Гелеобразующий состав для изоляции водопритока в скважину
Владельцы патента RU 2277573:
Открытое акционерное общество "Татнефть" им. В.Д. Шашина (RU)
Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к гелеобразующим составам для изоляции водопритока в скважины для создания изолирующих экранов и может быть использовано для регулирования профиля приемистости нагнетательных скважин и увеличения охвата пласта заводнением. Техническим результатом является повышение изолирующих свойств гелеобразующего состава и качества регулирования профиля приемистости нагнетательных скважин за счет увеличения его прочностных и адгезионных характеристик при сохранении образующейся структуры сшитого геля с одновременным регулированием сроков гелеобразования и вязкости. Гелеобразующий состав для изоляции водопритока в скважину, содержащий водорастворимый полимер, соль поливалентного металла, хлорид аммония и воду, в качестве водорастворимого полимера он содержит полиакриламид или карбоксиметилцеллюлозу, в качестве соли поливалентного металла - ацетат хрома или хромкалиевые квасцы и дополнительно карбамидоформальдегидную смолу при следующем соотношении компонентов, мас.%: водорастворимый полимер 0,3-1,0, соль поливалентного металла 0,03-0,1, хлорид аммония 0,2-1,0, карбамидоформальдегидная смола 1,0-10,0, вода остальное. 2 табл.
Предложение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к гелеобразующим составам для изоляции водопритока в скважины, для создания изолирующих экранов, и может быть использовано для регулирования профиля приемистости нагнетательных скважин и увеличения охвата пласта заводнением.
Известен гелеобразующий состав для изоляции водопритока в скважину, содержащий гидролизованный полиакриламид, сшивающий агент (например, калийхромовые квасцы) и воду (А.С. СССР, №985255, МПК3 Е 21 В 33/138, опубл. 30.12.82, бюл.№48). Недостатком данного состава является недостаточная эффективность и низкая прочности образующегося геля.
Известен гелеобразующий состав для изоляции водопритока в скважину на основе полиакриламида, сшивающего агента (например, хромовые квасцы), бентонитовой глины и воды (А.С. №1731942, МПК5 Е 21 В 43/22, 33/133, 33/13, опублик. 07.05.92, бюл. №17).
В известном составе при взаимодействии указанных реагентов происходит процесс образования геля, что позволяет использовать его для изоляции водопритока.
Недостатком состава является то, что при введении бентонитовой глины происходит процесс флокуляции, в результате чего образуется неоднородная масса в виде глобул, что отрицательно сказывается на закупоривающей способности состава и качестве изоляции.
Кроме того, данный состав подвержен разрушению из-за продолжительности набухания глины в пластовых условиях, что приводит к уменьшению прочностных свойств состава и снижению эффективности изоляции.
Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является гелеобразующий состав для изоляции водопритока в скважину, включающий водорастворимый полимер, соли поливалентных металлов, хлорид аммония и воду (патент РФ №2169256, МПК7 Е 21 В 43/22, опубл. 2001 г.). В качестве водорастворимого полимера используют полиакриламид, в качестве соли поливалентных металлов используют ацетат хрома. Состав используется в способе разработки обводненной нефтяной залежи, обеспечивающем регулирование разработки нефтяных месторождений, изоляцию водопритока в скважину, создание изолирующих экранов с улучшенными технологическими параметрами. Водный раствор полиакриламида вступает в реакцию с водным раствором ацетата хрома, содержащего стабилизатор-хлорид аммония, в результате которой образуется сплошной гель с трехмерной сшитой структурой, что позволяет повысить эффективность изоляции водопритока в скважину и регулирования профиля приемистости нагнетательных скважин. Прочность геля увеличивается в результате снижения термической деструкции полимера и образования геля во всем объеме. Недостатком известного состава является низкая эффективность при использовании для изоляции водопритока в скважину, при регулировании профиля приемистости нагнетательных скважин, так как происходит обратный вынос образующегося геля с продукцией скважины, что связано с недостаточно высокими прочностными и адгезионными свойствами взаимодействия состава с породой продуктивных пластов.
Технической задачей предложения является повышение изолирующих свойств ге-леобразующего состава и качества регулирования профиля приемистости нагнетательных скважин за счет увеличения его прочностных и адгезионных характеристик при сохранении образующейся структуры сшитого геля с одновременным регулированием сроков ге-леобразования и вязкости. Расширение ресурсов применяемых компонентов.
Поставленная задача решается за счет гелеобразующего состава для изоляции водопритока в скважину, содержащего водорастворимый полимер, соль поливалентного металла, хлорид аммония и воду. Новым является то, что в качестве водорастворимого полимера он содержит полиакриламид или карбоксиметилцеллюлозу, в качестве соли поливалентного металла - ацетат хрома или хромокалиевые квасцы, и дополнительно карбамидоформальдегидную смолу при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| указанный водорастворимый полимер | 0,3-1,0 |
| указанная соль поливалентного металла | 0,03-0,1 |
| хлорид аммония | 0,2-1,0 |
| карбамидоформальдегидная смола | 1,0-10,0 |
| вода | остальное |
Повышение прочностных и адгезионных характеристик гелеобразующего состава обусловлено дополнительным структурированием молекулами карбамидоформальдегид-ной смолы полиакриламида или карбоксиметилцеллюлозы с солями ацетата хрома или хромокалиевых квасцов и хлоридом аммония. В результате протекания этой реакции образуется сшитый гель, представляющий собой прочную структуру с ярко выраженным синергетическим эффектом при определенном соотношении компонентов.
Таким образом, карбамидоформальдегидная смола выступает в новом качестве дополнительного структурирующего агента и его применение в гелеобразующем составе обеспечивает получение геля с высокими изолирующими свойствами, позволяет расширить ресурсы исходных ингредиентов и сохранить образующуюся структуру сшитого геля с одновременным регулированием сроков гелеобразования и вязкости, повышения качества регулирования профиля приемистости нагнетательных скважин, что позволяет расширить функциональные возможности гелеобразующего состава.
При приготовлении гелеобразующего состава используют следующие реагенты:
в качестве водорастворимого полимера:
- полиакриламид (ПАА)-отечественный по ТУ 6-16-2531-81, ТУ 6-01-1049-81, ТУ 14-6-121-75, импортные с молекулярной массой (3-15)·106;
- карбоксиметалцеллюлоза (КМЦ) по ТУ 6-55-36-90, ТУ 2231-002-50277563-2000, импортные - марок TYLOSE ЕНМ, ЕНН;
в качестве соли поливалентных металлов:
- ацетат хрома по ТУ 6-00204197-263-97 с изм. №1, ТУ 2499-001-50635131-00 представляет собой маловязкий 50%-ный водный раствор темно-зеленого цвета;
- хромокалиевые квасцы по ГОСТ 4162-79.
Хлорид аммония - ГОСТ 3773-00.
Карбамидоформальдегидная смола по ГОСТ 14231-88.
Проведенный анализ патентной и научно-технической информации позволил сделать заключение об отсутствии гелеобразующего состава, которому присущи признаки, идентичные совокупности существенных признаков заявляемого состава, а также не установлена известность влияния отличительных признаков на указанный технический результат, следовательно, предлагаемый гелеобразующий состав отвечает критериям "новизна" и "изобретательский уровень".
Предлагаемый гелеобразующий состав готовят следующим образом.
Водорастворимый полимер (ПАА или КМЦ) готовят путем дозирования в воду любой плотности при перемешивании в течение одного часа. Затем в полученный раствор вводят соль поливалентного катиона (ацетат хрома или хромкалиевые квасцы), карбамидоформальдегидную смолу и перемешивают в течение 30 минут. Заранее готовят 20%-ный раствор хлорида аммония до полного растворения. Затем в приготовленную ранее композицию добавляют определенное количество 20%-ного раствора хлорида аммония, перемешивают в течение 10-20 минут и оставляют на время гелеобразования.
Приготовленные растворы используют для определения времени гелеобразования (структурирования), определения вязкости и прочности состава. Время начала гелеобразования и вязкость определяют по стандартной методике. Прочность оценивают значением сдвиговой прочности геля при скорости сдвига 1,5 с-1 измеренным на ротационном вискозиметре "Реотест-2". Результаты измерений приведены в таблице 1.
| Таблица 1 | |||||||||||
| № пп | Гелеобразующий состав, мас. % | Время гелеоб-разов., сут | Вязкость нач., мПа·с | Сдвиговая прочность, Па | |||||||
| Водораст. полим. | Сшиватель | Хлор. аммон. | Кар-бам. форм смола | Вода | Глина | ||||||
| ПАА | КМЦ | Ац.хр. | Хро мока лиевые кв. | ||||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 |
| 1 | 0,1 | 0,03 | - | - | 99,87 | - | - | 7,6 | геля нет | ||
| 2 | 0,1 | 0,03 | 0,2 | - | 99,67 | - | - | 8,1 | геля нет | ||
| 3 | 0,1 | 0,03 | 0,2 | 1,0 | 98,67 | - | - | 8,4 | геля нет | ||
| 4 | 0,3 | 0,01 | - | - | 99,69 | - | - | 6,8 | - | ||
| 5 | 0,3 | 0,03 | - | - | 99,67 | - | 3-4 | 10 | 200 | ||
| 6 | 0,3 | 0,03 | 0,2 | - | 99,47 | - | 3-4 | 15 | 310 | ||
| 7 | 0,3 | 0,03 | 0,2 | 0,5 | 98,97 | - | 3-4 | 14 | 320 | ||
| 8 | 0,3 | 0,03 | 0,2 | 1,0 | 98,47 | - | 3-4 | 14 | 430 | ||
| 9 | 0,3 | 0,03 | 0,2 | 3,0 | 96,47 | - | 3-4 | 14 | 530 | ||
| 10 | 0,3 | 0,03 | 0,2 | 5,0 | 94,47 | - | 3-4 | 15 | 610 | ||
| 11 | 0,3 | 0,03 | 0,2 | 10,0 | 89,47 | - | 2-3 | 20 | 1000 | ||
| 12 | 0,3 | 0,03 | 0,5 | - | 99,17 | - | 3 | 14 | 350 | ||
| 13 | 0,3 | 0,03 | 0,5 | 0,5 | 98,67 | - | 3 | 14 | 365 | ||
| 14 | 0,3 | 0,06 | 0,5 | 1,0 | 98,14 | - | 2-3 | 15 | 560 | ||
| 15 | 0,3 | 0,06 | 0,5 | 3,0 | 96,14 | - | 2-3 | 16 | 830 | ||
| 16 | 0,3 | 0,06 | 0,5 | 5,0 | 94,14 | - | 2-3 | 16 | 950 | ||
| 17 | 0,3 | 0,06 | 0,5 | 10,0 | 89,14 | - | 2-3 | 16 | 1300 | ||
| 18 | 0,3 | 0,01 | - | - | 99,69 | - | - | 7,5 | геля нет | ||
| 19 | 0,3 | 0,01 | 0,2 | - | 99,49 | - | - | 8,0 | геля нет | ||
| 20 | 0,3 | 0,01 | 0,2 | 3,0 | 96,49 | - | - | 8,5 | геля нет | ||
| 21 | 0,5 | 0,1 | - | - | 99,4 | - | 3 | 23 | 880 | ||
| 22 | 0,5 | 0,1 | 0,2 | - | 99,2 | - | 2-3 | 30 | 895 | ||
| 23 | 0,5 | 0,1 | 0,2 | 5,0 | 94,2 | - | 2-3 | 30 | 1100 | ||
| 24 | 0,5 | 0,1 | 0,5 | 5,0 | 93,9 | - | 1-2 | 35 | 1560 | ||
| 25 | 0,5 | 0,1 | 0,8 | 5,0 | 93,6 | - | 2-2,5 | 34 | 1560 | ||
| 26 | 0,5 | 0,1 | 1,0 | 5,0 | 93,4 | - | 1-2,5 | 35 | 1500 | ||
| 27 | 0,5 | 0,1 | 0,5 | - | 98,9 | - | 2 | 27 | 895 | ||
| 28 | 0,5 | 0,1 | 0,5 | 0,5 | 98,4 | - | 2 | 28 | 900 | ||
| 29 | 0,5 | 0,1 | 0,5 | 1,0 | 97,9 | - | 1-2 | 26 | 1200 | ||
| 30 | 0,5 | 0,1 | 0,5 | 3,0 | 95,9 | - | 1-2 | 30 | 1360 | ||
| 31 | 0,5 | 0,1 | 0,5 | 10,0 | 88,9 | - | 1-1,5 | 35 | 2000 | ||
| 32 | 0,5 | 0,1 | 0,5 | 15,0 | 83,9 | - | 1-1,5 | 35 | 1950 | ||
| 33 | 0,5 | 0,1 | 0,5 | 20,0 | 78,9 | - | 1-1,5 | 36 | 1980 | ||
| 34 | 0,5 | 0,1 | 0,1 | 3,0 | 96,3 | - | 3 | 24 | 1875 | ||
| 35 | 1,0 | 0,1 | 0,5 | 5,0 | 93,4 | - | 1 | 75 | 2450 | ||
| 36 | 1,0 | 0,1 | 1,0 | 5,0 | 92,9 | - | 1 | 85 | 2745 | ||
| 37 | 1,0 | 0,1 | 1,0 | 10,0 | 87,9 | - | 1 | 90 | 3100 | ||
| 38 | 1,0 | 0,1 | 1,0 | 15,0 | 82,9 | - | 1 | 125 | 3700 | ||
| 39 | 1,1 | 0,1 | 1,0 | 10,0 | 87,8 | - | 1 | 125 | 3250 | ||
| 40 | 1,5 | 0,1 | 1,0 | 10,0 | 87,4 | - | 1 | 155 | 3945 |
| Продолжение таблицы 1 | |||||||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 |
| 41 | 0,1 | 0,03 | 0,2 | 1,0 | 98,67 | - | - | 4,3 | геля нет | ||
| 42 | 0,3 | 0,03 | - | - | 99,67 | - | 5-6 | 7,2 | 175 | ||
| 43 | 0,3 | 0,03 | 0,2 | - | 99,47 | - | 5-6 | 7,5 | 180 | ||
| 44 | 0,3 | 0,03 | 0,2 | 5,0 | 94,47 | - | 4 | 13 | 480 | ||
| 45 | 0,3 | 0,03 | 0,2 | 5,0 | 94,47 | - | 4-5 | 12,5 | 470 | ||
| 46 | 0,5 | 0,1 | 0,2 | 5,0 | 94,2 | - | 4 | 25 | 1200 | ||
| 47 | 0,5 | 0,1 | 0,2 | 10,0 | 89,2 | - | 3,5 | 35 | 1450 | ||
| 48 | 1,0 | 0,1 | 0,2 | 5,0 | 93,7 | - | 3 | 70 | 1950 | ||
| 49 | 1,5 | 0,1 | 0,2 | 5,0 | 93,2 | - | 3 | 135 | 2700 | ||
| 50 | 0,3 | 0,03 | - | - | 97,67 | 2,0 | флокуляция | - | - | ||
| 51 | 0,5 | 0,1 | - | - | 97,4 | 2,0 | флокуляция | - | - | ||
| 52 | 0.5 | 0,1 | - | - | 94,4 | 5,0 | флокуляция | - | - | ||
| 53 | 0,3 | 0,03 | - | - | 97,67 | 2,0 | флокуляция | - | - | ||
| 54 | 0,5 | 0,1 | - | - | 97,4 | 2,0 | флокуляция | - | - |
Из таблицы 1 видно, что свойства геля зависят от количественного содержания компонентов состава. Оптимальными концентрациями компонентов являются составы (8-11, 14-17, 23-26, 29-31, 34-37, 44-47), при этом водорастворимого полимера 0,3-1,0 мас.%, солей поливалентных металлов 0,03-0,1 мас.%, хлорида аммония 0,2-1,0 мас.%, карбамидоформальдегидной смолы 1,0-10,0 мас.%, воды - остальное.
При содержании в составе карбамидоформальдегидной смолы менее 1,0 мас.% сдвиговая прочность геля составляет 320 Па (состав 7) и несущественно отличается от прототипа 310 Па (состав 6).
При введении карбамидоформальдегидной смолы сдвиговая прочность предлагаемого состава увеличивается по сравнению с прототипом (составы 6, 12), происходит дополнительное структурирование и увеличение адгезионных свойств.
При содержании водорастворимого полимера менее 0,3 мас.% и солей поливалентных катионов менее 0,03 мас.% не происходит образование геля и при смешении с карбамидоформальдегидной смолой не приводит к образованию прочного состава (составы 3, 20,41) и не обеспечивает повышения изоляционных работ.
Увеличение содержания водорастворимого полимера более 1,0 мас.%, а карбамидоформальдегидной смолы более 10 мас.% нецелесообразно с экономической точки зрения, а также с технологической из-за высокой стоимости реагентов и высокой вязкости составов (более 100 мПа·с). При закачке в пласт такой гелеобразующий состав не обеспечивает проникновение в пористую среду.
Анализ результатов исследований показал, что предлагаемый состав имеет высокие показатели прочности при сохранении образующейся структуры сшитого геля. Расширение применяемых компонентов не снижает уровень показателей предлагаемого состава. Позволяет регулировать сроки гелеобразования и показатели вязкости.
Для оценки эффективности изолирующих свойств гелеобразующего состава, снижения водопритока и качества регулирования профиля приемистости проводят опыты на насыпных моделях пласта общепринятым способом. Модель пласта представляет собой металлическую трубку (длиной 50 см, площадью поперечного сечения 6,4 см2), набитую кварцевым песком определенной фракции, изменение которой позволяет изменить проницаемость модели пласта. Модель пласта сначала вакуумируют, насыщают водой, определяют исходную проницаемость по воде, затем закачивают гелеобразующие составы в количестве 0,5 объема пор. Модель выдерживают в течение двух суток для полного гелеобразования и завершения процесса адгезионного взаимодействия с породой. Затем переворачивают и в обратном направлении определяют проницаемость по воде. Таким образом, моделируют процесс пуска скважин и добычи нефти из пласта после проведения водоизоляционных работ. Во всех опытах перепад давления между торцами модели пласта составляет 0,1 МПа.
Эффект изоляции (Э) определяют по формуле:
Э=(К1-К2)/К1·100%;
где K1 - проницаемость по воде до закачки предлагаемого состава, мкм2;
К2 - проницаемость по воде после закачки предлагаемого состава, мкм2.
Результаты исследований представлены в таблице 2.
| Таблица 2 | ||||||||||
| № пп | Гелеобразующий состав, мас. % | Проницаемость по воде, мкм2 | Эффект изоля-ции, % | |||||||
| Водораст. полим. | Сшиватель | Хлор. аммон. | Карбамидоформ. смола | Вода | до закачки состава | после закачки состава | ||||
| ПАА | КМЦ | Ац.хр. | Хромокалиевые кв. | |||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 |
| 1 | 0,3 | 0,03 | 0,2 | 1,0 | 98,47 | 12,5 | 0,3 | 98 | ||
| 2 | 0,3 | 0,03 | 0,2 | 3,0 | 96,47 | 12,6 | 0,4 | 97 | ||
| 3 | 0,3 | 0,06 | 0,5 | 3,0 | 96,14 | 12,6 | 0,4 | 97 | ||
| 4 | 0,3 | 0,06 | 0,5 | 5,0 | 94,14 | 12,7 | 0,3 | 98 | ||
| 5 | 0,5 | 0,1 | 0,2 | 5,0 | 94,2 | 12,9 | 0 | 100 | ||
| 6 | 0,5 | 0,1 | 0,5 | 5,0 | 93,9 | 13,5 | 0,2 | 99 | ||
| 7 | 0,5 | 0,1 | 0,2 | 0,5 | 98,7 | 13,6 | 0,3 | 98 | ||
| 8 | 0,5 | 0,1 | 0,5 | 10,0 | 88,9 | 14,0 | 0,1 | 99 |
| Продолжение таблицы | ||||||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 |
| 9 | 0,3 | 0,03 | 0,2 | 5,0 | 94,47 | 12,6 | 0 | 100 | ||
| 10 | 0,5 | 0,1 | 0,2 | 5,0 | 94,2 | 12,3 | 0,3 | 98 | ||
| 11 | 0,5 | 0,1 | 0,2 | 5,0 | 94,2 | 12,3 | 0,4 | 97 | ||
| прототип | ||||||||||
| 12 | 0,3 | 0,03 | 0,2 | - | 99,47 | 12,4 | 1,5 | 88 | ||
| 13 | 0,5 | 0,1 | 0,2 | - | 99,2 | 12,6 | 2,1 | 83 | ||
| 14 | 0,5 | 0,1 | 0,5 | - | 98,9 | 12,6 | 1,9 | 85 | ||
| 15 | 0,3 | 0,03 | 0,2 | - | 99,47 | 11,9 | 1,6 | 87 |
Из таблицы 2 видно, что предлагаемый состав в отличие от прототипа обладает высокой эффективностью изоляции (97-100%) против 83-88 % по прототипу.
Адгезионные характеристики определяют по характеру разрушения образцов модели пласта. При разрушении образцов предлагаемый изолирующий состав не разрушается, а сохраняет структуру сшитого геля и остается прочно сцепленным с моделью пласта. Состав по прототипу не образует связанную структуру с моделью пласта, что дает возможность судить об увеличении адгезии предлагаемого изолирующего состава.
Таким образом, приведенные результаты испытаний предлагаемого гелеобразующего состава свидетельствуют о возможности получения гелей, обладающих высокой прочностью и высокой адгезией к породам пласта при сохранении образующейся структуры сшитого геля и одновременном регулировании сроков гелеобразования и вязкости при расширении ресурсов применяемых компонентов.
Использование предложения позволяет повысить качество изоляционных работ по ограничению водопритока в нефтяные скважины и качество регулирования профиля приемистости нагнетательных работ, что обеспечивает получение дополнительной добычи нефти.
Гелеобразующий состав для изоляции водопритока в скважину, содержащий водорастворимый полимер, соль поливалентного металла, хлорид аммония и воду, отличающийся тем, что в качестве водорастворимого полимера он содержит полиакриламид или карбоксиметилцеллюлозу, в качестве соли поливалентного металла - ацетат хрома или хромкалиевые квасцы и дополнительно карбамидоформальдегидную смолу при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| Водорастворимый полимер | 0,3-1,0 |
| Соль поливалентного металла | 0,03-0,1 |
| Хлорид аммония | 0,2-1,0 |
| Карбамидоформальдегидная смола | 1,0-10,0 |
| Вода | Остальное |
