СОСТАВ МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНОГО РЕАГЕНТА ДЛЯ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ МЕДОТОВ УВЕЛИЧЕНИЯ НЕФТЕОТДАЧИ (МУН) Российский патент 2014 года по МПК E21B43/22 E21B33/138 C09K8/508 

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к составам для разработки обводненной нефтяной залежи в неоднородном терригенном коллекторе заводнением.

Известен способ разработки нефтяного месторождения путем закачки в нефтяной пласт гелеобразующего состава на основе солей алюминия и карбамида, причем в качестве солей алюминия используются жидкие алюмосодержащие отходы при следующих соотношениях, масс.%: жидкие алюмосодержащие отходы 20,0-75,0; карбамид 15,0-50,0; вода остальное [Алтунина Л.К., Кувшинов В.А., Стасьева Л.А. Способ разработки нефтяного месторождения. Патент РФ №2120544 (E21B 43/22), опубликован 20.10.1998. - аналог].

Недостатком известного способа является нестабильность качества получаемого геля из-за неоднородности применяемых алюмосодержащих отходов, а также применение высоких концентраций реагентов.

Известен состав для изоляции водопритока к скважинам и повышения нефтеотдачи пластов при обработке обводненных скважин заводнением, содержащий соли алюминия, карбамид, полиакриламид и воду при следующем соотношении компонентов, масс.%: полиакриламид 0,5-2,5; хлорид алюминия 0,4-17,0; карбамид 1,5-30,0; вода остальное [Алтунина Л.К., Крылова О.А., Кувшинов В.А. и др. Состав для изоляции водопритока к скважинам и повышения нефтеотдачи. Патент РФ №2076202 (E21B 43/22), опубликован 27.03.1997. - прототип].

Недостатком данного термотропного гелеобразующего состава является крупный размер частиц полиакриламида (ПАА) (более 100 мкм), не позволяющий нерастворенным частицам ПАА пройти в поровые каналы, поэтому требуется длительное время на приготовление раствора, связанное с растворением ПАА, которому препятствует низкий pH раствора, поскольку соли алюминия при гидролизе выделяют кислоты; низкие структурно-механические свойства комбинированного геля, состоящего из неорганических частиц гидроокиси алюминия и молекул органического водорастворимого полимера при пластовых температурах выше 80°C; а также недостаточно длительное время гелирования, что существенно ограничивает область применения данного состава.

Изобретение направлено на создание термотропного гелеобразующего состава для разработки обводненной нефтяной залежи в терригенном коллекторе путем закачки в нагнетательные скважины термотропной гелеобразующей композиции, содержащей хлорид или полиоксихлорид алюминия и воду, глубоко проникающей в пласт.

Результат достигается тем, что состав дополнительно содержит водорастворимую соль уксусной кислоты, например, ацетат натрия, и может содержать мочевину и мелкодисперсный ПАА. В результате реакции между хлоридом или полиоксихлоридом алюминия и ацетатом натрия происходит образование ацетата и/или ацетохлорида, и/или гидроксиацетата, и/или гидроксиацетатохлорида алюминия. Продукты реакции хорошо растворимы в холодной воде и гидролизуются при нагреве. В зависимости от соотношения солей гидролиз, возможно, значительно замедлить, вплоть до нескольких суток, что необходимо для удаленного доступа реагента в пласт, а получаемый гель обладает по сравнению с прототипом улучшенными структурно-механическими характеристиками; добавление в состав карбамида позволяет регулировать процесс гелеобразования и придавать ему селективные свойства за счет гидролиза карбамида с образованием аммиака, который хорошо растворим не только в воде, но и в углеводородах, поэтому в нефтенасыщенном пласте, из-за растворения аммиака в нефти, образования геля не происходит [Муляк В.В., Чертенков М.В., Силин М.А., Магадова Л.А. Способ разработки обводненной нефтяной залежи. Патент РФ №2475635 (E21B 43/22), опубл. 20.02.2013], а добавление мелкодисперсного ПАА позволяет использовать состав не только в низкопроницаемых коллекторах, но и в пластах со средней и высокой проницаемостью.

Признаками изобретения «Состав многофункционального реагента для физико-химических МУН» являются:

1. Соль алюминия.

2. В качестве соли алюминия используется шестиводный хлорид алюминия.

3. В качестве соли алюминия используется полиоксихлорид алюминия - аквааурат.

4. Карбамид.

5.ПАА.

6. В качестве ПАА используется измельченный до 40-60 мкм высокомолекулярный гидролизованный ПАА- Chimeco TR- 1516.

7. В качестве ПАА используется измельченный до 60-80 мкм низкомолекулярный водонабухающий ПАА - АК-639.

8. Уксуснокислая соль.

9. В качестве уксуснокислой соли используется сухой технический ацетат натрия.

10. Пресная или минерализованная вода. Признаки 1-5 и 10 являются общими с прототипом, а признаки 6-9 существенными отличительными признаками изобретения.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Предлагается термотропный гелеобразующий состав для изоляции водопритока к скважинам и повышения нефтеотдачи, содержащий соли алюминия и воду, который дополнительно содержит соль уксусной кислоты, в качестве которой используется ацетат натрия, и может содержать карбамид и мелкодисперсный полиакриламид с диаметром частиц 40-80 мкм, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Хлорид или полиоксихлорид алюминия 2,5-20,0 Ацетат натрия 2,0-10,0 Карбамид 0,0-30,0 Мелкодисперсный полиакриламид   с диаметром частиц 40-80 мкм 0,0-2,5 Пресная или минерализованная вода остальное

Для исследований использовались:

1. Хлорид алюминия - кристаллический продукт белого или с желтоватым оттенком цвета, гигроскопичен, растворим в воде, спирте, эфире, хлороформе, выпускается по ГОСТ 3759-75.

2. Аквааурат 30 - полиоксихлорид алюминия - кристалический порошок желтоватого цвета, массовая доля оксида алюминия не менее 30%, массовая доля хлора - не менее 35%, выпускается по ТУ 2163-069-00205067-2007.

3. Карбамид - кристаллический продукт белого цвета, массовая доля азота, в пересчете на сухое вещество, не менее 46,2%, выпускается по ГОСТ 2081-92.

4. Ацетат натрия - бесцветное кристаллическое вещество, допускаются оттенки от светло-желтого до светло-коричневого цвета, массовая доля основного вещества - не менее 50%, выпускается по ТУ 2432-043-07510508-2003.

5. ПАА Chimeco TR-1516, ТУ 2216-083-17197708-2003, представляет собой высокомолекулярный частично гидролизованный водорастворимый полимер анионного типа на основе акриламида, молекулярный вес 14,5÷15,5 миллионов у.е, степень гидролиза 13,0÷17,7%, нерастворимый в воде остаток, не более 0,5 мас.%, размер частиц после помола составляет 40-60 мкм.

6. ПАА водопоглощающий, серия АК-639, марка В-415 представляет собой порошок белого или близкого к белому цвета, выпускается по ТУ 2216-016-55373366-2007, показатели качества приведены ниже:

Показатель По ТУ Массовая доля нелетучих веществ, %, не менее 88 Массовая доля остаточного акриламида, %, не более 0,03 Равновесное поглощение в дистиллированной воде, г/г, не менее 600 Массовая доля растворимой части, %, не более 15

размер частиц после помола составляет 60-100 мкм.

7. Минерализованная вода плотностью 1,211 г/см³, с содержанием катионов Ca⁺⁺ и Mg⁺⁺ 25 800 мг/л.

8. Минерализованная вода плотностью 1,012 г/см³, с содержанием катионов Ca⁺⁺ и Mg⁺⁺ 1000 мг/л.

9. Пресная вода.

Примеры приготовления термотропной гелеобразующей композиции

Пример 1

В стеклянном стакане на 250 мл в 191,0 г (95,5 мас.%) минерализованной воды плотностью 1,211 г/см³ растворяется 5,0 г (2,5 мас.%) шестиводного хлорида алюминия и 4,0 г (2,0 мас.%) ацетата натрия. В результате смешиваемые реагенты полностью растворяются в воде, при этом получается однородный полупрозрачный раствор низкой вязкости.

Пример 2

В стеклянном стакане на 250 мл в 174,0 г (87,0 мас.%) пресной воды растворяется 14,0 г (7,0 мас.%) полиоксихлорида алюминия (аквааурата) и 12,0 г (6,0 мас.%) ацетата натрия. В результате смешиваемые реагенты полностью растворяются в воде, при этом получается однородный полупрозрачный раствор низкой вязкости.

Пример 3

В стеклянном стакане на 250 мл в 162,0 г (81,0 мас.%) минерализованной воды плотностью 1,012 г/см³ растворяется 20,0 г (10,0 мас.%) шестиводного хлорида алюминия, 8,0 г (4,0 мас.%) ацетата натрия и 10,0 г (5,0 мас.%) карбамида. В результате смешиваемые реагенты полностью растворяются в воде, при этом получается однородный полупрозрачный раствор низкой вязкости.

Пример 4

В стеклянном стакане на 250 мл в 130,0 г (65,0 мас.%) пресной воды растворяется 20,0 г (10,0 мас.%) полиоксихлорида алюминия (аквааурата), 8,0 г (4,0 мас.%) ацетата натрия и 40,0 г (20,0 мас.%) карбамида. В результате смешиваемые реагенты полностью растворяются в воде, при этом получается однородный полупрозрачный раствор низкой вязкости. В полученный раствор при перемешивании на лопастной мешалке вводится 2,0 г (1,0 мас.%) мелкодисперсного ПАА Chimeco TR-1516, полученный состав перемешивается до однородности.

Пример 5

В стеклянном стакане на 250 мл в 75,0 г (37,5 мас.%) минерализованной воды плотностью 1,012 г/см³ растворяется 40,0 г (20,0 мас.%) шестиводного хлорида алюминия, 20 г (10,0 мас.%) ацетата натрия, 60 г (30,0 мас.%) карбамида. В результате смешиваемые реагенты полностью растворяются в воде, при этом получается однородный полупрозрачный раствор низкой вязкости. В полученный раствор при перемешивании на лопастной мешалке вводится 5,0 г (2,5 мас.%) мелкодисперсного АК-639, полученный состав перемешивается до однородности.

Пример 6 (по прототипу)

В стеклянном стакане на 250 мл в 138,0 г (69,0 мас.%) пресной воды растворяется 20,0 г (10,0 мас.%) полиоксихлорида алюминия (аквааурата) и 40,0 г (20,0 мас.%) карбамида. В результате смешиваемые реагенты полностью растворяются в воде, при этом получается однородный полупрозрачный раствор низкой вязкости. В полученный раствор при перемешивании на лопастной мешалке вводится 2,0 г (1,0 мас.%) ПАА Chimeco TR-1516, полученный состав перемешивается до однородности.

Однородность приготовленных составов оценивалась визуально. Оценка размеров частиц ПАА, в мкм, в растворе проводилась при температуре 20°C при помощи микроскопа Микромед 2. Для исследования приготовленный состав, содержащий ПАА, выдерживался в течение 30 мин.

Приготовленные составы нагревались в термошкафу в закрытых тефлоновых стаканах при температуре 90°C. Консистентность полученного геля оценивалась по классификатору консистентности, представленному в таблице 1.

Результаты физико-химических исследований термотропных составов представлены в таблице 2.

Таблица 1 Классификатор консистентности гелеобразующей композиции Структурные характеристики композиции Код Исходный раствор A Вязкий раствор B Очень пластичный, высокоподвижный гель C Очень пластичный, подвижный гель D Очень пластичный, умеренно подвижный гель E Пластичный, подвижный гель F Пластичный, умеренно подвижный гель G Пластичный, малоподвижный гель H Высокодеформируемый, неподвижный гель I Умеренно деформируемый, неподвижный гель J Малодеформируемый, неподвижный гель K Твердый гель L

Таблица 2 Результаты физико-химических исследований термотропных составов № п/п Компоненты составов / №№ примеров Содержание в термотропном составе, мас.% 1 2 3 4 5 6 Прототип 1 Вода пресная - 87,0 - 65,0 - 69,0 2 Вода минерализованная, ρ20°C=1,012 г/см³ - - 81,0 - 37,5 - 3 Вода минерализованная, ρ20°C=1,211 г/см³ 95,5 - - - - - 4 Оксихлорид алюминия - 7,0 - 10,0 - 10,0 5 Хлорид алюминия шестиводный 2,5   10,0   20,0   6 Ацетат натрия 2,0 6,0 4,0 4,0 10,0 - 7 Карбамид - - 5,0 20,0 30,0 20,0 8 ПААТК-1516 - - - 1,0 - 1,0 9 ПАА АК-639 - - - - 2,5 -   Исследования геля при 20°C   Однородность (да/нет) да да да да да нет   Размер набухших частиц ПАА       менее 100
мкм менее 100
мкм более 100 мкм   Исследования геля при 90°C   Время образования геля, час 12 4 48 5 8 4   Консистентность геля по класификатору консистенции D L L L L I

Нижний предел концентрации реагентов определялся способностью образовывать гель, а верхний - экономической целесообразностью.

Время гелеобразования при одинаковой температуре исследования зависит от концентрации реагентов. Из таблицы 1 следует, что для состава 4 и состава по прототипу (состав 6) с одинаковой концентрацией хлорида алюминия и карбамида, время образования геля также одинаково.

Образование геля объясняется реакцией гидролиза карбамида при температуре выше 60°C:

(NH₂)₂-CO+H₂O→2NH↑+CO↑

МНз+H₂O ->• NH₄0H

3NH₄OH+AlCl₃→3NH₄Cl+Al(OH)₃↑

Однако состав 4, дополнительно содержащий ацетат натрия, имеет более прочную структуру геля, так консистентность состава 4 по классификатору консистенции - L (твердый гель), в то время как гель по прототипу имеет консистенцию I (высокодеформируемый, неподвижный гель).

Составы, не содержащие карбамид (составы 1-2) также образуют гели: в результате реакции между хлоридом или полиоксихлоридом алюминия и ацетатом натрия происходит образование ацетата и/или ацетохлорида, и/или гидроксиацетата, и/или гидроксиацетатохлорида алюминия, продукты реакции гидролизуются при нагреве с образованием геля гидроксида алюминия и дигидроксиацетата алюминия. Наличие в составе геля дигидроксиацетата алюминия увеличивает консистенцию геля по сравнению с гелем гидроксида алюминия, это наблюдается также и в составах, содержащих и ацетат натрия и карбамид (составы 3-5).

Предлагаемые составы, содержащие ПАА, отличаются от прототипа тем, что полученные суспензии однородны, подвижны, имеют малый размер частиц (менее 100 мкм) и могут быть закачены в высокопроницаемый, в т.ч. трещиноватый терригенный коллектор, в то время как в составе по прототипу набухшие частицы имеют размер, значительно превышающий 100 мкм, что создаст проблемы при закачке суспензии, а растворение ПАА в кислой минеральной среде потребует значительного времени.

Для оценки тампонирующих свойств термотропных гелеобразующих составов были проведены фильтрационные исследования.

Для выполнения фильтрационных экспериментов была использована фильтрационная установка высокого давления HP-CFS и наполненные песком термостатированные насыпные модели пласта (длина моделей составляла 47,5 см; диаметр 3,09 см; площадь поперечного сечения 7,5 см²).

В таблице 3 представлены результаты фильтрационных исследований на водонасыщенных моделях терригенного пласта по оценке тампонирующего эффекта термотропного гелеобразующего состава.

Опыты были проведены при температуре 90°C, для оценки тампонирующих свойств в водонасыщенные модели было закачено по 2 V_пор гелеобразующего состава (составы 4 и 6 и из таблицы 2).

Таблица 3 Результаты фильтрационных исследований № п/п Состав жидкости воздействия Количество компонента Проницаемость образца по пластовой воде, ℘=1,012 г/см³, мкм до воздействия после воздействия 2.
3. Закачка состава 4 (таблица 1)
Закачка состава 6 (таблица 1) 2 объема пор
2 объема пор 1,850
1,790 0,053
0,235

Как следует из таблицы, предлагаемый состав обладает большим тампонирующим эффектом, чем состав по прототипу.

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности, к составам для разработки обводненной нефтяной залежи в неоднородном терригенном коллекторе заводнением. Термотропный гелеобразующий состав для изоляции водопритока к скважинам и повышения нефтеотдачи содержит соли алюминия в виде 2,5-20,0 мас.% хлорида или полиоксихлорида алюминия и пресную или минерализованную воду. При этом состав дополнительно содержит соль уксусной кислоты, в качестве которой используется 2,0-10,0 мас.% ацетата натрия, и может содержать 0,0-30,0 мас.% карбамида и 0,0-2,5 мас.% мелкодисперсного полиакриламида с диаметром частиц 40-80 мкм. Техническим результатом является повышение эффективности изоляции водопритока и повышения нефтеотдачи. 1 з.п. ф-лы, 6 пр., 3 табл.

1. Термотропный гелеобразующий состав для изоляции водопритока к скважинам и повышения нефтеотдачи, содержащий соли алюминия и воду, отличающийся тем, что дополнительно содержит соль уксусной кислоты, в качестве которой используется ацетат натрия, и может содержать карбамид и мелкодисперсный полиакриламид с диаметром частиц 40-80 мкм, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Хлорид или   полиоксихлорид алюминия 2,5-20,0 Ацетат натрия 2,0-10,0 Карбамид 0,0-30,0 Мелкодисперсный полиакриламид   с диаметром частиц 40-80 мкм 0,0-2,5 Пресная или минерализованная вода остальное

2. Состав по п.1 отличающийся тем, что в зависимости от соотношения солей процесс гидролиза значительно замедляется, вплоть до нескольких суток, что необходимо для удаленного доступа реагента в пласт.