина и 1,8 г персульфата калия, после чего полученный гель перемешивали еще в течение 1 - 2 минут до полной сшивки.

Аналогичным образом готовились гели других составов.

Пример 4 (состав 30 - прототип).

В 1000 мл пластовой воды плотностью 1,012 г/см³ с содержанием ионов Ca⁺⁺ и Mg⁺⁺ 1000 мг/л при перемешивании на лопастной мешалке вводили 5 г гидроксипропилгуара, после чего полученный раствор перемешивали в течение 30 мин до полной гидратации полисахарида, а затем, не прекращая перемешивания, одновременно вводили 1,2 г диэтаноламина, 1,0 г десятиводного тетрабората натрия в растворе глицерина и 0,6 г персульфата калия, после чего полученный гель перемешивали еще в течение 1 - 2 минут до полной сшивки.

Полученные гели исследовались на деструкцию при температуре от 10 до 95^oC, для чего пробирки с образцами гелей помещались в термостат на 24 часа. Деструкция оценивалась следующим образом: гели, сохраняющие свою структуру, не налипали на стеклянную палочку после перемешивания (состояние "C"), гели, изменяющие свою структуру до слабоструктурированного состояния, стекали со стеклянной палочке тянущейся струйкой (состояние "CC"), а полностью деструктированные гели скапывали со стеклянной палочки. Вязкость геля до деструкции и после нее измерялась на вискозиметре "Rheotest-2" при скорости сдвига 170 с^-1.

В таблицах 2-6 представлены результаты деструкции составов, приведенных в таблице 1, при температурах 10, 30, 50, 70 и 95^oC соответственно.

Из таблиц 2-6 следует, что предлагаемый состав плавно в течение 6-24 часов деструктируется в интервале температур 10-95^oC, при этом состав по прототипу плавно в течение 6-24 часов деструктируется лишь в интервале температур 10-52^oC, а при температуре 70 и 95^oC он разрушается в течение 1 часа.

Из представленных таблиц также следует, что при содержании четвертичных аммониевых соединений 0,05 г/л при температурах 70 и 95^oC деструкция геля проходит за 6 часов, что соответствует нижнему пределу деструкции (образцы 1, 9, 15 - таблица 6; образцы 21, 29 - таблица 5), а при содержании четвертичных аммониевых соединений 1,0 г/л деструкция геля при температурах от 10 до 50^oC проходит в течение не менее 24 часов, что соответствует верхнему пределу деструкции (образцы 5, 28 - таблица 2; образец 20 - таблица 3). При снижении содержания четвертичных аммониевых соединений ниже 0,05 г/л деструкция геля при температурах 70 и 95^oC проходит лавинообразно (образец 6 - таблица 5, образец 24 - таблица 6), а при увеличении содержания четвертичных аммониевых соединений выше 1,0 г/л деструкция при температурах 10-50^oC не проходит в течение 24 часов (образец 7 - таблица 2, образец 23 - таблица 4).

На набухание глин влияет не только вода - основа геля, но и все растворенные в ней вещества, образующие истинные растворы: соли, кислоты, щелочи, поверхностно-активные вещества и т.д., то есть все те вещества, которые могут отфильтроваться в пласт вместе с водой. Полисахарид, образуя коллоид, преимущественно остается в трещине, а все остальные вещества вместе с водой способны фильтроваться в пласт и способствовать набуханию глин, поэтому исследованию на способность вызывать набухание глин подвергались растворы, включающие все составляющие гелей, кроме полисахарида. В качестве образца глины использовался образец монтмориллонита. Испытания проводились по стандартной методике Жигача-Ярова [5].

В таблице 7 представлены составы, которые исследовались на способность вызывать набухание глин, включая составы по прототипу и образец пластовой воды плотностью ρ = 1,012 г/см³. А в таблице 8 приведены коэффициенты набухания глин, определенные по стандартной методике Жигача-Ярова при температуре 20^oC.

Из таблицы 8 следует, что растворы, содержащие в своем составе добавки четвертичных аммониевых соединений (предлагаемый состав), обладают значительно меньшим (в 1,5-2 раза) набуханием глин, чем растворы по прототипу.

Добавка четвертичных аммониевых соединений менее 0,05 г/л (состав 2) практически не уменьшает величину набухания глин по сравнению с прототипом, а добавка четвертичных аммониевых соединений более 1,0 г/л (состав 7 - 1,2 г/л) не снижает набухание глин по сравнению с составом 6, в который добавлено 1,0 г/л четвертичных аммониевых соединений.

Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет решить задачу регулируемой деструкции полисахаридного геля в пределах пластовых температур от 10 до 95^oC, что расширяет область применения составов и увеличивает контролируемость процесса гидравлического разрыва пласта, а также позволяет снизить набухаемость глин, что приводит к сохранению фильтрационных свойств в призабойной зоне пласта.

Литература
1. Патент США N 4250044, НКИ 252-8.551, 2.1981 - аналог.

2. Патент США N 4560486, НКИ 252-8.551, 12.1985 - аналог.

3. Патент США N 4610795, НКИ 252-8.551, 9.1986 - аналог.

4. Патент США N 5106518, НКИ 252-8.551, 4.1992 - прототип.

5. Жигач К. Ф. , Яров А.Н. Оценка набухаемости глин. Изв. ВУЗ "Нефть и газ" N 10, 1959.

Состав относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к составам для гидравлического разрыва пласта, глушения и консервации скважин, к составам буровых растворов, жидкостей для перфорации и гравийной набивки, а также может использоваться для ограничения водопритоков в нефтяные и газовые скважины. Техническим результатом является расширение диапазона регулируемой деструкции полисахаридного геля в пределах пластовых температур от 10 до 950^oС и снижение набухаемости глин. Состав полисахаридного геля для гидравлического разрыва пласта, содержащий пресную или минерализованную воду, полисахаридный загуститель, борный сшиватель, диэтаноламин и окисляющий компонент, взятый из группы, состоящей из персульфата аммония, персульфатов, перкарбонатов и перборатов щелочных металлов, дополнительно содержит четвертичное аммониевое соединение катамин АБ или гидрофобизатор нефтенол ГФ в количестве 0,05 - 1 кг на 1000 л воды - основы геля. 8 табл.

Состав полисахаридного геля для гидравлического разрыва пласта, содержащий пресную или минерализованную воду, полисахаридный загуститель, борный сшиватель, диэтаноламин и окисляющий компонент, взятый из группы, состоящей из персульфата аммония, персульфатов, перкарбонатов и перборатов щелочных металлов, отличающийся тем, что он дополнительно содержит четвертичное аммониевое соединение катамин АБ или гидрофобизатор нефтенол ГФ в количестве 0,05 - 1 кг на 1000 л воды - основы геля.