Способ получения гелеобразующего состава

 

Изобретение относится к области получения гелеобразующих составов, используемых, в частности, при разработке месторождений углеводородов. Технический результат состоит в том, что упрощается технология приготовления гелеобразующего состава, поскольку исключается необходимость поддержания соотношения нефелина и кислоты строго 1:1; расширяется область применения гелеобразующего состава - его можно использовать не только для решения частной задачи (изоляции высокопроницаемых пластов и, следовательно, снижения обводненности добываемой продукции и изоляции зон поглощения в нагнетательных скважинах), но и для гидроизоляции других пластов (в том числе сложенных некарбонатными породами), а также, например, цементного камня за обсадной колонной. При этом такие операции не ограничиваются только нагнетательными скважинами; гелеобразующий состав пригоден для отверждения жидких отходов. В способе получения гелеобразующего состава, включающем разбавление кислоты минерализованной жидкостью и растворение в этой смеси нефелинсодержащей добавки, в качестве указанной жидкости используют минерализованную водную среду, содержащую хлориды натрия, калия, кальция и магния, с плотностью жидкой фазы не менее 1,12 г/см³. Для приготовления гелеобразующего состава можно использовать нефелиновый концентрат, азотную, серную, соляную и ортофосфорную кислоты. Товарные кислоты разбавляют водными растворами указанных солей до концентрации 5-20%, затем добавляют нефелиновый концентрат из расчета: 1 мас.ч. нефелинового концентрата на 4-15 мас.ч. минерализованного раствора кислоты и перемешивают в течение одного часа. 1 табл.

Область техники.

Изобретение относится к области получения гелеобразующих составов, используемых, в частности, при разработке месторождений углеводородов.

Уровень техники.

Известен способ получения гелеобразующего состава "Невод" путем смешения нефелинсодержащего порошкообразного материала и 5-20%-ного раствора сильной кислоты (см. патент РФ №2064570. Способ получения гидроизолирующего состава. Бюл. 21, 1996). Этот состав характеризуется повышенной устойчивостью к разбавлению водой и сероводородной агрессии. К недостаткам состава можно отнести использование нефелинового концентрата, содержащего до 18% нерастворимых компонентов.

Известен также способ получения гелеобразующего состава, включающий смешение 50-70 кг нефелина с 1 м³ 10%-ного водного раствора соляной кислоты (см. патент РФ №2046183. Способ разработки нефтяной залежи с обводненными пропластками. Е 21 В 43/22. Бюл. 29, 1995). Достоинством способа является использование непосредственно нефелина, который полностью растворяется в водном растворе соляной кислоты. Благодаря этому гелеобразующий состав не содержит твердой фазы и обладает повышенной проникающей способностью. К недостаткам способа следует отнести необходимость применения водного раствора соляной кислоты только 10%-ной концентрации, что ограничивает возможности его использования.

Известен способ получения гелеобразующего состава, включающий смешение в водной среде 3-15% нефелина и 5-9% соляной кислоты (см. патент РФ №2089723. Способ разработки нефтяных месторождений. Е 21 В 43/22. Бюл. 25, 1997). Достоинством способа является возможность использования для приготовления гелеобразующего состава слабоминерализованной пластовой воды плотностью 1,07 г/см³. Благодаря этому расширяются возможности его использования. К недостаткам способа следует отнести низкую прочность геля и образование пузырьков газа при его взаимодействии с карбонатными породами. При водоизоляционных работах это ограничивает область применения гелеобразующего состава некарбонатными породами, а при его использовании для отверждения жидких отходов повышает проницаемость отвержденного материала.

Прототипом изобретения является способ получения гелеобразующего состава (см. патент РФ №2171370. Способ воздействия на карбонатный порово-трещиноватый коллектор. Е 21 В 43/22, пример 2), включающий приготовление раствора из 27%-ной соляной кислоты, сточной воды и нефелина, перемешивание его до полного растворения нефелина, фильтрование полученного раствора с целью удаления из него песка (5-10% объема нефелина).

Достоинством способа является возможность использования гелеобразующего состава в способе воздействия на карбонатный порово-трещиноватый коллектор путем последовательного закачивания через нагнетательную или добывающую скважину гелеобразующего состава и продавливающей жидкости – нефти, выдерживания технологической паузы, а затем закачивания 10-17%-ного раствора соляной кислоты. Данное техническое решение способствует повышению эффективности воздействия на порово-трещиноватые коллектора за счет увеличения глубины проникновения гелеобразующего состава в пласт, комплексного воздействия на выбранный объект, а также за счет обеспечения высокой прочности и стабильности образующейся гелевой системы в пласте.

К недостаткам способа–прототипа получения гелеобразующего состава следует отнести следующие:

необходимость применения водного раствора только соляной кислоты и строго 27%-ной концентрации (описание изобретения, таблица 1), что ограничивает возможности его использования;

необходимость фильтрования раствора из 27%-ной соляной кислоты, сточной воды и инефелина с целью удаления из него песка (5-10% объема нефелина);

низкая прочность геля, образующегося при контакте гелеобразующего состава с глиносодержащими породами. Поэтому гелеобразующий состав применяют только при воздействии на карбонатный, то есть не содержащий глинистых частиц коллектор;

образование пузырьков газа при взаимодействии гелеобразующего состава с карбонатными породами, что снижает фазовую проницаемость коллектора для нефти. Для предохранения коллектора от снижения фазовой проницаемости для нефти гелеобразующий состав применяют в сочетании с оторочкой нефти, которую обязательно закачивают вслед за ним;

гелеобразующий состав, как следует из описания изобретения, решает только частную задачу изоляции высокопроницаемых пластов и, следовательно, снижения обводненности добываемой продукции и изоляции зон поглощения в нагнетательных скважинах. В промысловой же практике возникает необходимость гидроизоляции не только высокопроницаемых, но и других пластов (в том числе сложенных некарбонатными породами), а также, например, цементного камня за обсадной колонной. При этом такие операции не ограничиваются только нагнетательными скважинами. Поэтому область применения данного способа весьма ограниченна;

максимальный объем геля, закупоривающего высокопроводящие каналы и трещины, достигается только при закачивании вслед за ним оторочки нефти. Это существенно усложняет применение геля и делает этот процесс экологически и пожаровзрывоопасным;

гелеобразующий состав эффективно снижает проницаемость по воде (93,8-98,55%) при содержании 7-10% нефелина и 7-10% соляной кислоты (описание изобретения, таблица 1). Как снижение концентрации компонентов (менее 8%), так и ее повышение (например, до 9-10%) сопровождается ухудшением водоизолирующей способности геля. Следует также отметить, что положительный результат достигается только в случае соотношения компонентов 1:1. Так, при соотношени нефелина и соляной кислоты 1,11:1 проницаемость по воде снижается с 98,5% до 93,8% (таблица 1, опыт 6). Такие свойства гелеобразующего состава делают его крайне нетехнологичным, поскольку при продвижении гелеобразующей оторочки в наиболее удаленную зону пласта, характеризующуюся повышенной проницаемостью, неизбежно будет происходить разбавление гелеобразующего состава пластовой водой и изменение соотношения компонентов. При снижении концентрации компонентов всего на 1% (с 8 до 7%) проницаемость возрастет на 3,7%, а при снижении концентрации компонентов еще на 1% (до 6%) приведет к росту проницаемости уже на 12,8%;

обеспечение высокой прочности и стабильности образующейся гелевой системы в пласте в узком диапазоне концентрации компонентов, образование пузырьков газа при взаимодействии гелеобразующего состава с карбонатными породамии делают его не применимым для отверждения жидких отходов, что свидетельствует о монофункциональности и узкой области применения данного состава.

Сущность изобретения.

Способ получения гелеобразующего состава заключается в разбавлении кислоты минерализованной жидкостью и растворении в этой смеси нефелинсодержащей добавки. В качестве минерализованной жидкости используют минерализованную водную среду, содержащую хлорид натрия, калия, кальция и магния, с плотностью жидкой фазы не менее 1,12 г/см³. В отличие от способа прототипа для получения гелеобразующего состава используют азотную, серную, ортофосфорную и щавелевую кислоты.

Достигаемый в результате осуществления предложенного изобретения технический результат заключается в следующем:

упрощается технология приготовления гелеобразующего состава, поскольку исключается необходимость поддержания соотношения нефелина и кислоты строго 1:1;

расширяется область применения гелеобразующего состава - его можно использовать не только для решения частной задачи (изоляции высокопроницаемых пластов и, следовательно, снижения обводненности добываемой продукции и изоляции зон поглощения в нагнетательных скважинах), но и для гидроизоляции других пластов (в том числе сложенных некарбонатными породами), а также, например, цементного камня за обсадной колонной. При этом такие операции не ограничиваются только нагнетательными скважинами;

гелеобразующий состав пригоден для отверждения жидких отходов.

Возможность осуществления изобретения.

Подтверждена экспериментально. Для приготовления гелеобразующего состава использовали нефелиновый концентрат (ТУ 2111-28-0020039-38-93), азотную, серную, соляную, ортофосфорную и щавелевую кислоты, а в качестве минерализованной водной среды - водные растворы хлоридов натрия, калия, кальция и магния. Товарные кислоты разбавляли водными растворами указанных солей до концентрации 5-20%, затем добавляли нефелиновый концентрат из расчета: 1 мас.ч. нефелинового концентрата на 4-15 мас.ч. минерализованного раствора кислоты и перемешивали в течение одного часа. Полученный таким образом золь наносили на кальцитовую пластинку для определения характера его взаимодействия с карбонатами. Основной же объем золя заливали в сосуд с известняковой насыпкой и оставляли в покое для образования геля. Спустя 24 ч сосуд взвешивали и поверх геля наливали воду слоем примерно 1 см. По мере всасывания воды в гель ее объем периодически восполняли. Спустя 24 ч воду с поверхности геля удаляли и сосуд повторно взвешивали. По приращению массы сосуда определяли объем воды, поглощенной гелем. Коэффициент фильтрации К_ф рассчитывали как отношение объема поглощенной воды к площади фильтрации в сутки, пересчитанное на мм/сут.

Динамическую вязкость геля в конце процесса гелеобразования определяли по скорости свободного вертикального падения свинцового груза массой 1,2 г конической формы. Калибровка производилась по измерению скорости свободного вертикального падения этого же груза в глицерине (ГОСТ 6259-75) при одинаковой температуре 22°С.

При отработке технологии получения гелеобразующего состава было установлено, что лучшие результаты достигаются при использовании серной кислоты. Поэтому результаты исследований (см. таблицу) приведены только для серной кислоты.

Примеры осуществления способа.

Предпочтительным вариантом изобретения является следующий.

Товарную серную кислоту разбавили раствором хлорида натрия плотностью 1,20 г/см³ до концентрации 10%. К 200 мл этого минерализованного раствора кислоты добавили 45 г нефелинового концентрата и перемешивали до полного его растворения в течение одного часа. Несколько капель полученного таким образом золя нанесли на кальцитовую пластинку - газовыделение (вспенивание) отсутствует. Золь залили в сосуд с известняковой насыпкой и оставили в покое для образования геля. Спустя 24 ч начали процедуру определения коэффициента фильтрации. Для данного состава К_ф=0,03 мм/сут.

В соответствии с вышеприведенным примером были исследованы различные способы получения гелеобразующего состава, сведения о которых приведены в таблице.

Как следует из данных, представленных в таблице, при получении гелеобразующего состава предложенным способом (опыты 5-12) газовыделение при нанесении золя на кальцитовую пластинку отсутствует. Коэффициент фильтрации для геля, образовавшегося в результате застудневания золя, составляет 0,01-0,06 мм/сут, то есть многократно меньше чем для гелей, полученных иным способом (опыты 1-4, 13).

В опытах 11 и 12 имитировался процесс отверждения минерализованных отходов (например, буровых технологических жидкостей, глиносолевых шламов, рассолов в подземных соляных камерах и т.д.). В опыте 11 в рассол хлорида натрия плотностью 1,18 г/см³ дополнительно была введена палыгорскитовая глина, а в опыте 12 необходимая плотность жидкой фазы достигнута за счет использования для разбавления кислоты суспензии, приготовленной из калийно-натриевого глиносолевого шлама. В обоих случаях получен практически непроницаемый отвержденный материал. Если же плотность жидкой фазы минерализованной среды менее 1,15 г/см³ (опыт 13), то коэффициент фильтрации отвержденного материала составляет 0,25 мм/сут. В этом случае вредные вещества будут интенсивно вымываться из отвержденного материала. Следовательно, такой способ получения гелеобразующего состава не пригоден для использования при отверждении жидких отходов.

Соответствие изобретения условиям патентоспособности.

Предложенное изобретение является новым, так как получение гелеобразующего состава вышеописанным способом из уровня техники не известно.

Оно имеет изобретательский уровень, поскольку возможность получения указанного технического результата предложенным способом явным образом не следует из уровня техники.

Промышленная применимость изобретения подтверждена экспериментально. Способ реализуем в промышленных условиях, поскольку для его осуществления требуются известные средства.

Таким образом, данное изобретение удовлетворяет всем условиям патентоспособности.

Формула изобретения

Способ получения гелеобразующего состава, включающий разбавление кислоты минерализованной жидкостью и растворение в этой смеси нефелинсодержащей добавки, отличающийся тем, что в качестве указанной жидкости используют минерализованную водную среду, содержащую хлориды натрия, калия, кальция и магния, с плотностью жидкой фазы не менее 1,12 г/см³.