ГЕЛЕОБРАЗУЮЩИЙ СОСТАВ Российский патент 2003 года по МПК E21B33/138 

Изобретение относится к нефтяной промышленности, в частности к составам для проведения водоизоляционных работ, восстановления герметичности заколонного пространства, может быть использовано для регулирования фильтрационных потоков нефтяных пластов, при капитальном ремонте скважин.

Наиболее перспективным и эффективным в регулировании фильтрационной проницаемости заколонного пространства является применение гелеобразующих композиций.

Известны гелеобразующие составы на основе различных химических реагентов, в частности полимеров [1], кремнийорганических материалов на основе олигоорганоэтоксихлорсилоксанов [2.2]. Известны также гелеобразующие составы на основе хлорида алюминия [4,5], силикатов [6, 5, 8].

Недостатком известных составов является их низкая эффективность из-за сложности регулирования скорости гелеобразования, низкая структурная устойчивость, неполная растворимость в минеральных кислотах (до 30% остается нерастворимым), а также высокая стоимость гелеобразующих компонентов, что существенно ограничивает область применения составов.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому, т.е. прототипом, является гелеобразующий состава [9], включающий в себя соляную кислоту, воду и добавку алюмосиликата, в качестве которой используется высокоглиноземистый цемент (ВГЦ) при следующем соотношении компонентов, % мас.:
Высокоглиноземистый цемент - 5-10%
Соляная кислота - 10-95%
Вода - Остальное
Недостатком этого состава является недостаточная прочность получаемых гелей, недостаточное снижение проницаемости породы после закачивания гелеобразующей композиции.

Предлагаемое изобретение решает техническую задачу: повышение прочности получаемых гелей, снижения проницаемости пород после закачивания гелеобразующей композиции.

Поставленная цель достигается тем, что в гелеобразующем составе, включающем соляную кислоту, воду и добавку, в качестве добавки используют феррохромовый саморассыпающийся шлак (СРШ) и окись кальция (СаО) при следующем соотношении компонентов, % мас.:
Феррохромовый саморассыпающий шлак - 6-11
Соляная кислота - 7-13
Окись кальция - 0,6-0,8
Вода - Остальное
Таким образом, в предлагаемом изобретении используется новый ингредиент, что дает основание утверждать о соответствии предлагаемого решения критерию "новизна".

В научно-технической и патентной литературе ранее не приводились сведения об использовании феррохромового саморассыпающегося шлака совместно с добавкой оксида кальция при приготовлении гелеобразующих составов. Известно использование составов, образующих гели за счет растворения кремнезема и образования геля кремневой кислоты. Применение феррохромового саморассыпающегося шлака с добавкой оксида кальция дает ранее неизвестный эффект - повышение прочности геля. Механическая прочность геля повышается путем введения в силикатные растворы специальных добавок, что позволяет сохранить тампонирующий эффект водоизолирующего состава. К таким добавкам относятся соединения, содержащие катионы металлов Са²⁺, Al³⁺, Mg²⁺, при использовании которых образуются межмолекулярные связи, что способствует повышению стабильности и прочности геля. Подобное изменение прочности связано с образованием "сшитых" термостабильных объемных структурированных гелей через щелочноземельный катион металла.

Таким образом, сказанное выше указывает на соответствие заявляемого изобретения критерию "изобретательский уровень".

При проведении опытов использован феррохромовый саморассыпающийся шлак Челябинского завода (СРШ), имеющий следующий химический состав: СаО 50-56%, SiO₂ 24-27%, MgO 8-12%, Al₂O₃ 5-8%, Сr₂O₃ 3,7%, FeO 1-2%, Fe₂O₃ 0,77-0,88%, прочие примеси MgO•Cr₂O₃ 4-9%. Выпускается по ГОСТу 3476-74.

Добавка окись кальция с активизацией 78%. Выпускается по ГОСТу 2611210351-8677-76.

Соляная кислота выпускается по ТУ 6-01-04689381-85-92 и представляет собой жидкость 35%-ной концентрации желтого цвета плотностью 1,175 г/см³.

Разработанные гелеобразующие композиции представляют собой практически прозрачные, светло-синего цвета растворы с исходной вязкостью 1,7-2,8 мм²/с, имеющие время гелеобразования от 2 часов до нескольких суток.

Гелеобразующий состав готовится следующим образом:
к навеске шлака приливают воду, перемешивая 30 минут, и оставляют для набухания; через некоторое время приливают концентрированную соляную окись и перемешивают еще 10 минут.

За время начала гелеобразования принималось время от начала приготовления состава до того момента, когда приготовленный состав, разлитый в пробирки, не растекается при ее наклоне.

Определение реологических свойств гелеобразующих составов проводилось измерением кинематической вязкости с помощью капиллярного вискозиметра. Прочность и время гелеобразования составов регулируются изменением концентрации ингредиентов.

В качестве показателя прочности геля была взята его кинематическая вязкость (см. табл.2), а критерием гелеобразования было взято время, за которое прочность геля достигает 42,34 мм²/с и более.

Для повышения прочности получаемого геля и регулирования водородного показателя pH была использована добавка оксида кальция в количестве 0,7% от количества сухого шлака. Водородный показатель изменяется вследствие химической реакции оксида кальция с избыточным количеством соляной кислоты. В результате этого за счет образования межмолекулярных связей таже повышается прочность геля. При добавки окиси кальция менее 0,7% оксид кальция не оказывает влияние как на прочности геля, так и на водородный показатель. А при повышении концентрации более 0,7% процесс полимеризация монокремневой кислоты не успевает произойти и образуются очень неустойчивые золи, которые быстро в течение 5-0,5 час коагулируют, образуя не прозрачные осадки, из которых со временем отделяется вода.

Примеры приготовления гелеобразующих композиций
Пример 1 (прототип, известный состав)
9 г высокоглиноземистого цемента (ВГЦ), 9 г соляной кислоты (в пересчете на 100% сухого вещества) растворяли в 82 г воды в течение 30 минут, перемешивая в течение 30 минут с помощью магнитной мешалки. Затем раствор сливали с осадка и оставляли на гелеобразование. Время гелеобразования при 20^oС составляет 82 часов (табл.1 опыт 14).

Пример 2.

10 г феррохромового саморассыпающегося шлака и 10 мл соляной кислоты (в пересчете на 100% сухого вещества) растворяли в 79,5 г воды и перемешивали на магнитной мешалке в течение 20 минут. Затем добавляли 0,5 г оксида кальция и перемешивали 10 минут. Раствор слили с непрореагировавшего осадка, измерили его водородный показатель, которой составил 2, измерили исходную кинематическую вязкость, которая составила 2,13 мм²/с. После этого раствор разлили в две пробирки и поставили в термостаты для определения времени гелеобразования при температурах 20^oС и 40^oС. При температуре 20^oС данный состав образовал гель через 40 часов, при 40^oС через 22 часа (табл.1, опыт 9).

Пример 3.

11 г феррохромового саморассыпающегося шлака и 9 мл соляной кислоты (в пересчете на 100% сухого вещества) растворяли в 80,3 г воды и перемешивали на магнитной мешалке в течение 20 минут. Затем добавляют 0,7 г оксида кальция и перемешивали 10 минут. Раствор слили с непрореагировавшего осадка, измерили его водородный показатель, которой составил 5, затем измерили исходную кинематическую вязкость, которая составила 2,30 мм²/с. После этого определили время гелеобразования при температурах 20^oС и 40^oС. При температуре 20^oС данный состав образует гель через 35 часов при 40^oС через 17 часов (табл.1 опыт 5).

При промышленной реализации предлагаемого изобретения получение гелеобразующего состава (например, по композиции 5 табл.1) проводится следующим образом:
В емкость цементировочного агрегата заливается 2541 л воды, к ней добавляют 352,5 кг шлака и перемешивают 30 минут и оставляют на 6 часов. После этого заливают 288 л соляной кислоты и перемешивают 20 минут, затем добавляют 22,4 кг СаО. Полученная смесь перемешивается 10 минут путем круговой циркуляции. Затем полученная смесь насосно-компрессионными или бурильными трубами закачивается в заколонное пространство через перфорационные или специальные отверстия и оставляется для ее структурирования и упрочнения геля.

Лабораторные исследования 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 заканчивали гелеобразующий состав. Керн выдерживали на время гелеобразования для формирования структуры геля, после чего определяли его проницаемость по воде (табл.3). Из нее видно, что предлагаемый гелеобразующий состав обладает прочностью в 1,5 раза больше и снижает проницаемость в 1,5 раза по сравнению с прототипом и может быть использовано в нефтяной промышленности для проведения водоизоляционных работ и восстановления герметичности заколонного пространства.

Источники информации
1. Сургучев М. Л.. Вторичные и третичные методы увеличения нефтеотдачи пластов. - М.: Недра, 1985 г.

2. А.с. 1680949 А1, БИ N36, 30.09.91.

3. А.с. 1808998, БИ 14, 1993 г.

4. Пат. РФ 2061856.

5. Пат РФ 2066743.

6. Пат США 4257813, кл. 106-74.

7. Пат. США 4640361, кл. 116-258.

8. Пат. РФ 2089723 "Способ разработки нефтяных месторождений", 11.12.97.

9. Заявка 97100216, опублик. 1999 01.27. БИ 3. "Гелеобразующий состав для регулирования проницаемости пласта и изоляции водопритоков" (прототип).

Изобретение относится к нефтяной промышленности, в частности к составам для проведения водоизоляционных работ, восстановления герметичности заколонного пространства, может быть использовано для регулирования фильтрационных потоков нефтяных пластов, при капитальном ремонте скважин. Технологический результат - повышение прочности получаемых гелей, снижение проницаемости негерметизированного заколонного пространства после закачивания гелеобразующей композиции. Гелеобразующий состав содержит феррохромовый саморассыпающийся шлак, соляную кислоту, окись кальция и воду при следующем соотношении компонентов, мас. %: феррохромовый саморассыпающийся шлак 6-11; соляная кислота 7-13; окись кальция 0,6-0,8; вода остальное. 3 табл.

Гелеобразующий состав, включающий соляную кислоту, воду и добавку, отличающийся тем, что в качестве добавки он содержит феррохромовый саморассыпающийся шлак и окись кальция при следующем соотношении компонентов, мас. %:
Феррохромовый саморассыпающийся шлак - 6 - 11
Соляная кислота - 7 - 13
Окись кальция - 0,6 - 0,8
Вода - Остальное