Способ изоляции обводненных нефтяных коллекторов

 

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и может быть использовано для увеличения охвата пласта воздействием при закачке нефтевытесняющих агентов через нагнетательные скважины и снижения обводненности добываемой продукции при добыче нефти посредством эксплуатационных скважин. Техническим результатом является получение в водопромытых интервалах пласта устойчивого объемного изоляционного материала, эффективно препятствующего прорыву пластовых и нагнетательных вод, и подключение за счет этого в разработку застойных и слабодренируемых зон пласта. В способе изоляции обводненных нефтяных коллекторов, включающем закачку в пласт водной суспензии структурообразующего вещества – гипса и водного раствора силиката одновалентного катиона, в качестве гипса используют гипс химический – фосфогипс, фторогипс, борогипс, магнезия-гипс, гидролизный гипс, одновалентным катионом является натрий, калий, литий, при этом указанная суспензия содержит гипс химический с концентрацией 2,1 – 7,5%, а указанный раствор используют с концентрацией 21 – 50%, причем закачку указанных водной суспензии и водного раствора осуществляют одновременно или последовательно. Указанная суспензия может содержать дополнительно наполнитель - бентонитовую глину, древесную муку, кварцевый песок при следующем соотношении химический гипс : наполнитель 1-10:1. 1 з.п. ф-лы, 4 табл.

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и может быть использовано для увеличения охвата пласта воздействием при закачке нефтевытесняющих агентов через нагнетательные скважины и снижения обводненности добываемой продукции при добыче нефти посредством эксплуатационных скважин.

Известен способ выравнивания профилей приемистости нагнетательных скважин, осуществляющийся путем закачки в пласт гелеобразующего состава, включающий силикат натрия (калия), хлорид натрия и/или хлорид кальция и воду (RU, патент 2087698, Е 21 В 43/32, 1997).

Недостатком известного способа является его низкая эффективность, обусловленная недостаточно высокими структурно-механическими характеристиками образующихся гелей и их малым объемом, в связи с чем образованные гелями изолирующие структуры легко разрушаются даже при небольших перепадах давления на пласт.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ изоляции обводненных нефтяных коллекторов, включающий закачку в пласт 0,05–2%-ной суспензии структурообразующего вещества – гипса или бентонитовой глины в водном растворе силиката одновалентного катиона – натрия концентрации 0,1 – 20% с последующей закачкой раствора хлористого кальция (RU, патент 2080450, Е 21 В 43/32, 1997).

Недостатком способа является его низкая эффективность. Изоляционный материал, используемый в способе-прототипе, представляет собой осадок нерастворимых солей в пласте - сульфата, силиката и фосфата кальция. Он имеет низкую прочность и недолговечен. Для достижения и поддержания положительного эффекта требуется закачка значительного количества реагентов, большинство из которых является довольно ценными продуктами промышленного производства. Все это делает способ дорогим.

Недостатком способа является также его низкая технологичность, связанная со сложностью и многостадийностью технологического процесса и многокомпонентностью состава.

Цель изобретения - повышение эффективности способа за счет его упрощения и удешевления, повышения его технологичности и качества изоляционного материала, уменьшения количества компонентов состава и расхода реагентов.

По существу задачей изобретения является получение в водопромытых интервалах пласта устойчивого объемного изоляционного материала, эффективно препятствующего прорыву пластовых и нагнетательных вод, и подключение за счет этого в разработку застойных и слабодренируемых зон пласта. Поставленная цель достигается тем, что в способе изоляции обводненных нефтяных коллекторов, включающем закачку в пласт водной суспензии структурообразующего вещества – гипса и водного раствора силиката одновалентного катиона, в качестве гипса используют гипс химический – фосфогипс, фторогипс, борогипс, магнезия-гипс, гидролизный гипс, одновалентным катионом является натрий, калий, литий, при этом указанная суспензия содержит гипс химический с концентрацией 2,1 – 7,5%, а указанный раствор используют с концентрацией 21 – 50%, причем закачку указанных водной суспензии и водного раствора осуществляют одновременно или последовательно. Указанная суспензия может содержать дополнительно наполнитель - бентонитовую глину, древесную муку, кварцевый песок при следующем соотношении химический гипс : наполнитель 1-10:1.

Гипс химический - фосфогипс, фторогипс, борогипс, магнезия-гипс, гидролизный гипс является отходом производства фосфорной, плавиковой, борной кислот, магния, целлюлозы соответственно (см. В. В. Иваницкий и др. “Фосфогипс и его использование”. М.: Химия, 1990 г.).

В описываемом изобретении закачиваемая в пласт водная суспензия гипса химического в отличие от дисперсной суспензии способа-прототипа является активным гелеобразующим реагентом, участвующим в реакциях ионного обмена и структурирования с силикатами щелочных металлов с образованием гелей с высокими структурно-механическими свойствами.

Применение силиката одновалентного катиона в сочетании с гипсом химическим и их оптимальное соотношение обеспечивают получение состава с оптимальным временем гелеобразования и высокими структурно-механическими свойствами образующихся гелей, что, в свою очередь, обеспечивает высокую эффективность использования предлагаемого способа для изоляции обводненных нефтяных коллекторов.

Гипс химический - отход производства кислот представляет собой сложную смесь соединений, состоящую в основном из сульфата кальция, содержащую, кроме того, соединения фтора, алюмосиликаты, фосфаты, фосфорную кислоту, полиакриламид и примеси других веществ. В отличие от исходного минерального сырья и большинства других химических составов и индивидуальных веществ, содержащих кальций, в химическом гипсе содержащие кальций соединения находятся в высокоактивной форме. Они легко вступают в реакции ионного обмена и структурирования с силикатами щелочных металлов с образованием кремнекальциевых гелей, точнее гелей поликремневых кислот, модифицированных солями кальция, которые имеют высокие структурно-механические и изоляционные свойства.

Процесс образования гелей заключается в конденсации молекул кислого ортосиликата кальция в более сложные с выделением воды. Последний образуется в результате ионного обмена между кислым ортосиликатом натрия и кальция, содержащимся в химическом гипсе.

Способ в промышленных условиях осуществляют следующим образом. С помощью насосного агрегата в скважину закачивают одновременно или последовательно водную суспензию гипса химического и раствор силиката одновалентного катиона. Соотношение между объемами суспензии гипса химического и раствора силиката одновалентного катиона определяют в зависимости от геолого-физических условий пласта и цели проводимых работ, концентрация указанной суспензии зависит от удельной приемистости и толщины пласта.

Процесс гелеобразования происходит в поровом пространстве в течение 1-3 суток. После закачки гипса химического в пласт происходит взаимодействие силиката одновалентного катиона с соединениями, находящимися в гипсе химическом, с образованием в обводненных нефтяных коллекторах кремнекальциевых гелей с высокими изолирующими и структурно-механическими свойствами. Благодаря этому блокируются промытые ранее коллекторы, происходит их отключение и в дальнейшем подключение к процессу разработки застойных нефтенасыщенных зон и интервалов, что способствует увеличению коэффициента охвата пласта и в конечном счете коэффициента нефтеотдачи.

Для определения оптимальных количеств компонентов в изолирующем составе, оценки глубины и эффективности охвата гидрофильных коллекторов его воздействием предложенный способ был испытан в лабораторных условиях. Испытания заявленного и известного способов проводились на линейных моделях, заполненных кварцевым песком. Подбором величины зерен кварцевого песка создавали необходимую проницаемость каналов модели пласта. В начале определяли проницаемость модели по воде и воздуху, насыщали дистиллированной водой, а затем нефтью Ташлиярского месторождения. Для создания модели обводненного нефтяного пласта через предварительно заполненную нефтью модель прокачивали воду до полного обесцвечивания конечного продукта на выходе модели пласта. После этого в модель закачивали компоненты изолирующего состава, делали выдержку на реакцию в течение 24 часов и определяли давление прорыва модели пласта водой. Воду для определения давления прорыва подавали на выход модели, моделируя этим направление движения флюида пласт-скважина.

Характеристики модели пласта

Общая длина, см - 10,5.

Диаметр, см - 3,7.

Проницаемость, мкм² - 0,73-2,3.

Характеристика использованной нефти: плотность, кг/м³ - 700, вязкость, мПа•с - 3,9.

В качестве гипса химического использовали фосфогипс - отход производства фосфорной кислоты, а в качестве водного раствора силиката одновалентного катиона - водный раствор силиката натрия.

Все использованные в опытах реагенты соответствовали госстандартам. В опытах использовали силикат натрия, выпускаемый по ГОСТ 13078, фосфогипс - по ТУ РБ 00203714-04-94.

В таблице 1 приведены результаты определения давления прорыва и оптимального количества химического гипса в изолирующем составе.

Концентрация соли многоосновных кислот с одновалентным катионом в опытах составляла 10,0%. Температура опытов 20°С.

В качестве дисперсного наполнителя суспензии способа-прототипа использовался сульфат кальция. Жидкостью-носителем служил раствор силиката натрия. Дополнительно закачиваемый раствор содержал 10%-ный раствор хлорида кальция. Компоненты состава закачивались в модель пласта в той же последовательности, как это изложено в описании изобретения способа-прототипа (пат. RU №2087698, Е 21 В 43/32, 1997 г.).

Аналогичные результат были получены при использовании других заявляемых отходов - гипса химического.

Из таблицы видно, что изоляционное действие предложенного способа значительно выше, чем по способу-прототипу, оптимальное количество гипса химического в изолирующем составе равно 2,1 – 7,5%, так как при меньшей концентрации давление прорыва уменьшается, а при большей не повышается.

Значительно более высокие показатели давления прорыва модели пласта, полученные при исследовании изоляционного материала предложенного способа, свидетельствуют о его более высоких структурно-механических и изоляционных свойствах и, следовательно, о более высокой эффективности предложенного способа.

Эксперименты по определению оптимального количества водного раствора силиката одновалентного катиона, которое необходимо в изолирующем составе заявленного способа, проводили аналогично вышеприведенным. В качестве водного раствора силиката одновалентного катиона используют водный раствор силиката натрия. Количество гипса химического составляло 5%. Температура опытов была 20°С, время выдержки на реакцию 24 часа. Результаты опытов приведены в таблице 2.

Аналогичные результаты были получены при использовании других заявляемых солей многоосновных кислот с одновалентным катионом.

Оптимальное количество силиката одновалентного катиона в изолирующем составе равно 21-50%, так как при меньшей концентрации давление прорыва уменьшается, а при большей не повышается.

Эксперименты по определению оптимального соотношения гипс химический - наполнитель проводили аналогично вышеприведенным.

В качестве наполнителя использовали бентонитовую глину. Концентрация силиката натрия составляла 10%, температура 20°С, время выдержки на реакцию 24 часа. Результаты экспериментов приведены в таблице 3.

Аналогичные результаты были получены при использовании других заявляемых наполнителей.

Таким образом, оптимальное соотношение гипс химический - наполнитель составляет 1-10:1, т.к. при меньшем соотношении давление прорыва уменьшается, а при большем не возрастает.

Примеры осуществления способа с использованием различных силикатов приведены в таблице 4.

Таким образом, предложенный способ обеспечивает надежную изоляцию продуктивных пластов. Он прост в применении и высокотехнологичен. К тому же для достижения положительного эффекта не требует закачки большого количества реагентов, так как водоизоляционный материал заявленного способа имеет высокую прочность. Кроме того, использование в заявленном составе гипса химического, являющегося отходом производства, делает способ дешевым и весьма перспективным, в том числе и в экологическом плане.

Совокупность существенных признаков, характеризующих сущность изобретения может быть многократно воспроизведена различными исполнителями с получением технического результата, заключающегося в повышении эффективности разработки нефтяной залежи за счет создания в обводненных коллекторах блокирующего эффекта и увеличения коэффициента охвата при последующем воздействии на коллекторы и обусловливающего достижение поставленной цели, что позволяет сделать вывод о соответствии изобретения критерию "промышленная применимость".

Способ изоляции обводненных нефтяных коллекторов за счет применения нового гелеобразующего состава на основе простых промышленных отходов способствует снижению обводненности добываемой продукции, что позволяет сделать вывод о достижении поставленной цели.

Формула изобретения

1. Способ изоляции обводненных нефтяных коллекторов, включающий закачку в пласт водной суспензии структурообразующего вещества – гипса и водного раствора силиката одновалентного катиона, отличающийся тем, что в качестве гипса используют гипс химический – фосфогипс, фторогипс, борогипс, магнезия-гипс, гидролизный гипс, одновалентным катионом является натрий, калий, литий, при этом указанная суспензия содержит гипс химический с концентрацией 2,1 – 7,5%, а указанный раствор используют с концентрацией 21 – 50%, причем закачку указанных водной суспензии и водного раствора осуществляют одновременно или последовательно.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что указанная суспензия содержит дополнительно наполнитель - бентонитовую глину, древесную муку, кварцевый песок при соотношении гипс химический : наполнитель 1 - 10:1.