ГЕЛЕОБРАЗУЮЩИЙ СОСТАВ, СУХАЯ СМЕСЬ И СПОСОБЫ ЕГО ПРИГОТОВЛЕНИЯ Российский патент 2015 года по МПК E21B33/13 C09K8/504 E21B43/22 

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к составам для выравнивания профиля приемистости в нагнетательных скважинах и ограничения водопритока в добывающих скважинах, а также может быть использовано для ликвидации зон поглощений при ремонте добывающих и нагнетательных скважин и направлено на улучшение технологичности состава за счет упрощения его приготовления, при высокой механической и термической стойкости.

Известен состав для изоляции водопритока в высокотемпературных пластах, содержащий полиакриламид, соли слабых органических кислот, а в качестве сшивателя - ацетат хрома или уротропин с гидрохиноном [1]. Недостатком данного состава является недостаточная прочность образующегося геля.

Наиболее близким решением, взятым за прототип состава, является гелеобразующая композиция, содержащая сшивающий агент, который находится в капсулах из первого полимера, второй полимер, способный образовывать гель в присутствии указанного сшивающего агента и жидкость [2]. Обычно указанный сшивающий агент выбирают из группы, состоящей из производных многовалентных металлов и органических сшивающих агентов. В частности в качестве производного многовалентного металла может быть использован ацетат хрома, а в качестве органического сшивателя - резорцин. В качестве второго полимера особенно предпочтительными веществами являются частично гидролизованные полиакриламиды. Данный состав сложен и недостаточно технологичен, так как сшивающий агент заключают в капсулы из указанного первого полимера, например, с помощью двойной эмульсионной технологии или распылительной сушкой.

Наиболее близким решением, взятым за прототип, является способ приготовления гелеобразующей композиции, содержащей сшивающий агент, который находится в капсулах из первого полимера, второй полимер, способный образовывать гель в присутствии указанного сшивающего агента, и жидкость [2]. Обычно указанный сшивающий агент выбирают из группы, состоящей из производных многовалентных металлов и органических сшивающих агентов. В частности в качестве производного многовалентного металла может быть использован ацетат хрома, а в качестве органического сшивателя - резорцин. В качестве второго полимера особенно предпочтительными веществами являются частично гидролизованные полиакриламиды. Данный способ приготовления гелеобразующей композиции сложен и недостаточно технологичен, так как сшивающий агент заключают в капсулы из указанного первого полимера, например, с помощью двойной эмульсионной технологии или распылительной сушки.

Прототипом заявляемой сухой смеси для приготовления гелеобразующей композиции является применяемая для изоляции заводненных нефтяных пластов сухая смесь, содержащая, мас.%: полиакриламид 60-75; РИТИН-10 5-15; ацетат хрома 5-10; бентонитовая глина 10-15; глицерин 0,3-1,0. Закачку указанного реагента осуществляют в виде суспензии в воде полученной сухой смеси с концентрацией 0,2-0,7 мас.%. [3]. Данная сухая смесь недостаточно эффективна, так как плохо растворима в воде, образуя в ней суспензии. Кроме того, данная смесь может слеживаться при длительном хранении.

Решаемой задачей заявляемой группы изобретений является повышение эффективности и технологичности гелеобразующего состава за счет обеспечения растворимости в воде используемой для его приготовлении сухой смеси, упрощение приготовления состава, при высокой механической и термической стойкости, а также - при необходимости - предотвращение слеживания указанной сухой смеси.

Поставленная задача решается тем, что предлагаемый гелеобразующий состав, содержащий сополимер акриламида и акриловой кислоты, воду и резорцин в качестве сшивателя, отличается тем, что дополнительно содержит в качестве сшивателя параформ при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Сополимер акриламида и акриловой кислоты - 0,17-0,80

Параформ - 0,03-0,20

Резорцин - 0,02-0,12

Вода - остальное

или

дополнительно содержит в качестве сшивателя параформ и аэросил при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Сополимер акриламида и акриловой кислоты - 0,17-0,80

Параформ - 0,03-0,20

Резорцин - 0,02-0,12

Аэросил - 0,01-0,03

Вода - остальное.

Поставленная задача решается также тем, что предлагаемая сухая смесь, включающая сополимер акриламида и акриловой кислоты и добавку сшивателя, отличается тем, что содержит в качестве сшивателей параформ и резорцин, смешанных в соотношении, мас.%:

Сополимер акриламида и акриловой кислоты - 71,4-83,3

Параформ - 10,0-17,8

Резорцин - 6,3-11,4

или

содержит в качестве сшивателей параформ и резорцин, а также аэросил в качестве антислеживателя, смешанных в соотношении, мас.%:

Сополимер акриламида и акриловой кислоты - 69,5-82,5

Параформ - 9,5-17,7

Резорцин - 6,1-10,6

Аэросил - 0,9-3,0.

Поставленная задача решается также тем, что предлагаемый способ получения водного гелеобразующего состава на основе сополимера акриламида и акриловой кислоты и с применением резорцина в качестве сшивателя отличается тем, что параформ в качестве сшивателя вносят в воду сразу после сополимера акриламида и акриловой кислоты, а резорцин - после полного растворения сополимера акриламида и акриловой кислоты или предварительно приготовленную сухую смесь сополимера акриламида и акриловой кислоты, резорцина и параформа, смешанных в соотношении, мас.%:

Сополимер акриламида и акриловой кислоты - 71,4-83,3

Параформ - 10,0-17,8

Резорцин - 6,3-11,4

- растворяют в воде до соотношения компонентов получаемого гелеобразующего состава, мас.%:

Сополимер акриламида и акриловой кислоты - 0,17-0,80

Параформ - 0,03-0,20

Резорцин - 0,02-0,12

Вода - остальное

или

предварительно приготовленную сухую смесь сополимера акриламида и акриловой кислоты, резорцина, параформа в качестве сшивателей и аэросила в качестве антислеживателя, смешанных в соотношении, мас.%:

Сополимер акриламида и акриловой кислоты - 69,5-82,5

Параформ - 9,5-17,7

Резорцин - 6,1-10,6

Аэросил - 0,9-3,0

- растворяют в воде до соотношения компонентов получаемого гелеобразующего состава, мас.%:

Сополимер акриламида и акриловой кислоты - 0,17-0,80

Параформ - 0,03-0,20

Резорцин - 0,02-0,12

Аэросил - 0,01-0,03

Вода - остальное.

Исследуя аэросил в качестве антислеживателя сухой смеси сополимера акриламида и акриловой кислоты с параформом и резорцином, авторы установили способность аэросила в водном растворе указанной сухой смеси к сшивке сополимера акриламида и акриловой кислоты, аналогичной способности параформа и резорцина. Так как оба заявляемых гелеобразующих состава - и без аэросила, и с аэросилом - имеют равные технические преимущества перед составом-прототипом за счет обеспечения растворимости в воде используемой для его приготовлении сухой смеси - как без аэросила, так и с аэросилом - и, соответственно, упрощения приготовления гелеобразующего состава, при высокой механической и термической стойкости, каждое изобретение заявляемой группы изобретений охарактеризовано заявителем указанной совокупностью признаков с применением альтернативы «или».

Аэросил ГОСТ 14922-77 - высокодисперсный, высокоактивный, аморфный, пирогенный диоксид кремния (SiO₂). Применяется для загущения, придания тиксотропных свойств жидкостям и активного наполнения каучуков и герметиков. Широко применяется также для придания сыпучести порошкообразным продуктам. Выполняет функцию стабилизатора, выступает в качестве антиседиментационной добавки многокомпонентных систем.

Параформ (параформальдегид) ТУ 6-09-141-03-89 - продукт полимеризации формальдегида. Это белый, рыхлый порошок с запахом формальдегида. Применяется как дезинфецирующее средство. используется в резорцинформальдегидных, фенолформальдегидных, карбамидоформальдегидных и других смолах, а также при производстве химикатов для бурения нефтяных скважин, добавок к нефтяным маслам, клейких смол и формованных материалов электрических компонентов.

Резорцин ГОСТ 9970-74 - мета-диоксибензол, белый или с желтоватым оттенком кристаллический порошок со слабым характерным запахом. Применяют в производстве лекарственных препаратов для лечения кожных заболеваний, в производстве взрывчатых веществ, резорцино-альдегидных смол, азокрасителей, стабилизаторов и пластификаторов высокомолекулярных соединений.

Сополимер акриламида и акриловой кислоты - например, частично гидролизованный полиакриламид марок А345, SD-6800, AN-132, FP-107 и т.п. с молекулярной массой 6-18 млн и степенью гидролиза 5-30%. Применяется для очистки природных и промышленных сточных вод, интенсификации процессов осветления, сгущения и фильтрования технологических рассолов, суспензий, флотоконцентратов и флотоотходов, для процессов увеличения нефтедобычи и бурения.

Сухая смесь готовится путем смешения компонентов в заданных соотношениях в сухом виде. Могут использоваться различные смесители, время перемешивания от 5 до 20 минут в зависимости от конструкции смесителя. Готовый продукт представляет собой сухую порошкообразную смесь.

Гелеобразующий состав без аэросила, в отличие от гелеобразующего состава с аэросилом, может быть приготовлен не только растворением в воде сухой смеси, но и путем указанной последовательности операций: параформ вносят в воду сразу после сополимера акриламида и акриловой кислоты, а резорцин - после полного растворения сополимера акриламида и акриловой кислоты. И в том, и в другом случае способы приготовления гелеобразующего состава проще и технологичнее, чем по прототипу.

ПРИМЕРЫ

Пример 1. На воде минерализацией 235 г/л готовили раствор, содержащий 0,5% полиакриламида марки SD-6800, 0,06% параформа, 0,04% резорцина. При этом параформ вносится в раствор сразу после полиакриламида, а резорцин - после полного растворения полиакриламида. После гелеобразования исследовали термостабильность полученного образца. Вклад термоокислительной деструкции в изменение вязкостных свойств сшитой полимерной системы (СПС) определяли после 8-часового термостатирования при 80°C и проводили исследования реологических свойств СПС до и после деструкции. Эффективную вязкость сшитой полимерной системы определяли на реометре Haake Viscotester 550 при скорости сдвига 0,01-300 с^-1. Состав оказался более устойчивым к термической деструкции по сравнению с составом, содержащим в качестве сшивателя ацетат хрома: 0,5% полиакриламида марки SD-6800, 0,05% ацетата хрома, вода - остальное (фиг. 1, табл. 1).

На фиг. 1 сплошными линиями показаны зависимости эффективной вязкости от скорости сдвига для указанных СПС, а пунктирными - для гелей после термодеструкции. При одинаковых вязкостях до деструкции, после деструкции гель с органическим сшивателем имеет более высокие значения вязкости, чем гель, сшитый ацетатом хрома.

Пример 2. На воде минерализацией 15 г/л готовили раствор, содержащий 0,5% полиакриламида марки SD-6800, 0,06% параформа, 0,04% резорцина. При этом параформ вносится в раствор сразу после полиакриламида, а резорцин - после полного растворения полиакриламида. После гелеобразования исследовали устойчивость полученного образца к механическим нагрузкам. Влияние поля механических сил оценивали после 20-минутного перемешивания СПС на лопастной мешалке со скоростью вращения 500 об/мин. Состав оказался более устойчивым к механической деструкции по сравнению с составом, содержащим в качестве сшивателя ацетат хрома (фиг. 2, табл. 2).

На фиг. 2 сплошными линиями показаны зависимости эффективной вязкости от скорости сдвига для полимерной системы, сшитой ацетатом хрома (верхняя линия) и сшитой органическим сшивателем (нижняя линия), а пунктирными - для гелей после механической деструкции. После деструкции гель с органическим сшивателем имеет значительно более высокие значения вязкости, чем гель, сшитый ацетатом хрома.

Пример 3. В пресной воде (минерализация менее 1 г/л) [4] готовится раствор, содержащий 0,5% полиакриламида марки AN-132, 0,12% параформа, 0,08% резорцина. Параформ вносится в раствор сразу после полиакриламида, а резорцин - после полного растворения полиакриламида. Определяется время растворения при комнатной температуре и время гелеобразования при 30°C с помощью релаксометра конструкции ИПНГ РАН. При достижении значений времени релаксации (времени жизни нити) больше 120 сек полимерная система считается достигшей необходимой степени сшивки. Данный состав имеет приемлемое время растворения и время гелеобразования (табл. 3).

Пример 4. В пресной воде готовится раствор, содержащий 0,8% полиакриламида марки AN-132, 0,20% параформа, 0,12% резорцина. Параформ вносится в раствор сразу после полиакриламида, а резорцин - после полного растворения полиакриламида. Определяется время растворения при комнатной температуре и время гелеобразования при 30°C. Показано, что дальнейшее увеличение содержания сшивателей не дает преимуществ во времени сшивки (табл. 3).

Пример 5. Компоненты перемешиваются в сухом виде вручную до получения однородной массы в следующих соотношениях, мас.%: полиакриламид марки А345 71,4, параформ 17,2, резорцин 11,4. Для получения раствора, содержащего 0,5% полимера, 0,12% параформа и 0,08% резорцина, 0,7 г полученной сухой смеси растворяется в 100 мл пресной воды. Определяется время растворения при комнатной температуре и время гелеобразования при 30°C. Также измеряется эффективная вязкость до и после гелеобразования (фиг. 3).

На фиг. 3 пунктирные линии показывают зависимость эффективной вязкости от скорости сдвига для несшитых исходных растворов, а сплошные - для СПС при различном способе введения компонентов: последовательном растворении и растворении предварительно приготовленной сухой смеси. Показано, что время растворения, время гелеобразования и эффективная вязкость не зависят от способа введения компонентов в раствор.

Пример 6. Компоненты перемешиваются в сухом виде вручную до получения однородной массы в следующих соотношениях, мас.%: полиакриламид марки А345 71,4, параформ 17,8, резорцин 10,8. Для получения раствора, содержащего 0,8% полимера, 0,20% параформа и 0,12% резорцина, 1,12 г полученной смеси растворяется в 100 мл пресной воды. Определяется время растворения при комнатной температуре и время гелеобразования при 30°C. Также измеряется эффективная вязкость до и после гелеобразования (фиг. 4).

На фиг. 4 пунктирные линии показывают зависимость эффективной вязкости от скорости сдвига для несшитых исходных растворов - нижняя 0,5% ПАА, верхняя 0,8% ПАА, а сплошные - для СПС - нижняя 0,5% ПАА, верхняя 0,8% ПАА.

Показано, что увеличение содержания ПАА в растворе до 0,8% приводит к повышению эффективной вязкости. Снижение концентрации ниже 0,17% является необоснованным, так как более низкая концентрация ПАА дает нестабильные по технологическим свойствам системы [5].

Пример 7. Компоненты перемешиваются в сухом виде вручную до получения однородной массы в следующих соотношениях, мас.%: полиакриламид марки А345 70,8, параформ 17,7, резорцин 10,6, аэросил 0,9. Для получения раствора, содержащего 0,8% полимера, 0,20% параформа, 0,12% резорцина и 0,01% аэросила, 1,13 г полученной смеси растворяется в 100 мл пресной воды. Эффективная вязкость, измеренная после гелеобразования при разных скоростях сдвига, имеет оптимальные значения (фиг. 5).

На фиг. 5 верхняя кривая соответствует скорости сдвига 77,3 1/с, средняя - 108,4 1/с, нижняя - 213,7 1/с.

Пример 8. Компоненты перемешиваются в сухом виде вручную до получения однородной массы в следующих соотношениях, мас.%: полиакриламид марки А345 69,6, параформ 17,4, резорцин 10,4, аэросил 2,6. Для получения раствора, содержащего 0,8% полимера, 0,20% параформа, 0,12% резорцина и 0,03% аэросила, 1,15 г полученной смеси растворяется в 100 мл пресной воды. Определяется эффективная вязкость после гелеобразования при разных скоростях сдвига (фиг. 5).

На фиг. 5 верхняя кривая соответствует скорости сдвига 77,3 1/с, средняя - 108,4 1/с, нижняя - 213,7 1/с. Показано, что концентрация аэросила в растворе 0,01-0,03% является оптимальной - в этом диапазоне концентраций вязкость СПС максимальна. Дальнейшее повышение содержания аэросила не дает преимущества.

Таким образом, заявляемый гелеобразующий состав - как без аэросила, так и с аэросилом - эффективнее и технологичнее прототипа за счет обеспечения растворимости в воде используемой при его приготовлении сухой смеси, упрощения приготовления состава, при высокой механической и термической стойкости; при необходимости обеспечивается предотвращение слеживания указанной сухой смеси.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. Патент РФ №2272891. СПОСОБ ИЗОЛЯЦИИ ВОДОПРИТОКА В ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫХ ПЛАСТАХ. Опубл. 27.03.2006.

2. Патент РФ №2250987. КОМПОЗИЦИИ И СПОСОБЫ, ПРЕДНАЗНАЧЕННЫЕ ДЛЯ ПРИМЕНЕНИЯ НА НЕФТЯНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЯХ. Опубл. 27.04.2005.

3. Патент РФ №2352765. СПОСОБ ИЗОЛЯЦИИ ВОДОПРИТОКОВ ЗАВОДНЕННЫХ НЕФТЯНЫХ ПЛАСТОВ. Опубл. 20.04.2009.

4. «Воды нефтяных и газовых месторождений СССР». Справочник./Под ред. Л.М. Зорькина. - М.: «Недра». - 1989 г. - 382 с.

5. Телин А.Г. и др. Регулирование реологических и фильтрационных свойств сшитых полимерных систем с целью повышения эффективности воздействия на пласт // Вестник инжинирингового центра ЮКОС. - 2002 г. - №4. - С. 41-45.

Группа изобретений относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к составам для выравнивания профиля приемистости в нагнетательных скважинах и ограничения водопритока в добывающих скважинах, а также может быть использована для ликвидации зон поглощений при ремонте добывающих и нагнетательных скважин. Сухая смесь содержит сополимер акриламида и акриловой кислоты - 71,4-83,3 мас.%, параформ - 10,0-17,8 мас.% и резорцин - 6,3-11,4 мас.% или сополимер акриламида и акриловой кислоты - 69,5-82,5 мас.%, параформ - 9,5-17,7 мас.%, резорцин - 6,1-10,6 мас.% и аэросил - 0,9-3,0 мас.%. Гелеобразующий состав готовят при помощи растворения любой из указанных смесей в воде. Причем гелеобразующий состав без аэросила может быть получен также внесением параформа в воду сразу после сополимера акриламида и акриловой кислоты, а резорцина - после полного растворения сополимера акриламида и акриловой кислоты. Получаемый гелеобразующий состав содержит сополимер акриламида и акриловой кислоты - 0,17-0,80 мас.%, параформ - 0,03-0,20 мас.%, резорцин - 0,02-0,12 мас.%, вода - остальное или сополимер акриламида и акриловой кислоты - 0,17-0,80 мас.%, параформ - 0,03-0,20 мас.%, резорцин - 0,02-0,12 мас.%, аэросил - 0,01-0,03 мас.%, вода - остальное. Техническим результатом является повышение эффективности и технологичности гелеобразующего состава за счет обеспечения растворимости в воде используемой для его приготовлении сухой смеси, упрощения приготовления состава, при высокой механической и термической стойкости. 3 н.п. ф-лы, 3 табл., 5 ил., 8 пр.

1. Гелеобразующий состав, содержащий сополимер акриламида и акриловой кислоты, воду и резорцин в качестве сшивателя, отличающийся тем, что дополнительно содержит в качестве сшивателя параформ при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Сополимер акриламида и акриловой кислоты - 0,17-0,80
Параформ - 0,03-0,20
Резорцин - 0,02-0,12
Вода - остальное
или
дополнительно содержит в качестве сшивателя параформ и аэросил при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Сополимер акриламида и акриловой кислоты - 0,17-0,80
Параформ - 0,03-0,20
Резорцин - 0,02-0,12
Аэросил - 0,01-0,03
Вода - остальное.

2. Сухая смесь, включающая сополимер акриламида и акриловой кислоты и добавку сшивателя, отличающаяся тем, что содержит в качестве сшивателей параформ и резорцин, смешанных в соотношении, мас.%:
Сополимер акриламида и акриловой кислоты - 71,4-83,3
Параформ - 10,0-17,8
Резорцин - 6,3-11,4
или
содержит в качестве сшивателей параформ и резорцин, а также аэросил в качестве антислеживателя, смешанных в соотношении, мас.%:
Сополимер акриламида и акриловой кислоты - 69,5-82,5
Параформ - 9,5-17,7
Резорцин - 6,1-10,6
Аэросил - 0,9-3,0.

3. Способ получения водного гелеобразующего состава на основе сополимера акриламида и акриловой кислоты и с применением резорцина в качестве сшивателя, отличающийся тем, что параформ в качестве сшивателя вносят в воду сразу после сополимера акриламида и акриловой кислоты, а резорцин - после полного растворения сополимера акриламида и акриловой кислоты или предварительно приготовленную сухую смесь сополимера акриламида и акриловой кислоты, резорцина и параформа, смешанных в соотношении, мас.%:
Сополимер акриламида и акриловой кислоты - 71,4-83,3
Параформ - 10,0-17,8
Резорцин - 6,3-11,4
- растворяют в воде до соотношения компонентов получаемого гелеобразующего состава, мас.%:
Сополимер акриламида и акриловой кислоты - 0,17-0,80
Параформ - 0,03-0,20
Резорцин - 0,02-0,12
Вода - остальное
или
предварительно приготовленную сухую смесь сополимера акриламида и акриловой кислоты, резорцина, параформа в качестве сшивателей и аэросила в качестве антислеживателя, смешанных в соотношении, мас.%:
Сополимер акриламида и акриловой кислоты - 69,5-82,5
Параформ - 9,5-17,7
Резорцин - 6,1-10,6
Аэросил - 0,9-3,0
- растворяют в воде до соотношения компонентов получаемого гелеобразующего состава, мас.%:
Сополимер акриламида и акриловой кислоты - 0,17-0,80
Параформ - 0,03-0,20
Резорцин - 0,02-0,12
Аэросил - 0,01-0,03
Вода - остальное.