ГЕЛЕОБРАЗУЮЩИЙ СОСТАВ ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ПРОНИЦАЕМОСТИ ПЛАСТОВ Российский патент 2002 года по МПК E21B33/138 

Изобретение относится к нефтяной промышленности, в частности к составам для проведения водоизоляционных работ, и может быть использовано при регулировании фильтрационных потоков нефтяных пластов, при капитальном ремонте скважин.

В настоящее время одной из основных проблем нефтегазовой промышленности является обводнение добывающих и нагнетательных скважин в результате прорыва пластовых и подошвенных вод.

Технологическая практика показывает, что наибольший эффект в регулировании фильтрационной проницаемости обводненных пропластков достигается при использовании гелеобразных композиций. Наиболее перспективным является применение гелеобразующих композиций на базе неорганического сырья, в частности кремнийсодержащих веществ.

Известны гелеобразующие составы на основе различных химических реагентов, в частности полимеров (Сургучев М.Л. Вторичные и третичные методы увеличения нефтеотдачи пластов. - М.: Недра, 1985 г.), кремнийорганических водоизолирующих материалов на основе олигоорганоэтоксихлорсилоксанов (торговое название 119-204) (А. с. 1680949 AI от 30.09.91 БИ 36; А.с. 1808998 БИ 14 1993 г. ). Известны также гелеобразующие составы на основе силикатов (Пат. США 4257813 кл. 106-74; 4640361 кл. 116-258).

Из большого разнообразия технологий, основанных на использовании неорганических гелей, можно привести технологию на основе хлорида алюминия (Пат. РФ 2061856 и 2066743). Технологии с применением композиций "ГАЛКА" основаны на способности системы соль алюминия - карбамид - вода непосредственно в пласте генерировать неорганический гель (Пат. РФ 2055167). Известны также гелеобразующий состав на основе силикатов натрия, применяющийся для извлечения остаточной нефти из высокообводненных пластов терригенного типа, составы на основе производных кремневой кислоты (Пат. РФ 2065442).

Недостатками известных составов являются их низкая эффективность вследствие высокой скорости гелеобразования, высокой вязкости или низкой структурной устойчивости, а также высокая стоимость гелеобразующих компонентов, что существенно ограничивает область применения составов.

Наиболее близким техническим решением является гелеобразующий состав (Пат. РФ 2089723), включающий в себя соляную кислоту, воду и добавку из класса алюмосиликатов, в качестве которой используется нефелин при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Нефелин - 4-10
Соляная кислота - 6-10
Вода - Остальное
Недостатками этого состава являются низкая скорость гелеобразования, недостаточная прочность получаемых гелей, небольшое снижение проницаемости кернов после закачивания в них гелеобразующей композиции на основе нефелина и соляной кислоты.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение эффективности состава путем регулирования времени гелеобразования, вязкости, повышения прочности структуры, решение экологической проблемы - утилизации отходов нефтехимических производств, переход от органических составов к экологически чистым неорганическим.

Поставленная задача достигается тем, что гелеобразующий состав для регулирования проницаемости пластов, включающий алюмосиликат, неорганическую кислоту и воду, в качестве алюмосиликата содержит отбракованные при производстве цеолитные катализаторы, а в качестве кислоты - соляную или серную отработанную кислоту при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Отбракованные при производстве цеолитные катализаторы - 3-8
Соляная или серная отработанная кислота - 6-12
Вода - Остальное
Отбракованные при производстве цеолитные катализаторы имеют следующий соcтaв: SiО₂ - 36; Al₂О₃ - 23,0; Na₂О - 15,9, IV класса опасности, выпускаются по ТУ-2163-099-05766575-2000 при минерализации показатель фильтрации увеличивается, реологические показатели и смазочная способность ухудшаются. Отбракованные при производстве цеолитные катализаторы являются отбракованной по форме и размеру партией катализаторов, которая не находит применения в дальнейшем производстве.

Отбракованные при производстве цеолитные катализаторы представляют собой светло-желтый порошок с содержанием гранул различной формы и размера.

Отработанная серная кислота - выпускается по ТУ-113-000203306-204-92 (отход производства). Представляет собой концентрированный водный раствор серной кислоты, с массовой долей кислот в пересчете на серную кислоту не менее 65%.

Соляная кислота - выпускается по ТУ 6-01-04689381-85-92. Жидкость желтого цвета, плотностью 1,11 г/см³, 22%-ной концентрации.

Используемые в исследованиях отбракованные при производстве цеолитные катализаторы легко растворяются в неорганических кислотах с образованием гелеобразующей композиции. Изменяя концентрации исходных компонентов, можно получать достаточно плотные гели с оптимальным временем гелеобразования, позволяющим рекомендовать их для проведения опытно-промышленных работ.

Разработанные гелеобразующие композиции на основе отбракованных при производстве цеолитных катализаторов и соляной или отработанной серной кислоты представляют собой слегка желтоватый раствор исходной вязкостью 1,5-2,5 мм²/с, которая достигает 30 мм²/с, имеющие широкий диапазон времени гелеобразования от 2 часов до нескольких суток, при концентрациях отбракованных при производстве цеолитных катализаторов от 3 до 8 мас.% и кислоты от 6 до 12 мас.%
Раствор готовится обычным смешением компонентов. В процессе лабораторных исследований с применением современных методов и оборудования изучены фильтрационные характеристики, а также различные свойства получаемых гелеобразующих растворов: скорость и полнота растворения отбракованных при производстве цеолитных катализаторов в зависимости от времени и интенсивности перемешивания; исследование факторов, влияющих на время гелеобразования; определение прочностных характеристик гелей, образующихся в различных условиях.

Примеры приготовления гелеобразующего состава
Пример 1* (прототип, известный состав)
7 г нефелина, 7 г соляной кислоты (в пересчете на 100% сухого вещества) растворяли в 86 г воды в течение 30 минут, перемешивая с помощью магнитной мешалки. Затем раствор сливали с осадка. Время гелеобразования при 20^oС составляет 74 часа. Кинематическая вязкость увеличилась с 1,80 до 25,71 мм²/с (табл. 2).

Пример 2
Для приготовления 100 г раствора (состав 4, табл. 1) колбу, содержащую 5 г отбракованных при производстве цеолитных катализаторов, 8 г отработанной серной кислоты (в пересчете на 100% сухого вещества) и 87 г воды перемешивают на магнитной мешалке в течение 5 минут. В рассматриваемом примере время гелеобразования при температуре 20^oС составило 30 часов, кинематическая вязкость увеличилась с 1,94 до 28,80 мм²/с (табл. 3).

Пример 3
Колбу, содержащую 5 г отбракованных при производстве цеолитных катализаторов, 9 г соляной кислоты (в пересчете на 100% сухого вещества) и 86 г воды (состав 9, табл. 1), перемешивают на магнитной мешалке в течение 5 минут. Затем раствор сливают с непрореагировавшего осадка, разливают в три пробирки и ставят в термостаты для определения времени гелеобразования при температурах 20, 45 и 60^oС.

Наблюдаем, что при температуре 20^oС данный состав застывает через 40 часов, при 45^oС - через 21 час, при 60^oС - через 8 часа. Кинематическая вязкость увеличилась с 1,85 до 29,12 мм²/с (табл. 2).

Эксперименты проводились в широком диапазоне температур (от 20 до 60^oС) на предмет изучения влияния температуры на стабильность и прочность геля, время и скорости гелеобразования, вязкостных характеристик и др. Результаты представлены в табл. 1-3.

Для определения времени гелеобразования к навеске отбракованных при производстве цеолитных катализаторов приливают раствор рабочей концентрации кислоты и тщательно перемешивают в течение 10 минут. Приготовленные гелеобразующие составы разливают в пробирки и помещают в термостат при заданной температуре. Для растворов, имеющих небольшое время гелеобразования (при повышенной температуре, высоком содержании гелеобразующих компонентов), пробирки проверяют через каждые 5 минут. Если раствор при наклоне пробирки не растекается, то это время считается временем начала гелеобразования. С увеличением времени гелеобразования промежутки между наблюдениями увеличиваются. Определение времени начала гелеобразования проводят несколько раз и выбирают среднее значение.

Изучение влияния различной температуры на скорость гелеобразования показало, что с увеличением температуры скорость гелеобразования возрастает в 2-10 раз. Также уменьшается в несколько раз время начала гелеобразования с повышением концентраций компонентов гелеобразующей смеси, что видно из табл. 1.

Исследование реологических и механических свойств гелей проводили измерением кинематической вязкости с помощью капиллярного вискозиметра и динамической вязкости гелей при различных напряжениях сдвига. Результаты измерений сведены в табл. 2 и 3. Из полученных экспериментальных данных видно, что разработанные новые гелеобразующие составы на основе отбракованных при производстве цеолитных катализаторов и кислот представляют собой маловязкие легкофильтрующиеся в поровом коллекторе жидкости, имеющие исходную кинетическую вязкость 1,5-2,5 мм²/с в течение нескольких часов (до начала времени гелеобразования). С течением времени, в зависимости от концентрации исходных компонентов и температуры, вследствие ускорения процесса гелеобразования вязкость гелеобразующей композиции начинает лавинообразно нарастать, и жидкость переходит в гель, достигая вязкости до 30 мм²/с (предельное значение вязкости, которое можно было определить с помощью капиллярного вискозиметра, более высокие значения определялись с помощью более совершенного прибора "Реотест"). При выдерживании образовавшихся гелей в течение двух суток их прочность нарастает. Таким образом, при использовании гелеобразующих составов в качестве водоизолирующего материала необходимо создавать условия для формирования геля в пласте и укрепления его структуры (выдерживать скважины в покое 2-5 суток).

Предельное напряжение разрушения (прочность) образовавшегося геля определялось на приборе "Реотест" по значению максимального напряжения от деформации (времени) при минимальной (0,333 с^-1) скорости сдвига. Измерения проводились при 20^oС.

Измерения динамической вязкости на приборе "Реотест" при различных скоростях сдвига показали, что исходная динамическая вязкость гелей при малых скоростях сдвига достигает 20000 сПз и выше. При достижении скоростей сдвига 145 с^-1 динамическая вязкость снижается (табл. 3) и остается постоянной в пределах 100-200 сПз.

Проведенные исследования по изучению влияния повышенной температуры на вязкость и прочность гелеобразующих композиций показали, что повышение температуры влияет только на скорость формирования структуры гелей, вязкость застывшей композиции не изменяется и композиция сохраняет свои свойства.

Из данных табл. 3 видно, что при уменьшении концентрации отбракованных при производстве цеолитных катализаторов до 3% гель образуется, но не набирает достаточной прочности, о чем свидетельствуют небольшие значения динамической вязкости (табл. 3), и гель получается рыхлый, неэластичный, теряющий при повышенных температурах и со временем прочность и стабильность.

Лабораторные испытания по водоизоляции проводили на установке УИПК (установка для исследования проницаемости керна).

Эксперименты проводились в следующей последовательности: образцы керна экстрагировались и определялась их проницаемость по газу. Проводилось насыщение керна водой под вакуумом. Керн помещали в кернодержатель установки УИПК и определяли его проницаемость по воде, затем в керн закачивали гелеобразующий состав. Керн выдерживали определенное время для формирования структуры геля, после чего определяли его проницаемость по воде. Результаты лабораторных исследований фильтрации приведены в табл. 4.

В целом на основании проведенных исследований свойств гелеобразующего состава для регулирования проницаемости нефтяного пласта следует, что заявляемый состав:
1) обладает высокой фильтруемостью в пористые среды, что способствует более глубокому проникновению гелеобразующей композиции на большие расстояния, для создания изолирующего экрана большого радиуса;
2) имеет регулируемые в широких пределах характеристики, что обеспечивает более равномерный охват воздействием неоднородных коллекторов;
3) является гомогенным, отверждается по всему объему;
4) технологичен, прост и удобен в приготовлении, имеет регулируемый период гелеобразования, что дает возможность исключить аварийные ситуации в процессе закачки;
5) входящие в состав компоненты не дефицитны, имеют низкую стоимость, т. к. являются многотоннажными отходами нефтехимических производств, а следовательно, их применение позволяет решать экологические проблемы утилизации отходов производства;
6) как показали оценочные опыты по фильтрации, разработанные гелеобразующие композиции на основе отбракованных при производстве цеолитных катализаторов обладают хорошими водоизолирующими свойствами и могут быть рекомендованы для промысловых испытаний на нефтяных месторождениях.

Изобретение относится к нефтяной промышленности, в частности к составам для проведения водоизоляционных работ, и может быть использовано при регулировании фильтрационных потоков нефтяных пластов, ограничении водопритоков в нефтяных и газовых скважинах, ликвидации заколонных перетоков воды и газа, отключении отдельных обводнившихся интервалов пласта, выравнивании профилей поглощения в нагнетательных скважинах, при капитальном ремонте скважин. Гелеобразующий состав для регулирования проницаемости пластов, включающий алюмосиликат, неорганическую кислоту и воду, в качестве алюмосиликата содержит отбракованные при производстве цеолитные катализаторы, а в качестве кислоты - соляную или отработанную серную кислоту при следующем соотношении компонентов, мас. %: отбракованные при производстве цеолитные катализаторы 3-8, соляная или отработанная серная кислота 6-12, вода - остальное. Технический результат - повышение эффективности состава путем регулирования времени гелеобразования, вязкости, повышения прочности структуры, решение экологической проблемы - утилизации отходов нефтехимических производств, переход от органических составов к экологически чистым неорганическим. 4 табл.

Гелеобразующий состав для регулирования проницаемости пластов, включающий алюмосиликат, неорганическую кислоту и воду, отличающийся тем, что в качестве алюмосиликата он содержит отбракованные при производстве цеолитные катализаторы, а в качестве кислоты - соляную или отработанную серную кислоту при следующем соотношении компонентов, мас. %:
Отбракованные при производстве цеолитные катализаторы - 3-8
Соляная или отработанная серная кислота - 6-12
Вода - Остальное