ГЕЛЕОБРАЗУЮЩИЙ СОСТАВ ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ПРОНИЦАЕМОСТИ НЕФТЯНОГО ПЛАСТА Российский патент 2003 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 M.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 А1 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, пат. РФ 2066743). Технологии с применением композиций "ГАЛКА" основаны на способности системы "соль алюминия-карбамид-вода" непосредственно в пласте генерировать неорганический гель (пат. РФ 2055167). Известен 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).

Также известен гелеобразующий состав (пат. РФ 2089723), включающий в себя соляную кислоту, воду и добавку из класса алюмосиликатов, в качестве которой используется нефелин.

Недостатком 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 2148160), включающий в себя соляную кислоту, алюмохлорид и добавку из класса алюмосиликатов, в качестве которой используется цеолит при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Цеолит - 4,0-8,0
Алюмохлорид - 10,0-28,0
Соляная кислота - 2,0-4,6
Недостатком 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 нефтяного пласта на основе алюмосиликата, неорганических кислот и воды, согласно изобретению, содержит в качестве алюмосиликата цеолитный компонент для производства синтетических моющих средств, а в качестве кислоты отработанную серную кислоту или СНО-ГЛИФ (содержащий до 16% фосфорной кислоты) при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Цеолитный компонент для производства синтетических моющих средств - 4-10
Отработанная серная кислота или СНО-ГЛИФ - 8-16
Вода - Остальное
Цеолитный компонент для производства синтетических моющих средств (цеолитный компонент) имеет следующий состав: Аl₂O₃ - 28%, SiO₂ - 34,4%, Na₂O - 17,6%, связанная вода - 20%, IV класса опасности, выпускается по ТУ-38.1011366-94 с изменением 3. Представляет собой порошок белого цвета, не растворимый в воде, но полностью растворимый в неорганических кислотах.

Отработанная серная кислота является отходом производства, выпускается по ТУ 113-00-00203306-204-92. Представляет собой концентрированный водный раствор серной кислоты. Однородная жидкость от желтоватого до черного цвета. Массовая доля, % сумм кислот в пересчете на серную, не менее 65.

СНО-ГЛИФ является отходом производства, содержит до 17% фосфорной кислоты, выпускается по ТУ-113-04-2-104-88. СНО-ГЛИФ представляет собой жидкость от желтого до светло-коричневого цвета, однородной консистенции, хорошо растворимую в воде.

Используемый в исследованиях цеолитный компонент легко растворяется 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 цеолитного компонента и отработанной серной кислоты или СНО-ГЛИФ представляют собой слегка желтоватый раствор исходной вязкостью 1,7-2,5 мм²/с, которая достигает 30 мм²/с, имеющие широкий диапазон времени гелеобразования от 2 часов до нескольких суток, при концентрациях цеолитного компонента от 4 до 10 мас.% и кислоты от 8 до 16 мас.%.

Раствор готовится обычным смещением 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 цеолитного компонента 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.

Колбу, содержащую 7 г цеолитного компонента, 12 г отработанной серной кислоты (в пересчете на 100% сухого вещества) и 81 г воды перемешивают на магнитной мешалке в течение 15 минут. Наблюдаем, что через 70 часов при 20^oС маловязкий раствор превратился в неподвижную гелеобразную массу (состав 6, табл. 2). Исходная кинематическая вязкость - 1,78 мм²/с через 70 часов достигла значения 28,35 мм²/с.

Пример 3.

В колбу, содержащую 7 г цеолитного компонента, вносят 12 г СНО-ГЛИФ (в пересчете на 100% кислоту) и 81 г воды (состав 4, табл. 1). Раствор перемешивают 15 минут на магнитной мешалке. Время гелеобразования при 20^oС составляет 24 часа, при 28^oС - 16 часов. Полученный слегка желтоватый раствор имеет исходную кинематическую вязкость 1,79 мм²/с (Т=20^oС), в течение первых 10 часов вязкость возрастает очень мало и достигает лишь 3,15 мм²/с. Через 16 часов образуется гель с кинематической вязкостью 27,50 мм²/с (состав 2, табл. 2).

Эксперименты проводились в широком диапазоне температур (от 20 до 28^oС) на предмет изучения влияния температуры на стабильность и прочность геля, время и скорости гелеобразования, вязкостных характеристик и др. Результаты представлены в табл. 1 и 2.

Для определения времени гелеобразования к навеске цеолитного компонента для производства синтетических моющих средств приливают раствор рабочей концентрации кислоты и тщательно перемешивают в течение 15 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 пять 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.

Как видно из табл. 1, время гелеобразования сильно зависит как от концентрации исходных компонентов, так и от температуры эксперимента. Концентрация кислоты должна подбираться таким образом, чтобы время гелеобразования было больше, чем время между смешиванием композиции и прохождением этой композиции до забойной зоны скважины. При этом следует иметь ввиду, что температура по мере прохождения длины ствола скважины будет возрастать от начальной температуры до температуры призабойной зоны. Вероятность гелеобразования в стволе скважины должна быть полностью исключена. Кроме того, должен оставаться запас времени до окончательного формирования геля, нужный для достижения раствором отдаленных от призабойной зоны участков пласта.

Исследование реологических свойств гелей проводили измерением кинематической вязкости с помощью капиллярного вискозиметра. Результаты измерений сведены в табл. 2.

Из полученных экспериментальных данных видно, что разработанные новые гелеобразующие составы на основе цеолитного компонента для производства синтетических моющих средств и кислот представляют собой маловязкие легкофильтрующиеся в поровом коллекторе жидкости, имеющие исходную кинематическую вязкость 1,7-2,5 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 2-х 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).

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 48-72 часа для формирования структуры геля, после чего определяли его проницаемость по воде. Результаты лабораторных исследований фильтрации приведены в табл. 3.

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 обеспечит 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, и следовательно их применение позволяет решать экологические проблемы утилизации отходов производства;
6) как показали оценочные опыты по фильтрации, разработанные гелеобразующие композиции на основе полупродукта производства алюмосиликатов 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. Технический результат - расширение температурного диапазона его применения при одновременном уменьшении времени гелеобразования, а также увеличение ассортимента гелеобразующих реагентов. Гелеобразующий состав для регулирования проницаемости нефтяного пласта на основе алюмосиликата, неорганических кислот и воды в качестве алюмосиликата содержит цеолитный компонент для производства синтетических моющих средств, а в качестве кислоты отработанную серную кислоту или СНО-ГЛИФ (содержащий до 16% фосфорной кислоты) и воду при следующем соотношении компонентов, мас. %: цеолитный компонент для производства синтетических моющих средств - 4-10, отработанная серная кислота или СНО-ГЛИФ - 8-16, вода - остальное. 3 табл.

Гелеобразующий состав для регулирования проницаемости нефтяного пласта на основе алюмосиликата, неорганических кислот и воды, отличающийся тем, что в качестве алюмосиликата он содержит цеолитный компонент для производства синтетических моющих средств, а в качестве кислоты отработанную серную кислоту или СНО-ГЛИФ (содержащий до 16% фосфорной кислоты) при следующем соотношении компонентов, мас. %:
Цеолитный компонент для производства синтетических моющих средств - 4-10
Отработанная серная кислота или СНО-ГЛИФ - 8-16
Вода - Остальное