СПОСОБ ВЫБОРА ГЕЛЕОБРАЗУЮЩИХ СОСТАВОВ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ НЕФТЕОТДАЧИ ПЛАСТОВ Российский патент 2002 года по МПК E21B43/22 

Изобретение относится к нефтяной промышленности, в частности к использованию гелеобразующих составов на основе полиакриламида (ПАА) и сшивателя в различных методах повышения нефтеотдачи пластов (ограничение водопритока в добывающих скважинах, регулирование охвата пласта и профиля приемистости нагнетательных скважин, селективной изоляции и регулирования потоков реагентов при тепловых методах добычи нефти и др.).

Большое число задач, решаемых с применением гелеобразующих составов на основе полиакриламида и сшивателей, а также многообразие условий их применения в каждом конкретном случае требует решения вопросов обоснованного выбора реагентов для создания оптимальных технологий с их применением.

Так, в работе (Seright, R.S. and J. Liang, "A survey of field applications of gel treatments for water shutoff, SPE 26991, April 1994) отмечается, что при использовании гелеобразующих составов необходимо учитывать и такие специфические проблемы, как состав пластовых флюидов и химическую совместимость с ними применяемых реагентов, температуру и пластовое давление.

Кроме того, применяемое оборудование (особенно насосные агрегаты) должно быть пригодным для вязкостей, давлений и расходов перекачиваемых составов без изменения их свойств. Важно также правильно выбирать подходящие скважины, учитывать литологию, присутствие естественных трещин, барьеров или наличие гидродинамически связанных водоносных зон.

Однако, все эти подходы носят больше рекомендательный характер и не имеют методологической основы для их реализации на практике.

Обычно при выборе гелеобразующих составов на основе ПАА и сшивателя полимера чаще всего исследуют влияние на кинетику гелеобразования составов таких характеристик ПАА, как его молекулярная масса (М) или степень гидролиза (содержание карбоксильных групп в молекуле ПАА). (Григоращенко и др. Применение полимеров в добыче нефти. М., Недра, 1978).

Наиболее близким к заявляемому является способ приготовления гелеобразующего состава для разработки нефтяных месторождений (SU 1735574 А1, кл. Е 21 В 43/22, 43/32, 33/138, 1992), где в качестве полиакриламидных полимеров применяли ПАА с молекулярной массой (М) от 10 млн. до 15 млн. и степенью гидролиза (α_г) от 5 до 24%, а в качестве сшивателя - хромсодержащие вещества (ХСВ), например, хромкалиевые квасцы - отходы хромонатриевых квасцов, бихроматы калия. Причем для каждой комбинации гелеобразующих составов после их приготовления определяли при комнатной температуре по характеру изменения во времени реологических свойств системы начало времени их гелеобразования τ_г.

На основании этих данных для практического применения отбирали такие гелеобразующие составы, время гелеобразования которых было больше времени закачки (τ₃) в скважину необходимого объема гелеобразующего состава.

При этом, время закачки выбранного гелеобразующего состава рассчитывали по формуле:
τ₃= 24V/Q (1),
где V - объем зоны пласта, подлежащей обработке гелеобразующим составом, м³;
Q - приемистость обрабатываемой зоны пласта, м³/сут.

Недостатки такого способа подбора и приготовления гелеобразующих составов заключаются в том, что в данном способе не учитывается влияние на время гелеобразования других факторов, оказывающих существенное влияние на прочностные (структурно-механические) свойства образующегося сшитого полимерного геля.

Известны экспериментальные исследования (Кабо В. Я., Румянцева Е.А., Масленников В.А. Процессы гелеобразования в полимерных системах. Труды научной конференции, Саратов, 1985, с. 22-23), где на примере образцов полиакриламидов, выпускаемых промышленностью с М от 1 млн. до 15 млн. и степенью гидролиза α_г от 1 до 30%, установлено, что влияние изменения молекулярной массы ПАА в изученном диапазоне значений М не приводит к заметным изменениям как значения времени гелеобразования, так и критической концентрации гелеобразования, т.е. варьирование данной молекулярной характеристикой полиакриламида в качестве параметра управления кинетикой гелеобразования малоэффективно. В то же время, как показали данные исследования, изменения в молекуле полиакриламида содержания карбоксильных групп (степени гидролиза α_г,) от 1 до 4% позволяет изменять время гелеобразования системы примерно в 15 раз.

Однако, регулирование только одной данной молекулярной характеристики полиакриламида для прогнозной оценки технологических свойств той или иной гелеобразующей системы также недостаточно, т.к. на кинетику гелеобразования системы и ее фильтрационные характеристики, помимо указанных выше молекулярных характеристик ПАА (М и α_г), заметное влияние оказывают такие параметры как: концентрация, тип и концентрация выбранного сшивателя, температура сшивки, гидродинамическое воздействие на разных стадиях гелеобразования системы (градиент скорости сдвига), качество применяемого растворителя, а именно, водородный показатель и минерализация воды.

Цель настоящего изобретения - повышение эффективности технологии воздействия на пласт сшитыми полимерными системами путем усовершенствования способа выбора гелеобразующих составов на основе полиакриламида и сшивателей.

Поставленная цель достигается тем, что в предлагаемом способе выбора гелеобразующих составов на основе полиакриламида и сшивателя, включающем определение времени гелеобразования системы в зависимости от изменения молекулярной массы и степени гидролиза полиакриламида, концентраций полиакриламида и сшивателя, дополнительно определяют кажущуюся константу скорости гелеобразования k. В табл.1 в обобщенном виде приведено обозначение, наименование и способ определения параметров, являющихся определяющими в предлагаемом способе выбора оптимального гелеобразующего состава на основе полиакриламида и сшивателя.

Перечисленные в табл. 1 параметры связаны между собой соотношением:
τ-1г

=k•(C_p-Ccritp) (2)
В случае использования широко применяемых составов на основе водно-солевых растворов полиакриламида (сополимеров акриламида с акриловой кислотой) и реагентов-сшивателей (солей трехвалентного хрома), требуется учитывать роль молекулярных характеристик полимера, вид соли трехвалентного хрома, состав водно-солевого растворителя, температуру, рН среды, концентрации полимера и сшивателя, интенсивность воздействия гидродинамическими полями.

Цель настоящего изобретения - повышение эффективности технологии воздействия на пласт сшитыми полимерными системами путем усовершенствования способа выбора гелеобразующих составов на основе полиакриламидов и сшивателей.

Поставленная цель достигается тем, что время гелеобразования системы определяют в зависимости от изменения дополнительно температуры гелеобразования, водно-солевого состава растворителя, водородного показателя среды и интенсивности воздействия гидродинамическими полями путем проведения вариантных расчетов кинетических параметров, указанных в табл. 1, с использованием математической модели вида
τ_Г(k,C^crit) = f(M, α_Г, C_р, C_сш, T, γ, pH, C_s) (3)
где
М - молекулярная масса полиакриламида,
α_Г - степень гидролиза - содержание карбоксильных групп полиакриламида,
С_р - концентрация полиакриламида,
С_сш - концентрация сшивателя,
Т - температура,
γ - градиент скорости сдвига,
рН - водородный показатель,
C_s - минерализация растворителя.

В качестве примера рассматривается модель, описывающая поведение системы полиакриламид (сополимер акриламида) - хромокалиевые квасцы - минерализованная вода. Модель, описывающая зависимость кинетических характеристик этой системы от параметров соотношения (3), имеет вид
k = 5•10^-6•{C0,04s

•A^0,44•α1,11г•M^0,81}

и τ_г в соответствии с (2) и (4) имеет вид:

В табл. 2 представлены данные по сравнению результатов расчета с экспериментально измеренными величинами кинетических параметров. Корреляционный анализ соотношения рассчитанных и экспериментально измеренных величин показывает, что коэффициент корреляции между этими величинами составляет R=0,92, что указывает на адекватность модели расчета кинетических параметров (4) и (5).

Кинетические параметры других систем - полиакриламид - сшиватель описываются аналогичными соотношениями. Тип сшивателя (ацетат хрома, нитрат хрома и др.) влияет на величины коэффициентов соотношений (4) и (5).

Учет влияния движения жидкости в пористой среде на кинетические параметры осуществляется через связь величины К со скоростью сдвига γ.
Где

V - линейная скорость фильтрации,
К - проницаемость породы,
m - пористость породы,
a - коэффициент "формы".

где
k(γ)- кажущаяся константа скорости гелеобразования при воздействии сдвиговым полем,
k₀ - кажущаяся константа скорости гелеобразования в отсутствие сдвигового воздействия,
t_i - время воздействия на систему при скорости воздействия γ_i,
ε - характеристическая деформация, безразмерная величина, зависящая от типа сшивателя. Для хромокалиевых квасцов ε = 10³.
На чертеже представлены данные по сравнению рассчитанных и экспериментально измеренных параметров, которые указывают на хорошее соответствие этих величин.

Таким образом, приведенная совокупность моделей, адекватно описывающих кинетические характеристики сшивающихся полимерных систем на основе полиакриламида и сшивателя - солей трехвалентного хрома, позволяет путем расчета подобрать оптимальный состав композиции сшитой полимерной системы - СПС, удовлетворяющий одному из основных технологических требований: τ_г> τ_зак, где τ_зак- время закачки композиции в пласт.

Способ относится к нефтяной промышленности, в частности к использованию гелеобразующих составов на основе полиакриламида ПАА и сшивателя в различных методах повышения нефтеотдачи пластов: ограничения водопритока в добывающих скважинах, регулировании охвата пласта и профиля приемистости нагнетательных скважин, селективной изоляции и регулировании потоков реагентов при тепловых методах добычи нефти. Техническим результатом является повышение эффективности технологии воздействия на пласт сшитыми полимерными системами. В способе выбора гелеобразующих составов на основе ПАА и сшивателя, включающем определение времени гелеобразования системы в зависимости от изменения молекулярной массы и степени гидролиза ПАА, концентраций ПАА и сшивателя, для анализируемого состава дополнительно определяют кажущуюся константу скорости гелеобразования по расчетной формуле. Причем время гелеобразования системы определяют в зависимости от изменения дополнительно температуры гелеобразования, водосолевого состава растворителя, водородного показателя среды и интенсивности воздействия гидродинамическими полями путем проведения вариантных расчетов кинетических параметров с использованием приведенной математической модели. 1 з.п. ф-лы, 2 табл., 1 ил.

1. Способ выбора гелеобразующих составов на основе полиакриламида и сшивателя, включающий определение времени гелеобразования системы в зависимости от изменения молекулярной массы и степени гидролиза полиакриламида, концентраций полиакриламида и сшивателя, отличающийся тем, что для анализируемого состава дополнительно определяют кажущуюся константу скорости гелеобразования k по формуле

где τ_г - время гелеобразования;
С_р, С_р ^crit - концентрация и критическая концентрация полиакриламида. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что время гелеобразования системы определяют в зависимости от изменения дополнительно температуры гелеобразования, водосолевого состава растворителя, водородного показателя среды и интенсивности воздействия гидродинамическими полями путем проведения вариантных расчетов кинетических параметров с использованием математической модели вида

где М - молекулярная масса полиакриламида;
α_г - степень гидролиза - содержания гидроксильных групп полиакриламида;
С_р - концентрация полиакриламида;
С_сш - концентрация сшивателя;
Т - температура гелеобразования;
γ - градиент скорости сдвига;
рН - водородный показатель;
C_s - минерализация растворителя.