Проппант

 

Проппант относится к производству проппантов, предназначенных для использования в нефтедобывающей промышленности в качестве расклинивающих агентов при добыче нефти методом гидравлического разрыва пласта - ГРП. Техническим результатом является уменьшение водонасыщенности скважин и призабойной части пласта после проведения ГРП, увеличение количества добываемой нефти. Проппант, используемый при добыче нефти методом гидравлического разрыва пласта, полученный на основе спеченного алюмосиликатного сырья в виде гранул со сферичностью и округлостью по Крумбейну не менее 0,8 с покрытием, имеет гидрофобное покрытие, выполненное путем нанесения на гранулы с размерами 0,1 - 2,5 мм и плотностью 2,3 - 3,6 г/см³ кремнийорганических соединений на основе этиловых эфиров ортокремниевой кислоты - полимерэтилсиликатов - ЭТС-32, или ЭТС-40, или АКОР Б-100, или АКОРБ-300 или катионоактивных поверхностно-активных веществ - ДОН-52 или ИВВ-1. 1 табл.

Изобретение относится к производству проппантов, предназначенных для использования в нефтедобывающей промышленности в качестве расклинивающих агентов при добыче нефти методом гидравлического разрыва пласта (ГРП).

Наиболее близким по совокупности признаков к данному изобретению (прототипом) является патент США 3929191, в котором приводится описание проппанта, используемого при добыче нефти методом гидравлического разрыва пласта, полученного на основе спеченного алюмосиликатного сырья, или на основе минералов, или из железа, стали, в виде гранул с размерами 6-100, предпочтительно 10-40 меш, со сферичностью и округлостью по Крумбейну не менее 0,8, плотностью 2,6 г/см³ с покрытием из плавкой фенольной смолы.

Недостатком прототипа является ограниченная функциональная возможность полученных проппантов - смоляное покрытие обеспечивает лишь увеличение прочности проппантов и образование гидропроницаемого затвора для удерживания проппантов от выноса из скважины. Проппанты, полученные по предлагаемой в прототипе технологии, не способны решить проблему уменьшения водонасыщенности нефтяных скважин после проведения ГРП. Данный недостаток позволяют устранить проппанты, полученные согласно предлагаемому изобретению. Задачей изобретения является уменьшение водонасыщенности скважин и призабойной части пласта после проведения ГРП. Ее решение позволяет значительно увеличить количество добываемой нефти из каждой скважины.

Поставленная задача решается тем, что проппант, используемый при добыче нефти методом гидравлического разрыва пласта, полученный на основе спеченного алюмосиликатного сырья в виде гранул со сферичностью и округлостью по Крумбейну не менее 0,8 с покрытием, имеет гидрофобное покрытие, выполненое путем нанесения на гранулы с размерами 0,1-2,5 мм и плотностью 2,3-3,6 г/см³ гидрофобизирующих кремнийорганических соединений на основе этиловых эфиров ортокремниевой кислоты - полимерэтилсиликатов - ЭТС-32 или ЭТС-40 или АКОР Б-100 или АКОР Б-300 или катионоактивных поверхностно-активных веществ - ДОН-52 или ИВВ-1.

ЭТС-32 представляет собой соль тетраэтоксисилана - Si(OC₂H₅)₄ (не менее 50%) и полиэтоксисилаксанов линейного строения Si₂O(OC₂H₅)₆; Si₃О₃(ОС₂Н₅)₈; Si₄O₃(ОС₂Н₅)₁₀. ЭТС-40 представляет собой химическую смесь тетраэтоксисилана Si(OC₂H₅)₄ (не более 15%) и полиэтоксисилаксанов линейного строения Si₅O₄(OC₂H₅)₁₂; Si₆O₅(OC₂H₅)₁₄; Si₇O₆(OC₂H₅)₁₆. АКОР Б-100 и АКОР Б-300 получают при температурах соответственно 100^oС и 300^oС смешением полиэфиров ортокремниевой кислоты различной степени полимеризации с FеСl₃ и тетраэтоксисилана Si(OC₂H₅)₄.

ДОН-52 представляет собой соль первичных аминов фракции С₁₀-С₁₆ и очищенного концентрата низкомолекулярных кислот в растворе изопропилового спирта. Его химическая формула - RNH₂+ R'COOH->RNН₃•R'COO^-, где R-(С₁₀-C₁₆), R'-(C₁-С₄). ИВВ-1 представляет собой четвертичное аммониевое соединение, получаемое конденсацией третичного амина и бензилхлорида. Эмпирическая формула R(СН₃)₂NСН₂С₆Н₅Сl, где R - смесь алкильных остатков С₁₀-C₁₈.

Анализ работ, направленных на интенсификацию добычи нефти и повышение нефтеотдачи пластов для многих объектов разработки с низкопроницаемьгми коллекторами, указывает на необходимость резкого наращивания объемов применения активного метода воздействия на продуктивные пласты - ГРП. Только ГРП позволяет интенсифицировать работу малопродуктивных скважин, подключая к разработке слабодендрируемые зоны пласта. После проведения ГРП в низкопроницаемых коллекторах добыча нефти из них становится рентабельной. Проппанты - высокопрочные сферические гранулы, которые, удерживая трещины ГРП от сжатия под большим давлением, обеспечивают высокую проницаемость для нефти. Часто имеют место случаи, когда эффект от ГРП незначителен или с течением времени быстро снижается и исчезает. Это явление объясняется рядом причин. Как правило, за счет капилярных эффектов в порах нефтяного пласта, примыкающего к стенкам трещин, образующихся за счет ГРП, вследствие малых градиентов давления скапливается пластовая вода или жидкость глушения на водной основе, что препятствует вытеснению нефти в трещины, а затем в скважину.

В связи с тем что большинство нефтяных коллекторов обладает неоднородностью по проницаемости для нефти и воды, а по смачиваемости относятся к гидрофильным породам, в период освоения скважин после проведения ГРП и при последующей разработке нефтяных месторождений возникают большие осложнения из-за удержания породой коллекторов воды и блокирования выхода нефти из пористой среды. Таким образом, поиск путей, позволяющих уменьшить водонасыщенность призабойной части пласта, следовательно, интенсифицировать процесс разработки залежей нефти после проведения ГРП, является исключительно актуальной и сложной проблемой.

Вода фильтруется в призабойную зону, оттесняет нефть из призабойной части скважины в глубь пласта и удерживается в порах капиллярными силами. В дальнейшем при освоении скважин движение нефти из коллектора прекращается, т. к. депрессия между пластом и забоем не в состоянии преодолеть капиллярное давление, удерживающее воду в низкопроницаемых коллекторах призабойной части пласта, и скважина становится низкодебитной либо бесприточной. В гидрофильной породе величина угла смачивания менее 90^o и, возникающее на границе раздела фаз "вода-твердое тело", капиллярное давление удерживает воду в капиллярной среде. Но если поверхность твердого тела, т.е. проппантов, обработать гидрофобизирующими веществами, то она приобретает водоотталкивающее свойство. В этом случае угол смачивания превышает 90^o и может стремиться к 180^o, капиллярное давление меняет свое направление, т.е. оно теперь вытесняет воду из капилляров. Это значит, что вода в пласте вытесняется нефтью из мелких пор в крупные, из которых она в дальнейшем может быть удалена при освоении скважины. Предварительная гидрофобизация проппантов, закачиваемых в трещину после ГРП, позволит в несколько раз уменьшить удерживающие воду капилярные силы. Это значит, что притрещинная область после гидрофобизации будет работать не менее 1,5 лет с той предельной водонасыщенностью, которая будет достигнута в процессе гидрофобизации. Таким образом, существуют теоретические предпосылки для создания проппантов покрытых гидрофобными веществами с целью интенсификации добычи нефти и повышения нефтеотдачи пластов после проведения ГРП.

Проппанты получают по технологии в соответствии с патентами РФ 2129987, 2140874 и 2140875. Исходным материалом для производства проппантов служит алюмосиликатное сырье, в качестве которого могут быть использованы бокситы, содержащие Аl₂О₃ - 65,0-75,0 мас.%, каолины, содержащие Аl₂О₃ - 30,0-45,0 мас. % или смеси каолина с бокситом, который добавляется в количестве 5,0-30,0 мас.%, или смеси каолина с добавками: глиноземной пыли - 5,0-20,0 мас. %, баделеита - 0,5-5,0 мас.%., спеченных некондиционных проппантов на основе бокситов и каолинов - 5,0-40,0 мас.%. Исходное алюмокремниевое сырье предварительно обжигают при 700-1350^oС, загружают в смеситель-гранулятор, перемешивают при добавлении связующего компонента - 3% р-ра сульфидно-спиртовой барды, гранулируют в смесителе-грануляторе с вращающейся с постоянной скоростью тарельчатой чашей и роторной мешалкой, скорость вращения которой изменяют в зависимости от стадии грануляции. Сырые гранулы выгружают, сушат, обжигают и охлаждают до комнатной температуры, после чего рассевают на заданные товарные фракции. Сушку гранул ведут при 110-320^oС в течение 20-60 мин, а обжиг - при 1300-1550^oС при скорости подъема температуры 16-25^oС/мин с выдержкой при температуре обжига 35-120 мин. Скорость охлаждения гранул от температуры обжига до 500^oС составляет 20-40^oС/мин с последующим естественным охлаждением до комнатной температуры.

На полученные гранулы наносится тонкий слой одного из гидрофобизирующих веществ - на основе этиловых эфиров ортокремниевой кислоты - полимерэтилсиликатов - ЭТС-32 или ЭТС-40, АКОР Б-100, АКОР Б-300 или катионоактивных поверхностно-активных веществ - ДОН-52 или ИВВ-1.

Сравнительные испытания по самопроизвольному впитыванию воды и керосина в необработанные и обработанные гидрофобизирующими композициями образцы проппантов показали, что образцы проппантов с гидрофобным покрытием обладают устойчивым гидрофобным эффектом. Они с трудом впитывают в себя воду, а самопроизвольное впитывание керосина в 1,5-2,0 раза выше, чем в необработанных образцах проппантов. Значения скоростей самопроизвольного впитывания воды (V_в г/мин) и керосина (V_к г/мин) представлены в таблице.

С уменьшением размера проппантов, как показали исследования, увеличивается гидрофобный эффект при нанесении гидрофобизирующего покрытия - количество самопроизвольно впитывающейся воды уменьшается в несколько раз. Из приведенной таблицы видно также, что проппанты, получаемые в соответствии с данным изобретением, обладают значительными преимуществами по сравнению с прототипом, т.е. их гидрофобный эффект в несколько раз выше.

Формула изобретения

Проппант, используемый при добыче нефти методом гидравлического разрыва пласта, полученный на основе спеченного алюмосиликатного сырья в виде гранул со сферичностью и округлостью по Крумбейну не менее 0,8, с покрытием, отличающийся тем, что он имеет гидрофобное покрытие, выполненное путем нанесения на гранулы с размерами 0,1 - 2,5 мм и плотностью 2,3 - 3,6 г/см³ кремнийорганических соединений на основе этиловых эфиров ортокремниевой кислоты - полимерэтилсиликатов - ЭТС-32, или ЭТС-40, или АКОРБ-100, или АКОРБ-300 или катионоактивных поверхностно-активных веществ - ДОН-52 или ИВВ-1.

РИСУНКИ

Рисунок 1