Селективный эмульсионный состав для водоизоляции и выравнивания профиля притока добывающих скважин Российский патент 2020 года по МПК E21B33/138 C09K8/502 E21B43/32 

Изобретение относится к области строительства и ремонта нефтегазовых скважин, а именно к составам для изоляции притока воды в скважину, используемым, преимущественно, при ограничении водопритока в процессе ремонта нефтегазовых скважин, а также при выравнивании профиля притока добывающих скважин при закачке его в нагнетательную скважину и ликвидации поглощений промывочной жидкости при бурении скважин с использованием растворов на углеводородной основе (РУО).

Известна гидрофобная эмульсия для изоляции водопритоков в нефтедобывающих скважинах (Г.А. Орлов, М.Ш. Кендис, В.И. Глущенко Применение обратных эмульсий в нефтедобыче. - М: Наука, 1991), включающая углеводородную жидкость, пластовую воду, или водный раствор хлорида кальция, или раствор сильной кислоты и эмульгатор ЭС-2 - продукт амидирования кубовых остатков синтетических жирных кислот декстрамином.

Однако указанная эмульсия является неустойчивой в кислых и слабоминерализованных средах, а именно: в этих средах снижается ее вязкость и структурно-механические свойства.

Известна Эмульсия для изоляции притока пластовых вод в скважине (Патент РФ №2186959) содержащая в мас. %: углеводородную жидкость - 74-90; остатки кубовые при производстве аминов С₁₇-С₂₀ - 3-5; неорганическая соль алюминия - 2-4; вода - остальное.

Основным недостатком известной эмульсии является образование кислоты при гидролизе кислотообразующих солей алюминия. Образовавшаяся кислота способна реагировать с карбонатной породой, увеличивая проницаемость водонасыщенных пропластков, что снижает эффективность проводимых изоляционных работ. Снижение концентрации кислоты при взаимодействии с карбонатной породой приводит к снижению взаиморастворимости указанных кубовых остатков в углеводородной и водной фазах, повышению межфазного натяжения и, как следствие, к снижению стабильности эмульсии.

Наиболее близкой к предлагаемому техническому решению является гидрофобная эмульсия для изоляции притока пластовых вод в скважину (Патент РФ №2134345), содержащая в мас. %: нефть 32,0-56,0; кубовые остатки производства аминов С₁₇-С₂₀ или продукт поликонденсации остатков кубовых при производстве аминов С₁₇-С₂₀ и остатков кубовых при производстве капролактама 1,0-4,0 и пластовую воду хлоркальциевого типа плотностью 1060-1180 кг/м³ - остальное.

Недостатком известной эмульсии являются низкие структурно-механические свойства, которые еще сильнее снижаются во времени, что приводит к размыванию эмульсионного барьера пластовыми водами и снижению эффективности проводимых изоляционных работ в высокопроницаемых и трещиноватых коллекторах.

Также недостатком известной эмульсии является низкая устойчивость к слабоминерализованным водам. Полярные группы кубовых аминов и аминоспиртов, способные к взаимодействию с катионами и анионами электролитов водной фазы, повышают растворимость в воде и нефти и снижают межфазное натяжение. При взаимодействии со слабоминерализованными водами снижается растворимость в воде и нефти кубовых аминов и аминоспиртов, что приводит к низкой устойчивости известной эмульсии.

Низкое сродство аминов и нефти (амины растворяются в нефти при 40-45°С) затрудняет приготовление эмульсионного состава в промысловых условиях.

Техническим результатом заявляемого изобретения является придание эмульсионному составу способности снижать проницаемость продуктивного коллектора по воде при сохранении селективных свойств, за счет увеличения структурно-механических свойств во времени при контакте с водой, снижения размываемости и увеличения остаточного сопротивления движению воды в поровом пространстве коллектора.

Указанный технический результат достигается предлагаемым селективным эмульсионным составом для водоизоляции и выравнивания профиля притока добывающих скважин, содержащим углеводородную жидкость, раствор хлорида кальция, эфиры жирных кислот, при этом новым является то, что в качестве эфиров жирных кислот состав содержит смесь модифицированных сложных эфиров жирных кислот и многоатомного спирта, при этом раствор хлорида кальция применяется в виде раствора с плотностью 1,06-1,32 г/см3, и дополнительно состав содержит олеиновую кислоту, прямую эмульсию, представляющую собой водную дисперсию коллоидных частиц сополимеров стирола и/или бутадиена стабилизированную ионными ПАВ и мраморную крошку, при следующем соотношении компонентов мас %:

- углеводородная жидкость - 23,5-74,3 - олеиновая кислота -0,4-1,7 - смесь модифицированных эфиров жирных кислот и многоатомного спирта - 1,7 - 7,9 - указанная прямая эмульсия - 1,6-15,8, - мраморную крошку - 0,5-30,2 - указанный раствор хлорида кальция - остальное.

В качестве углеводородной жидкости он содержит дизельное топливо, или минеральное и синтетическое масло, или безводную товарную нефть, или α-олефины, а также их различные сочетания.

Состав дополнительно содержит термостабилизирующую добавку в виде смеси азотсодержащих соединений, включающей амидоамины, имидазолины, полиамидоамины в количестве 2,0-4,0 мас %.

Достижение указанного технического результата обеспечивается за счет следующего.

Благодаря введению в заявляемый эмульсионный состав прямой эмульсии, которая представляет собой водную дисперсию коллоидных частиц сополимеров стирола и/или бутадиена, стабилизированную ионными ПАВ, улучшаются структурно-механические свойства предлагаемого эмульсионного состава при контакте с пластовыми водами, за счет протекания реакции коагуляции сополимеров стирола и/или бутадиена. Ионные ПАВ, образуя защитную оболочку вокруг частиц сополимеров стирола и/или бутадиена, стабилизируют глобулы прямой эмульсии от преждевременной коалесценсии.

Для регулирования роста структурно-механических свойств во времени и обеспечения селективного действия заявляемого состава при взаимодействии с пластовыми флюидами эмульсионный состав содержит олеиновую кислоту, которая дополнительно стабилизирует прямую эмульсию сополимеров стирола и/или бутадиена при взаимодействии с минерализованной пластовой водой. Низкое значение гидрофильно-липофильного баланса олеиновой кислоты позволяет повысить липофильность глобулы эмульсии, предотвращая самопроизвольное увеличение реологических характеристик.

Для агрегативной устойчивости состава в условиях высоких пластовых температур (выше 50°С) эмульсионный состав дополнительно содержит термостабилизирующую добавку, азотсодержащие молекулы которой образуют между собой (и молекулами эмульгатора) супрамолекулярные структуры.

В отличие от прототипа, заявляемый эмульсионный состав при взаимодействии с пластовой водой улучшает структурно-механические свойства не только за счет увеличения водной фазы (раствор хлорида кальция) в эмульсии, но и за счет коагуляции сополимеров стирола и/или бутадиена, скорость которой регулируется с помощью олеиновой кислоты, что позволяет увеличивать структурно-механические свойства эмульсии после ее закачки в пласт. Образующаяся структура коагулята сополимеров стирола и/или бутадиена в совокупности с его высокой адгезионной способностью позволяет удерживать предлагаемый эмульсионный состав в порах коллектора, образуя прочный водоизоляционный барьер.

При взаимодействии с нефтью структурно-механические свойства исходной эмульсии снижаются за счет разжижения при увеличении содержания углеводородной жидкости, и коагуляция сополимеров прямой эмульсии не происходит. В результате заявляемый состав легко выносится из нефтенасыщенного пропластка.

Смесь модифицированных сложных эфиров жирных кислот и многоатомного спирта совместно с олеиновой кислотой проявляют синэргетический эффект в части стабилизации водной дисперсии коллоидных частиц сополимеров стирола и/или бутадиена.

Кроме того, состав устойчив в кислых средах за счет использования в рецептуре смеси модифицированных сложных эфиров жирных кислот и многоатомного спирта. После структурообразования эмульсии, за счет коагуляции сополимеров стирола и/или бутадиена, повышается ее устойчивость к кислым средам и размываемости пластовыми водами.

Таким образом, заявляемый эмульсионный состав обладает высокими структурно-механические свойствами и адгезией по отношению к горной породе при сохранении селективности, присущей эмульсионным составам.

Ввод в предлагаемый эмульсионный состав мраморной крошки, повышает его эффективность при использовании в высокопроницаемых коллекторах за счет кольматации порового пространства.

Для получения заявляемого эмульсионного состава использовали следующие реагенты:

Возможность осуществления заявляемого изобретения подтверждается следующими примерами.

Пример 1. Для приготовления 400 г эмульсионного состава брали 104,5 г дизельного топлива и при перемешивании со скоростью 600 об/мин. на лабораторной мешалке последовательно добавляли Эмульверт (смесь модифицированных сложных эфиров жирных кислот и многоатомного спирта) в количестве 7,6 г, олеиновую кислоту 2,1 г и реагент Инжель марки ВИ (прямая эмульсия) в количестве 7,6 г. После введения каждого реагента перемешивали в течении 15 минут. Далее медленно прибавляли 273,9 г раствора хлорида кальция плотностью 1,32 г/см³ (и, увеличив скорость вращения мешалки более 2000 об/мин, продолжали диспергирование в течение 20 минут, после чего вводили мраморную крошку в количестве 4,3 г. и перемешивали при той же скорости вращения в течение 5 минут.

В результате получили эмульсионный состав со следующим соотношением компонентов, мас. %.: углеводородная фаза - 26,1; олеиновая кислота - 0,5; смесь модифицированных сложных эфиров жирных кислот и многоатомного спирта - 1,9; прямая эмульсия, представляющая собой водную дисперсию коллоидных частиц сополимеров стирола и/или бутадиена стабилизированную ионными ПАВ-1,9; мраморная крошка 1,1; раствор хлорида кальция - 68,5.

Пример 2. Для приготовления 400 г эмульсионного состава брали 94 г дизельного топлива и при перемешивании со скоростью 600 об/мин. на лабораторной мешалке последовательно добавляли Эмульверт (смесь модифицированных сложных эфиров жирных кислот и многоатомного спирта) в количестве 6,8 г, термостабилизирующую добавку 8 г, олеиновую кислоту 1,6 г и реагент Инжель марки ВИ (прямая эмульсия) в количестве 6,4 г. После введения каждого реагента перемешивали в течении 15 минут. Далее медленно прибавляли 281,2 г раствора хлорида кальция плотностью 1,32 г/см и, увеличив скорость вращения мешалки более 2000 об/мин, продолжали диспергирование в течение 20 минут, после чего вводили мраморную крошку в количестве 2 г. и перемешивали при той же скорости вращения в течение 5 минут.

В результате получили эмульсионный состав со следующим соотношением компонентов, мас. %.: углеводородная фаза - 23,5; ; смесь модифицированных сложных эфиров жирных кислот и многоатомного спирта - 1,7; термостабилизирующая добавка - 2,0; олеиновая кислота - 0,4; прямая эмульсия, представляющая собой водную дисперсию коллоидных частиц сополимеров стирола и/или бутадиена стабилизированную ионными ПАВ - 1,6; мраморная крошка 0,5; раствор хлорида кальция - 70,3.

Предлагаемые эмульсионные составы с другим количественным соотношением компонентов готовили аналогичным образом (см. таблицу 1).

В качестве показателей свойств предлагаемого состава использовали следующие параметры: эффективная вязкость при скорости сдвига 5 с^-1, прочность геля (10 сек), коэффициент консистенции, твердость, сила адгезии, эффективность изоляции порового пространства породы.

Вязкость состава, прочность геля и коэффициент консистенции определяли на вискозиметре модели 1100 производства OFITE (США).

Твердость и силу адгезии эмульсионного состава измеряли с использованием прибора Texture Analyser СТЗ производства Brookfield (США).

Эффективность изоляции порового пространства породы после закачки в него состава определяли с помощью лабораторной установки для определения фильтрационных и блокирующих характеристик технологических жидкостей и составов ПИК-ОФП/ЭП производства АО «ГеоЛогика» (Россия). Для приготовления насыпных моделей использовали пластовую воду (плотность ρ=1,18 г/см³, минерализация 273000 мг/дм³, общая жесткость 1200 мг-экв/дм³, рН=3) и нефть (плотность 0,83 г/см³, вязкость 5 мПа*с), и определяли проницаемость по воде и нефти.

В таблице 2 приведены свойства эмульсионного состава.

Добавление смеси модифицированных эфиров жирных кислот и многоатомного спирта ниже заявляемого предела не позволяет получить устойчивую эмульсию с необходимыми структурно-механические свойствами для создания прочного водоизоляционного барьера, а более заявляемого предела экономически нецелесообразно, т.к. не влияет на качество эмульсии.

Недостаточное количество водной дисперсии коллоидных частиц сополимеров стирола и/или бутадиена не позволяет получить необходимые структурно-механические свойства, избыточное количество (выше заявляемого предела) - увеличивает структурно-механические свойства, что приводит к увеличению давления при закачке эмульсии, что технологически неприемлемо.

Добавлении олеиновой кислоты в предлагаемый состав в количестве ниже заявляемого предела приводит к снижению стабильности прямой эмульсии сополимеров стирола и/или бутадиена и быстрому структурообразованию предлагаемого эмульсионного состава, а более заявляемого предела - не влияет на сроки структурообразования.

Введение в эмульсионный состав раствора хлорида кальция ниже заявленного приводит к низкой стабильности эмульсионного состава, а более высокая - не оказывает существенного влияния на качество эмульсионного состава. Выбор плотности раствора хлорида кальция в пределах 1,06-1,32 г/см³ обусловлено тем, что жесткость раствора хлористого кальция плотностью ниже 1,06 г/см³ приводит к низкой стабильности эмульсионного состава, а жесткость раствора хлористого кальция плотностью выше 1,32 г/см³ не оказывает существенного влияния на качество эмульсионного состава.

Введение мраморной крошки в недостаточном количестве не влияет на качество эмульсионного состава, а избыток - увеличивает структурно-механические свойства эмульсионного состава, что может привести к высоким давлениям закачки, что технологически неоправданно.

На основании проведенных сопоставительных опытов (таблица 2) можно сделать вывод о том, что использование рецептуры эмульсионного состава с заявленным количественным и качественным соотношением компонентов, по сравнению с известным, позволяет сохранить селективные свойства эмульсионного состава и в большей степени снизить проницаемость водонасыщенных поровых каналов пласта, за счет высоких структурно-механические свойств эмульсии и высокой адгезии к поверхности породы при контакте с пластовой водой.

Из таблицы 2 видно, что структурно-механические свойства предлагаемого эмульсионного состава изменяются в широком диапазоне. Твердость и сила адгезии предлагаемого эмульсионного состава значительно, более чем в 2 раза, превышают значения прототипа. Фильтрационные исследования также показали высокие значения фактора остаточного сопротивления и перепада давления при вызове притока по сравнению с прототипом (более чем в 7 раз и более чем в 2 раза соответственно).

Восстановление проницаемости по нефти находится в диапазоне 36-57%, что свидетельствует о наличии селективных свойств эмульсионного состава.

Данные факты указывают на возможность создания предлагаемым эмульсионным составом более прочного водоизоляционного барьера, способного выдерживать большие перепады давления, по сравнению с составом по прототипу, за счет увеличения структурно-механических свойств состава при контакте с водой и надежной кольматации порового пространства при сохранении селективных свойств.

Изобретение относится к составам для ограничения водопритока в процессе ремонта нефтегазовых скважин, а также при выравнивании профиля притока добывающих скважин при закачке его в нагнетательную скважину и ликвидации поглощений промывочной жидкости при бурении скважин с использованием растворов на углеводородной основе (РУО). Селективный эмульсионный состав содержит углеводородную жидкость, раствор хлорида кальция, эфиры жирных кислот. При этом в качестве эфиров жирных кислот состав содержит смесь модифицированных сложных эфиров жирных кислот и многоатомного спирта. При этом раствор хлорида кальция применяется в виде раствора с плотностью 1,06-1,32 г/см³. Дополнительно состав содержит олеиновую кислоту, прямую эмульсию, представляющую собой водную дисперсию коллоидных частиц сополимеров стирола и/или бутадиена, стабилизированную ионными ПАВ, и мраморную крошку при следующем соотношении компонентов, мас. %: углеводородная жидкость 23,5-74,3; олеиновая кислота - 0,4-1,7; смесь модифицированных эфиров жирных кислот и многоатомного спирта - 1,7-7,9; указанная прямая эмульсия - 1,6-15,8; мраморная крошка - 0,5-30,2; указанный раствор хлорида кальция - остальное. Техническим результатом является снижение проницаемости продуктивного коллектора по воде при сохранении селективных свойств за счет увеличения структурно-механических свойств во времени при контакте с водой, снижения размываемости и увеличения остаточного сопротивления движению воды в поровом пространстве коллектора. 2 з.п. ф-лы, 2 пр., 2 табл.

1. Селективный эмульсионный состав для водоизоляции и выравнивания профиля притока добывающих скважин, содержащий углеводородную жидкость, раствор хлорида кальция, эфиры жирных кислот, отличающийся тем, что в качестве эфиров жирных кислот состав содержит смесь модифицированных сложных эфиров жирных кислот и многоатомного спирта, при этом раствор хлорида кальция применяется в виде раствора с плотностью 1,06-1,32 г/см³, и дополнительно состав содержит олеиновую кислоту, прямую эмульсию, представляющую собой водную дисперсию коллоидных частиц сополимеров стирола и/или бутадиена, стабилизированную ионными ПАВ, и мраморную крошку при следующем соотношении компонентов, мас. %:

углеводородная жидкость 23,5-74,3 олеиновая кислота 0,4-1,7 смесь модифицированных эфиров жирных кислот и многоатомного спирта 1,7- 7,9 указанная прямая эмульсия 1,6-15,8, мраморная крошка 0,5-30,2 указанный раствор хлорида кальция остальное.

2. Состав по п. 1, отличающийся тем, что в качестве углеводородной жидкости он содержит дизельное топливо, или минеральное и синтетическое масло, или безводную товарную нефть, или α-олефины, a также их различные сочетания.

3. Состав по п. 1, отличающийся тем, что дополнительно содержит термостабилизирующую добавку в виде смеси азотсодержащих соединений, включающей амидоамины, имидазолины, полиамидоамины, в количестве 2,0-4,0 мас. %.