ЦЕЛЛЮЛОЗНАЯ МУКА ДЛЯ ИЗОЛЯЦИИ ВОДОНОСНЫХ ИЛИ ОБВОДНЕННЫХ ПЛАСТОВ С ЦЕЛЬЮ ПОВЫШЕНИЯ НЕФТЕОТДАЧИ И СПОСОБ ЕЕ ПОЛУЧЕНИЯ Российский патент 2016 года по МПК C09K8/588 C09K8/514 

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности.

Известен реагент для повышения нефтеотдачи пласта и способ разработки нефтяных залежей с его применением (Патент №2116437, Реагент для повышения нефтеотдачи пласта и способ разработки нефтяных залежей с его применением), который представляет собой минеральные системы, состоящие из активированных измельчением тонкодиспергированных природных минералов и тонкодисперсных частиц, выделяющихся при износе деталей аппаратов измельчения; способ разработки нефтяных залежей предназначен для эффективного воздействия на неоднородные обводнившиеся пласты и включает заводнение и нагнетание воды с минеральным реагентом и/или воды с минеральным реагентом и сореагентом и предусматривает использование в качестве минерального реагента минеральной системы, состоящей из активированных измельчением тонкодиспергированных природных материалов и тонкодисперсных частиц, выделяющихся при износе деталей аппаратов измельчения, причем нагнетание воды с минеральной системой и воды с сореагентом осуществляют последовательно или одновременно.

Недостатком указанного реагента является использование природных минералов - малодоступных и дефицитных реагентов, высокая стоимость. Реагент недостаточно эффективно активирован измельчением и используется в водоносных пластах лишь для перераспределения фильтрационных потоков.

Известен реагент для повышения нефтеотдачи пласта и способ разработки нефтяного месторождения (патент РФ №2342417, Способ получения реагента для повышения нефтеотдачи пласта и способ разработки нефтяного месторождения).

Недостатком является ограниченный выбор целлюлозосодержащего компонента в составе реагента, а именно отруби пшеничные или ржаные. Данный компонент является более дорогостоящим по сравнению с однолетним целлюлозосодержащим сырьем.

Известен состав для повышения нефтеотдачи пластов (патент РФ №2131971, Состав для повышения нефтеотдачи пластов), включающий эфиры целлюлозы, отличающийся тем, что в качестве эфиров целлюлозы он содержит метилцеллюлозу или метилоксипропилцеллюлозу и дополнительно пресную и/или минерализованную воду и, по крайней мере, один компонент из группы: карбамид, тиомочевина, аммоний роданистый при следующем соотношении компонентов, мас. %: метилцеллюлоза или метилоксипропилцеллюлоза - 0,25-2,0, по крайней мере, один компонент из группы: карбамид - 2,0-20,0, тиомочевина - 0,5-2,0, аммоний роданистый - 0,5-2,0, пресная и/или минерализованная вода - остальное.

Недостатком состава- геля, который образуется добавлением к растворам метилцеллюлозы или метилкоксипропилцеллюлозы, карбамида, или тиомочевины, или аммония роданистого, или их смеси, является кратковременный период гелеобразования, недостаточный для того, чтобы закачать технологический раствор на основе данного состава во все участки, включая участки удаленные от призабойной зоны.

В основу изобретения положена задача создания более эффективного и экономичного однокомпонентного композиционного порошкового состава, имеющего следующие характеристики: коэффициент водоизоляции при проведении РИР (ремонтно-изоляционных работ) в добывающих скважинах (не ниже 0,3); обеспечивающего применение для водоизоляции в широком диапазоне проницаемостей пласта (от 200 мкм² и выше) за счет улучшенных фильтрационных характеристик технологических растворов - ФК (фактор кольматации) не ниже 2.

Поставленная цель достигается тем, что в качестве вещества для повышения нефтеотдачи пласта используют более эффективно действующее вещество - целлюлозную муку, в состав которой входят микроволокнистый порошковый продукт на основе однолетних целлюлозосодержащих растений. В качестве минеральной добавки используется минеральная высокодисперсная гидрослюда, основой которой является фракция слюдо- или хлоритоподобных минералов диоксида кремния; средний размер частиц составляет от 0,5 до 20 мкм; содержание минеральной высокодисперсной гидрослюды в целлюлозной муке составляет от 40 до 58,5 процентов. Минеральные добавки способствуют измельчению и гомогенизации исходного сырья. Кроме того, основу вещества составляет дешевое сырье - однолетние целлюлозосодержащие растения (от 40 до 60%). В составе целлюлозной муки присутствует стабилизирующая термостойкая солестойкая полимерная добавка. Порошковый состав целлюлозной муки применяется для ремонтно-изоляционных работ с целью изоляции водоносных или обводненных пропластков, а также ликвидации зон поглощений при строительстве и ремонте скважин. В зависимости от фильтрационно-емкостных характеристик обрабатываемого участка пласта планируется дозировать закачиваемую воду с добавками соляной кислоты с концентрацией от 0,3% и выше, варьируя концентрацию целлюлозной муки в закачиваемой воде от 0,5% и выше.

Получение целлюлозной муки производится на мельнице типа РВМ, где одновременно происходит смешение, измельчение и активация исходных компонентов состава. В мельнице имеются бункер исходной и конечной продукции. Так как все объемы сообщаются между собой и между ними происходит циркуляция воздуха: перетекание, как в сообщающихся сосудах, то охлаждение каждого из объемов будет способствовать охлаждению пылевоздушной смеси в камере измельчения. Камеры исходной и конечной продукции на 2 порядка по площади превосходят охлаждаемую площадь камеры измельчения. Их охлаждение должно повысить эффективность охлаждения материала. Температуру охладителя можно снижать до минусовой (на нашем охладителе можно получить до минус 10 градусов), что возможно при использовании тосола или добавки в воду этиленгликоля.

Основным принципом измельчения является самоизмельчение частиц, то есть их многократное столкновение друг с другом. Как и в струйных мельницах, рабочим телом, инициирующим движение частиц, является воздух или инертные газы в случае измельчения взрывоопасных материалов.

В свою очередь, воздух разгоняется вращающимся ротором. В камере измельчения формируется пылевое облако, в котором частицы движутся подобно молекулам газа, хаотически соударяясь, что и обеспечивает эффективное измельчение и смешивание порошкообразных материалов. Линейная скорость обечайки ротора превосходит 250 м/сек. Минимальный износ ротора обеспечивается особой конструкцией камеры измельчения, конструкцией ротора, а также соответствующей конфигурацией и размерами других элементов конструкции, а именно формы классифицирующей части камеры, скорости оборотов ротора и то подобное.

Практически все параметры мельницы являются расчетными и определяются в зависимости от свойств конкретного материала, необходимой степени измельчения, крупности исходного и готового продукта. Исходный продукт подается в камеру измельчения через бункер и шнековый питатель. Возможна подача непосредственно в камеру при работе мельницы в непрерывном режиме на проход в составе линии.

Схема работы мельниц РВМ изображена на Фиг. 1.

В состав мельницы РВМ входят:

1. Система охлаждения мельницы и измельчаемого материала;

2. Система подачи материала в мельницу;

3. Циклон и вытяжной вентилятор.

Настройка мельницы по виду измельчаемого материала и производительности осуществляется с помощью регулировки частоты вращения ротора и скорости всасывающего воздушного потока.

При регулируемой подаче предварительно измельченного целлюлозосодержащего сырья в камеру вместе с подаваемым на измельчение полимером происходит увеличение производительности помола при одновременном измельчении разнородных по структуре и физическим свойствам материалов.

В РВМ одновременно с измельчением происходит необходимая классификация материала. Материал, который измельчается легче, достигнув определенной крупности, выходит первым из камеры, и смешивание будет неудовлетворительное. Положительный эффект достигается за счет дозированной подачи предварительно измельченного легкоизмельчаемого компонента в мельницу с одновременной подачей в нее трудноизмельчаемого компонента. Для эффективного предварительного измельчения к измельчаемому целлюлозосодержащему растительному компоненту добавляют по 5% (масс. долей) адипиновой кислоты и NaOH в твердом виде.

Концентрация микроволокнистого порошкового продукта в закачиваемой воде варьируется от 0,5 и более % без добавок в зависимости от реальной приемистости пласта, способности пористой среды принимающего участка обрабатываемого пласта поглотить закачиваемую жидкость при определенном давлении в единицу времени на 1 метр мощности (толщины) принимающего пласта. При этом за счет целлюлозной муки происходит «загущение» закачиваемой воды в обрабатываемый участок пласта, которое обеспечивает необходимую блокаду промытой (обводненной) зоны. Последнее способствует перераспределению потоков закачиваемой воды в ранее неохваченные закачкой зоны продуктивного (нефтяного) пласта, т.е. мы планируем закачку вытесняющего агента (воды) в те менее проницаемые участки пласта, откуда нефть ранее не вытеснялась водой, и таким образом способствуем обработке других участков «слоеного» пирога, каким условно является нефтяной пласт, как изображено на Фиг. 2. Для ремонтно-изоляционных работ и изоляции водоносных или обводненных пропластков «слоеного пирога» пласта, как изображено на Фиг. 2, участок красного цвета, планируется дозировать в закачиваемую «воду» целлюлозную муку (с добавками соляной кислоты), варьируя его концентрацией в закачиваемой воде от 1 и более % в зависимости от реальной приемистости пласта (способности пористой среды принимающего участка обрабатываемого пласта поглотить закачиваемую жидкость при определенном давлении в единицу времени на 1 метр толщины принимающего пласта).

Керновые испытания растворов композиции на основе целлюлозной муки показали высокие значения фактора сопротивления ФС (отношение коэффициента подвижности (мкм²/мПа·с) воды до воздействия к коэффициенту подвижности раствора композиции в пористой среде) (30,5) и остаточного фактора сопротивления ОФС (отношение подвижности воды до воздействия к подвижности воды после воздействия методов увеличения нефтеотдачи) (21-32). Это свидетельствует о том, что композиция на основе целлюлозной муки обладает хорошим фильтрационным (гидродинамическим) сопротивлением в пласте. При этом величина фактора кольматации ФК (показывает глубинность воздействия. Если этот параметр меньше или равен 1, то воздействие методов увеличения нефтеотдачи ограничено входной частью керна, т.к. перепад давления после воздействия МУН при обратной фильтрации меньше или равен таковому при начальной фильтрации воды) намного выше единицы, следовательно, композиция фильтруется вглубь керна, а не ограничивается его входной частью.

Принцип действия трехкомпонентной порошковой композиции целлюлозной муки (целлюлозные микроволокна, микрочастицы гидрослюды, полимерная добавка) заключается в ее способности образовывать в закачиваемой воде стабильную коллоидно-дисперсную систему.

Способность образовывать в закачиваемой воде стабильную коллоидно-дисперсную систему (при различных фильтрационно-емкостных характеристиках пластов-коллекторов) обусловлена следующими факторами.

При низких и средних приемистостях (не>600 м³/сутки) обрабатываемого неоднородного пласта-коллектора стабильность блокирующей и нефтевытесняющей дисперсии целлюлозной муки в обводненных пропластках обеспечивает полимерная добавка, связывающая между собой краевые сколы и базальные поверхности микрочастиц гидрослюды.

Микроволокна целлюлозы оказывают синергетическое действие на стабильность и водоизоляционные характеристики полученной коллоидно-дисперсной системы целлюлозной муки в пласте.

Минеральные добавки способствуют измельчению и гомогенизации исходного сырья, а именно микроволокнистого порошкового продукта на основе однолетних целлюлозосодержащих растений, и созданию основы коллоидного геля в пористой среде пласта.

При высоких приемистостях обрабатываемого пласта (>600 м³/сутки) добавка в систему целлюлозной муки соляной кислоты приводит к возникновению упругой гидро-гелевой микродисперсной системы, обладающей высокими водоизолирующими характеристиками.

Образование гидро-гелевой системы происходит путем разрушения кристаллической решетки гидрослюды (за счет удаления стабилизирующих слоистую структуру гидрослюд катионов) и возникновения множественных водородных и ковалентных связей в системе: высокодисперсная окись кремния (остаток гидрослюд после кислотной обработки) - микроволокна целлюлозы - полимерная добавка.

Предварительное миксование целлюлозосодержащего растительного сырья и минеральной добавки проводят в соотношении 30÷70% (вес). В качестве целлюлозосодержащего растительного сырья используют однолетние целлюлозосодержащие растения с содержанием целлюлозы не менее 30%, в качестве минеральной добавки используют высоко дисперсную гидрослюду. Для измельчения используют роторно-вихревую мельницу (РВМ) при скорости вращения ротора РВМ≥ 200 с^-1 и температуре в измельчительной камере ≥150°C. Миксование измельченной смеси производится с блок-сополимером с молекулярной массой не ниже 2,5 млн. углеродных единиц на основе акриламидных компонентов в соотношении 95÷98% (вес.) измельченной смеси по отношению к блок-сополимеру с молекулярной массой не ниже 2,5 млн углеродных единиц на основе акриламидных компонентов.

Перечень фигур.

На Фиг. 1 изображена схема мельницы РВМ (роторно-вихревая мельница), состоящей из системы охлаждения мельницы и измельчаемого материала; системы подачи материала в мельницу; циклона и вытяжного вентилятора.

На Фиг. 2 изображена схема ремонтно-изоляционных работ и изоляции водоносных или обводненных пропластков «слоеного пирога» пласта.

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к способам изоляции водоносных или обводненных пластов. Технический результат изобретения заключается в повышении нефтеотдачи и снижении отбора воды из добывающих нефтяных скважин. Способ изоляции водоносных или обводненных пластов включает закачку в зону изоляции водоизоляционной композиции, которая представляет собой целлюлозную муку, включающую микроволокнистый порошковый продукт на основе однолетних целлюлозосодержищих растений, минеральную высокодисперсную гидрослюду, стабилизирующею термостойкую солестойкую полимерную добавку. Способ получения целлюлозной муки заключается в предварительном миксовании волокнистого целлюлозосодержащего сырья и минеральных добавок с дальнейшим измельчением и последующим миксованием полученного помола со стабилизирующей термостойкой солестойкой полимерной добавкой при следующем соотношении компонентов, %: микроволокнистый порошковый продукт на основе однолетних целлюлозосодержищих растений 40-58,5, минеральная высокодисперсная гидрослюда 40-60, стабилизирующая термостойкая солестойкая полимерная добавка 1,5-5. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Целлюлозная мука для изоляции водоносных или обводненных пластов с целью повышения нефтеотдачи и снижения отбора воды из добывающих нефтяных скважин, отличающаяся тем, что в ее состав входят микроволокнистый порошковый продукт на основе однолетних целлюлозосодержащих растений; минеральная высокодисперсная гидрослюда; стабилизирующая термостойкая солестойкая полимерная добавка.

2. Мука по п. 1, отличающаяся тем, что средний размер волокон составляет от 0,5 до 200 мкм и содержание микроволокнистого порошкового продукта на основе однолетних целлюлозосодержащий растений в муке по п. 1 составляет от 40 до 58, 5%.

3. Мука по п. 1, отличающаяся тем, что минеральная высокодисперсная слюда в своей основе имеет фракцию слюдо- или хлоритоподобных минералов диоксида кремния; средний размер частиц составляет от 0,5 до 20 мкм; содержание минеральной высокодисперсной гидрослюды в муке по п. 1 составляет от 40 до 60%.

4. Мука по п. 1, отличающаяся тем, что стабилизирующая термостойкая солестойкая полимерная добавка представляет собой блок-сополимер с молекулярной массой не ниже 2,5 млн углеродных единиц на основе акриламидных компонентов; содержание полимерной добавки в муке по п. 1 составляет от 1,5 до 5%.

5. Состав для ремонтно-изоляционных работ водоносных или обводненных пропластков, включающий целлюлозную муку по п. 1, воду с добавками соляной кислоты, отличающийся тем, что порошковый состав применяется для ремонтно-изоляционных работ с целью изоляции водоносных или обводненных пропластков, а также ликвидации зон поглощений при строительстве и ремонте скважин; планируется дозировать закачиваемую воду с добавками соляной кислоты с концентрацией от 0,5% и выше, варьируя концентрацию муки по п. 1 в закачиваемой воде от 2% и выше, в зависимости от фильтрационно-емкостных характеристик обрабатываемого участка пласта.

6. Способ получения муки по п. 1, заключающийся в предварительном миксовании волокнистого целлюлозосодержащего сырья и минеральных добавок с дальнейшим измельчением и последующим миксованием полученного помола со стабилизирующей термостойкой солестойкой полимерной добавкой.

7. Способ по п. 6, отличающийся тем, что предварительное миксование целлюлозосодержащего растительного сырья и минеральной добавки проводят в соотношении 30÷70% (вес.).

8. Способ по п. 6, отличающийся тем, что в качестве целлюлозосодержащего растительного сырья используют однолетние целлюлозосодержащие растения с содержанием целлюлозы не менее 30%, а в качестве минеральной добавки используют высокодисперсную гидрослюду.

9. Способ по п. 6, отличающийся тем, что для измельчения используют роторно-вихревую мельницу (РВМ) при скорости вращения ротора РВМ ≥200 с^-1 и температуре в измельчительной камере ≥150°C.

10. Способ по п. 6, отличающийся тем, что миксование измельченной смеси производится с блок-сополимером с молекулярной массой не ниже 2,5 млн углеродных единиц на основе акриламидных компонентов, в соотношении 95÷98% (вес.) измельченной смеси по отношению к блок-сополимеру с молекулярной массой не ниже 2,5 млн углеродных единиц на основе акриламидных компонентов.

11. Способ по п. 6, отличающийся тем, что в качестве стабилизирующей термостойкой солестойкой полимерной добавки используют блок-сополимер с молекулярной массой не ниже 2,5 млн углеродных единиц на основе акриламидных компонентов.