Способ получения гелеобразующей композиции для изоляции водопритоков в скважину Российский патент 2024 года по МПК C09K8/42 E21B33/138 E21B43/32 

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к способам получения составов для изоляции водопритоков в добывающих скважинах.

Известна гелеобразующая композиция для изоляции водопритока в скважину, состоящая из гелеобразующей композиции на основе высокомолекулярного ПАА и гелеобразующей композиции на основе низкомолекулярного ПАА, при этом состав композиции на основе ПАА с высокой молекулярной массой содержит следующее соотношение реагентов, масс, ч.: ПАА с молекулярной массой 5-12 а.е.м. - 0,3-0,5; ацетат хрома - 0,15-0,20; вода - 100,0, а состав композиции на основе ПАА с низкой молекулярной массой содержит следующее соотношение реагентов, масс, ч.: ПАА с молекулярной массой 1-2,5 а.е.м. - 1,7-4; ацетат хрома - 0,15-0,60; вода - 100,0 (ГШ 2704168, 2019).

Недостатком известного решения является то, что изолирующий состав на основе ПАА не обладает химической селективностью, что приводит к снижению проницаемости не только водонасыщенных, но и нефтенасыщенных зон продуктивного пласта.

Известен способ получения состава для изоляции воды в скважинах, заключающийся в том, что предварительно ГИПАН растворяют в воде, вводят в этот раствор силикат натрия и полученную смесь перемешивают. При этом указанные компоненты используют при следующем соотношении, масс: гидролизованный полиакрилонитрил - 3 - 10; силикат натрия - 10-30; вода-остальное. При попадании состава в обводненный пласт и смешении с пластовой водой, содержащей ионы Са²⁺, Mg²⁺и др., происходит высаждение ГИПАНа и силиката натрия с образованием крупитчато-гелеобразной массы, способной перекрывать поры и мелкие трещины. Состав обладает химической селективностью, так как в нефтенасыщенных интервалах тампонирующая масса не образуется (SU 1329240, 1995).

Недостатком известного решения является то, что образование изолирующего экрана в виде гель-осадка при взаимодействии полученного состава с пластовой водой, содержащей ионы поливалентных металлов, происходит практически мгновенно. Таким образом, возможно преждевременное осадкообразование и формирование гель-осадка в стволе скважины, что осложняет технологию проведения водоизоляционных работ.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ получения гелеобразующей композиции для ограничения водопритоков в скважину, содержащей, масс.ч..: гидролизованный полиакрилонитрил - 6,0-10,0; ацетат хрома - 0,5-1,0; сульфат аммония - 1,0-2,0, пресную воду - 100,0. В качестве инициатора и регулятора гелеобразования выступает ацетат хрома. Добавка в композицию сульфата аммония способствует повышению прочности образующегося геля. Разработанная композиция имеет регулируемое время гелеобразования (от 6,5 до 14 часов) и обладает повышенной стабильностью в пресной или слабоминерализованной пластовой воде (RU 2706150, 2019).

Недостатком полученной данным способом композиции является невозможность применения ее на объектах с пластовыми водами высокой минерализации, так как гидролизованный полиакрилонитрил, входящий в состав композиции, мгновенно реагирует с высокоминерализованной водой и образует в зоне контакта коагуляционную пленку гель-осадка. Кроме того, состав не обладает химической селективностью, так как способен к гелеобразованию как в водонасыщенных, так и в нефтенасыщенных зонах.

Технической проблемой, на решение которой направлено данное изобретение, является разработка гелеобразующей композиции в виде обратной эмульсии для изоляции водопритоков высокой минерализации, обладающей физической и химической селективностью и обеспечивающей снижение проницаемости только водонасыщенных интервалов.

Поставленная техническая проблема решается созданием способа получения гелеобразующей композиции для изоляции водопритоков в скважину, содержащей гидролизованный полиакрилонитрил, ацетат хрома и пресную воду, отличающийся тем, что готовят первый состав, содержащий, % масс: гидролизованный полиакрилонитрил - 4,0-12,0; ацетат хрома - 1,0-3,0; пресную воду - остальное до 100, и второй состав, содержащий, % масс: эмульгатор ХС - 15,0-25,0; углеводородный растворитель - товарную нефть или дизельное топливо - остальное до 100, далее первый состав при перемешивании вводят во второй состав в массовом соотношении первый состав : второй состав, равном 3-4:1, и продолжают перемешивание до получения целевого продукта в виде однородной эмульсии, содержащей, % масс: гидролизованный полиакрилонитрил - 3,2-9,0; ацетат хрома - 0,8-2,3; эмульгатор ХС - 3,0-6,3; указанный углеводородный растворитель - 17,0-18,7; пресную воду - остальное, до 100.

Технический результат заключается в обеспечении водоизолирующего экрана после адсорбции ПАВ (поверхностно-активного вещества) в пористой среде и предотвращении процесса осадкогелеобразования при контакте гелеобразующей композиции с пластовой нефтью за счет пролонгированного воздействия на изолируемый интервал.

Сущность изобретения заключается в следующем.

Способ получения гелеобразующей композиции для изоляции водопритоков в скважину осуществляют следующим образом. Готовят первый состав (состав 1), содержащий, % масс: гидролизованный полиакрилонитрил - 4,0-12,0; ацетат хрома - 1,0-3,0 и пресную воду - остальное до 100. Затем приготавливают второй состав (состав 2) - раствор ПАВ в углеводородном растворителе. При этом в качестве ПАВ используют углеводородный раствор сложных эфиров олеиновой, линолевой, линоленовой, смоляных кислот и триэтаноламина, и амидов этих же кислот - Эмульгатор ХС, а углеводородный растворитель представляет собой товарную нефть или дизельное топливо. Указанное ПАВ - эмульгатор ХС и углеводородный растворитель используют для получения обратной эмульсии. Второй состав содержит, % масс: эмульгатор ХС 15,0-25,0; углеводородный растворитель - товарную нефть или дизельное топливо - остальное до 100. Далее водный раствор полимера с ацетатом хрома (первый состав) при перемешивании вводят в углеводородный раствор ПАВ (второй состав) в массовом соотношении первый состав : второй состав, равном 3-4:1. Перемешивание продолжают до получения однородной эмульсии вышеуказанного состава.

Механизм тампонирующего действия получаемой гелеобразующей композиции заключается в следующем. Первоначально эмульсия на основе гидролизованного полиакрилонитрила при взаимодействии с минерализованной пластовой водой не образует геля или осадка. Однако, по мере прохождения состава через пористую среду, ПАВ, входящий в состав композиции, адсорбируется на частицах пористой среды и, тем самым, высвобождает из эмульсии полимерный раствор. Далее полимер из раствора, взаимодействуя с минерализованной водой, образует гель-осадок различной степени прочности. Входящий в состав композиции сшивающий агент способствует образованию геля из той части объема полимерного раствора, которая не вошла в гель-осадок.

Получаемая композиция обладает не только физической, но и химической селективностью, образуя гель только в водонасыщенных высокопроницаемых зонах. При контакте разработанной композиции с пластовой нефтью процесс осадкогелеобразования не происходит.

Для приготовления гелеобразующей композиции используют следующие реагенты:

1. Гидролизованный полиакрилонитрил (ГИПАН), реагент ВПРГ, представляет собой порошок от желтого до коричневого цвета с массовой долей воды не более 7% масс, выпускается по ТУ 20.16.59-003-25196332-2021.

2. Ацетат хрома - Хром (III) ацетат (хром (III) уксуснокислый) марка А, представляет собой темно-зеленую жидкость с массовой долей хрома (III) не менее 11,35% масс, выпускается по ТУ 0254-031-17197708-96 с изм. №1-4.

3. Эмульгатор ХС представляет собой маслянистую подвижную жидкость от светло-коричневого до коричневого цвета, выпускается по ТУ 20.59.42-010-65367740-2023.

4. Пресная вода.

5. Углеводородный растворитель- дизельное топливо летнее по ГОСТ 305-2013 и товарная нефть М-Черниговская УПСВ плотностью 758 кг/м³ и динамической вязкостью 4,076 мПа*с при 25°С.

Компонентный состав разработанной композиции представлен в таблице 1.

Примеры приготовления гелеобразующей композиции для изоляции водопритока в скважину представлены ниже. Пример 1

В стеклянный стакан на 250 мл наливают 76,0 г пресной воды, а затем при перемешивании на лопастной мешалке постепенно вводят 3,2 г порошка гидролизованного полиакрилонитрила и перемешивают до получения однородного раствора во всем объеме. Затем также при перемешивании добавляют 0,8 г ацетата хрома.

После перемешивания в течение 5 мин получают состав 1 - полимерный раствор с инициатором гелеобразования со следующим содержанием ингредиентов, % масс: гидролизованный полиакрилонитрил - 4,0; ацетат хрома- 1,0; вода пресная - 95,0.

В другой стеклянный стакан на 250 мл наливают 17,0 г дизельного топлива (углеводородный растворитель) и при перемешивании на лопастной мешалке в углеводородный растворитель постепенно вводят 3,0 г эмульгатора ХС.

После перемешивания в течение 5 мин получают состав 2 -углеводородный раствор со следующим содержанием ингредиентов, % масс: эмульгатор ХС - 15,0; углеводородный растворитель - дизельное топливо-85,0.

Для получения обратной эмульсии в узкий стеклянный стакан на 250 мл заливают состав 2 - раствор ПАВ в углеводородном растворителе и помещают под лопастную мешалку. Включают режим перемешивания и из делительной воронки, медленно, по каплям, вводят в состав 2 состав 1, постепенно увеличивая скорость перемешивания. При этом массовое соотношение состава 1 к составу 2 составляет 4:1.

После ввода всего объема полимерного раствора продолжают перемешивание до получения однородной эмульсии со следующим содержанием ингредиентов, % масс: гидролизованный полиакрилонитрил -3,2; ацетат хрома - 0,8; пресная вода - 76,0; эмульгатор ХС - 3,0; углеводородный растворитель - дизельное топливо - 17,0, что в сумме составляет 100%.

Пример 2

В стеклянный стакан на 250 мл наливают 69,2 г пресной воды, а затем при перемешивании на лопастной мешалке постепенно вводят 4,6 г порошка гидролизованного полиакрилонитрила и перемешивают до получения однородного раствора во всем объеме. Затем, также при перемешивании, добавляют 1,2 г ацетата хрома.

После перемешивания в течение 5 мин получают состав 1 - полимерный раствор с инициатором гелеобразования со следующим содержанием ингредиентов, % масс: гидролизованный полиакрилонитрил - 6,1; ацетат хрома - 1,6; вода пресная - 92,3.

В другой стеклянный стакан на 250 мл наливают 20,0 г товарной нефти при перемешивании на лопастной мешалке в растворитель постепенно вводят 5,0 г эмульгатора ХС.

После перемешивания в течение 5 мин получают состав 2 - углеводородный раствор со следующим содержанием ингредиентов, % масс: эмульгатор ХС - 20,0; углеводородный растворитель - товарная нефть - 80,0.

Для получения обратной эмульсии в узкий стеклянный стакан на 250 мл заливают состав 2 - раствор ПАВ в углеводородном растворителе и помещают под лопастную мешалку. Включают режим перемешивания и из делительной воронки, медленно, по каплям, вводят в состав 2 состав 1, постепенно увеличивая скорость перемешивания. При этом массовое соотношение состава 1 к составу 2 составляет 3:1.

После ввода всего объема полимерного раствора продолжают перемешивание до получения однородной эмульсии со следующим содержанием ингредиентов, % масс: гидролизованный полиакрилонитрил - 4,6; ацетат хрома - 1,2; пресная вода - 69,2; эмульгатор ХС - 5,0; углеводородный растворитель товарная нефть - 20,0, что в сумме составляет 100%.

Пример 3

В стеклянный стакан на 250 мл наливают 71,5 г пресной воды, а затем при перемешивании на лопастной мешалке постепенно вводят 6,7 г порошка гидролизованного полиакрилонитрила и перемешивают до получения однородного раствора во всем объеме. Затем, также при перемешивании, добавляют 1,8 г ацетата хрома.

После перемешивания в течение 5 мин получают состав 1 - полимерный раствор с инициатором гелеобразования со следующим содержанием ингредиентов, % масс: гидролизованный полиакрилонитрил - 8,4; ацетат хрома - 2,2; вода пресная - 89,4.

В другой стеклянный стакан на 250 мл наливают 15,5 г дизельного топлива и при перемешивании на лопастной мешалке в растворитель постепенно вводят 4,5 г эмульгатора ХС.

После перемешивания в течение 5 мин получают состав 2 - углеводородный раствор со следующим содержанием ингредиентов, % масс: эмульгатор ХС - 22,5; углеводородный растворитель дизельное топливо - 77,5.

Для получения обратной эмульсии в узкий стеклянный стакан на 250 мл заливают состав 2 - раствор ПАВ в углеводородном растворителе и помещают под лопастную мешалку. Включают режим перемешивания и медленно по каплям вводят в углеводородный раствор ПАВ состав 1 - полимерный раствор из делительной воронки, постепенно увеличивая скорость перемешивания, при этом массовое соотношение состава 1 к составу 2 составляет 4:1.

После ввода всего объема полимерного раствора продолжают перемешивание до получения однородной эмульсии со следующим содержанием ингредиентов, % масс: гидролизованный полиакрилонитрил - 6,7; ацетат хрома - 1,8; пресная вода - 71,5; эмульгатор ХС - 4,5; углеводородный растворитель дизельное топливо - 15,5, что в сумме составляет 100%.

Пример 4

В стеклянный стакан на 250 мл наливают 63,7 г пресной воды, а затем при перемешивании на лопастной мешалке постепенно вводят 9,0 г порошка гидролизованного полиакрилонитрила и перемешивают до получения однородного раствора во всем объеме. Затем также при перемешивании, добавляют 2,3 г ацетата хрома.

После перемешивания в течение 5 мин получают состав 1 - полимерный раствор с инициатором гелеобразования со следующим содержанием, ингредиентов, % масс: гидролизованный полиакрилонитрил - 12,0; ацетат хрома - 3,0; вода пресная - 85,0.

В другой стеклянный стакан на 250 мл наливают 18,7 г товарной нефти, при перемешивании на лопастной мешалке в растворитель постепенно вводят 6,3 г эмульгатора ХС.

После перемешивания в течение 5 мин получают состав 2 - углеводородный раствор со следующим содержанием ингредиентов, % масс: эмульгатор ХС - 25,0; углеводородный растворитель товарная нефть - 75,0.

Для получения обратной эмульсии в узкий стеклянный стакан на 250 мл заливают состав 2 - раствор ПАВ в углеводородном растворителе и помещают под лопастную мешалку. Включают режим перемешивания и медленно, по каплям вводят в углеводородный раствор ПАВ состав 1 - полимерный раствор из делительной воронки, постепенно увеличивая скорость перемешивания, при этом массовое соотношение состава 1 к составу 2 составляет 3:1.

После ввода всего объема полимерного раствора продолжают перемешивание до получения однородной эмульсии со следующим содержанием ингредиентов, % масс: гидролизованный полиакрилонитрил - 9,0; ацетат хрома - 2,3; пресная вода - 63,7; эмульгатор ХС - 6,3; углеводородный растворитель товарная нефть - 18,7, что в сумме составляет 100%.

Пример 5 (по прототипу)

В стеклянный стакан объемом 150-200 мл при перемешивании механической мешалкой наливают воду (100 масс ч.) и добавляют гидролизованный полиакрилонитрил (7 масс, ч.), далее перемешивают до его растворения. В полученный раствор при перемешивании в течение 1 минуты добавляют ацетат хрома (0,65 масс, ч.), сульфат аммония (1 масс, ч.) и оставляют гелеобразующий состав на гелеобразование.

При проведении заявленного способа увеличение содержания в составе гелеобразователя - гидролизованного полиакрилонитрила - выше верхнего диапазона концентраций нецелесообразно ввиду высокой вязкости получаемой композиции. Применение гидролизованного полиакрилонитрила в концентрации менее нижней границы диапазона концентраций не приводит к образованию прочного геля.

Превышение содержания инициатора гелеобразования (ацетата хрома) выше верхнего диапазона концентраций приводит к слишком короткому времени гелеобразования состава. Содержание ацетата хрома в системе менее нижней границы диапазона концентраций не приводит к образованию геля.

Применение эмульгатора ХС меньше нижней границы диапазона концентраций не позволяет получить стабильную эмульсию для предупреждения преждевременной реакции гелеобразователя с минерализованной водой, превышение концентрации эмульгатора ХС выше верхней границы диапазона концентраций экономически нецелесообразно.

Методики исследования механизма действия гелеобразующего состава описаны ниже. Все испытания проводились при температуре 22±2°С.

1. Взаимодействие гелеобразующего состава с минерализованной водой. Свежеприготовленные образцы гелеобразуюшего состава смешивают с

минерализованной водой (30%-ный водный раствор CaCl₂) в соотношении 1:1 по объему.

В мерный стакан с расчетным количеством минерализованной воды вводят гелеобразующий состав и перемешивают с помощью лопастной мешалки со скоростью 300 об/мин в течение 5 минут. По окончании перемешивания визуально оценивают состояние системы и проверяют на наличие гель-осадка.

2. Взаимодействие гелеобразующего состава с нефтью. Свежеприготовленные образцы гелеобразуюшего состава смешивают с нефтью в соотношении 1:1 по объему.

В мерный стакан с расчетным количеством нефти вводят гелеобразующий состав и перемешивают с помощью лопастной мешалки со скоростью 300 об/мин в течение 5 минут.По окончании перемешивания визуально оценивают состояние системы и проверяют на наличие гель-осадка.

3. Фильтрование гелеобразующего состава через песочную пачку. Принцип действия разработанного гелеобразующего состава исследуют

с помощью фильтр-пресса для определения водоотдачи буровых растворов, основной деталью которого является цилиндрическая фильтровальная ячейка.

В чистую и сухую ячейку фильтр-пресса Fann LPLT модель 300 тонким слоем засыпают гравийный фильтр для предотвращения прохождения песка через отверстия сетки и засыпают кварцевый песок марки ВС-030-В фракции 0,1-0,4 мм.

Сверху заливают свежеприготовленный гелеобразующий состав (объемное соотношение кварцевый песок: гелеобразующий состав 2:1). В ячейку фильтр-пресса подают избыточное давление. Фильтрат, выходящий из песочной пачки, представляет собой часть углеводородной фазы и полимерный раствор. Далее полученный фильтрат постепенно вливают в минерализованную воду (30%-ный водный раствор CaCl₂) и перемешивают с помощью лопастной мешалки со скоростью 300 об/мин в течение 5 минут.По окончании перемешивания визуально оценивают состояние системы и проверяют на наличие гель-осадка.

Реологические характеристики систем исследуют с помощью ротационного вискозиметра FANN 35SA при скорости вращения 3 об/мин и 100 об/мин в соответствии с инструкцией к прибору.

Структуру получаемых гелей оценивают визуально и выражают в виде буквенного кода от А до J по классификатору Сиданска.

Результаты исследований представлены в таблице 2.

Таким образом, на примерах 1-4 таблицы 2 показано, что в процессе фильтрации разработанного состава через песочную пачку происходит адсорбция ПАВ (эмульгатор ХС) на частичках песка и по мере прохождения состава через насыпку высвобождается полимерный раствор. Далее фильтрат, содержащий гидролизованный полиакрилонитрил, при взаимодействии с минерализованной водой, образует тампонирующую массу. Без фильтрации эти процессы не протекают. При взаимодействии разработанного гелеобразующего состава с нефтью ГИПАН не коагулирует - гель или гель-осадок не образуется. При перемешивании с нефтью общая вязкость системы «гелеобразующий состав-нефть» снижается в 15 раз (по сравнению с исходной вязкостью состава), что закономерно для поведения обратных эмульсий типа «вода в масле».

Состав-прототип (пример 5) мгновенно образует гель-осадок на контакте с минерализованной водой, а при смешении с нефтью в течение 24 часов образует высоко пластичный, умеренно подвижный гель во всем объеме состава.

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности. Технический результат - обеспечение водоизолирующего экрана после адсорбции поверхностно-активных веществ в пористой среде и предотвращение процесса осадкогелеобразования при контакте с пластовой нефтью гелеобразующей композиции, полученной заявленным способом. В способе получения гелеобразующей композиции для изоляции водопритоков в скважину готовят первый состав, содержащий, мас.%: гидролизованный полиакрилонитрил 4,0-12,0; ацетат хрома 1,0-3,0; пресную воду - остальное до 100, и второй состав, содержащий, мас.%: эмульгатор ХС 15,0-25,0; углеводородный растворитель - товарную нефть или дизельное топливо - остальное до 100. Первый состав при перемешивании вводят во второй состав в массовом соотношении первый состав : второй состав равном 3-4:1 и продолжают перемешивание до получения целевого продукта в виде однородной эмульсии, содержащей, мас.%: гидролизованный полиакрилонитрил 3,2-9,0; ацетат хрома 0,8-2,3; эмульгатор ХС 3,0-6,3; указанный углеводородный растворитель 17,0-18,7; пресную воду - остальное до 100. 2 табл., 4 пр.

Способ получения гелеобразующей композиции для изоляции водопритоков в скважину, содержащей гидролизованный полиакрилонитрил, ацетат хрома и пресную воду, отличающийся тем, что готовят первый состав, содержащий, мас.%: гидролизованный полиакрилонитрил 4,0-12,0; ацетат хрома 1,0-3,0; пресную воду - остальное до 100, и второй состав, содержащий, мас.%: эмульгатор ХС 15,0-25,0; углеводородный растворитель - товарную нефть или дизельное топливо - остальное до 100, далее первый состав при перемешивании вводят во второй состав в массовом соотношении первый состав : второй состав равном 3-4:1 и продолжают перемешивание до получения целевого продукта в виде однородной эмульсии, содержащей, мас.%: гидролизованный полиакрилонитрил 3,2-9,0; ацетат хрома 0,8-2,3; эмульгатор ХС 3,0-6,3; указанный углеводородный растворитель 17,0-18,7; пресную воду - остальное до 100.