Реагент для изменения направлений фильтрационных потоков при обработке призабойной зоны пласта нагнетательных и добывающих скважин и способ его получения

Изобретения относятся к реагентам для изменения приемистости и/или ограничения водопритоков и технологии их приготовления и могут использоваться при разработке и эксплуатации нефтяных месторождений. Реагент для изменения направлений фильтрационных потоков при обработке призабойной зоны пласта нагнетательных и добывающих скважин состоит из омыленных щелочью - КОН или его смесью с NaOH - кубовых остатков от производства жирных кислот (КОЖК) растительного и/или животного происхождения с титром 5-65, содержащих не менее 0,05% остаточной щелочи по сухому остатку. До омыления КОЖК содержат не менее 40% омыляемой части от сухого остатка. Для получения этого реагента омыление ведут смешением водного раствора щелочи с неомыленными КОЖК с последующим нагревом до 85-95°С и выдержкой при этой температуре не менее 3 ч. Технический результат - получение реагента из доступного недефицитного сырья, образование его рабочей эмульсии в широком диапазоне температур, исключение гелирования эмульсии, по меньшей мере, в течение суток. 2 н.п. ф-лы, 2 табл.

 

Изобретения относятся к области нефтедобычи, в частности к реагентам для изменения приемистости нагнетательных скважин и/или для ограничения водопритоков в нефтедобывающих скважинах, и к технологии их приготовления и предназначены для использования при разработке и эксплуатации нефтяных месторождений.

Известна многокомпонентная жидкость для глушения и консервации скважин, содержащая нефтенат натрия, гелеобразователь - соединения жирных кислот фракции C₁₆ и выше или их производные, природный неорганический карбонат кальция и углеводородную основу (Патент РФ №2201498, кл. Е21В 43/12, от 2001 г.) Причем в качестве гелеобразователя могут быть использованы синтетические жирные кислоты фракции C₁₆ и выше, кубовые остатки производства синтетических жирных кислот С₂₀ и выше, а также жирные кислоты таллового масла. Известная жидкость является термостабильной и сохраняет свои реологические свойства при температуре до 120°С.

Однако указанная известная жидкость предназначена для глушения и консервации скважин и не используется для целей водоизоляции и изменения профиля приемистости. Жидкость характеризуется высокой гелируемостью в течение короткого времени с момента приготовления, что затрудняет ее применение для проведения работ по изменению профиля приемистости нагнетательных скважин и/или для ограничения водопритоков в нефтедобывающих скважинах из-за низкой прокачиваемости.

Кроме того, указанная жидкость готовится на углеводородной основе, что предопределяет ее высокую пожароопасность.

Также известен состав для селективной изоляции притока минерализованной пластовой воды в скважинах, состоящий из водного раствора натриевой соли синтетических жирных кислот и добавки карбоната и бикарбоната аммония (Патент РФ №2069738, кл. Е21В 33/138, от 1992 г.) Указанный состав применяется в виде водной эмульсии и поэтому пожаробезопасен. Эта эмульсия при взаимодействии с солями кальция и магния, содержащимися в пластовой воде, образует органоминеральный осадок, который создает водоизоляционный экран, за счет чего и происходит изменение направления фильтрационных потоков в пласте.

Однако известный состав после разведения в воде подвержен быстрому гелированию, что приводит к резкому повышению вязкости и делает его нетехнологичным при закачке.

Вместе с этим введение в композицию карбоната и бикарбоната аммония уменьшает механическую прочность органоминерального осадка, очевидно, из-за конкурентной реакции между катионом аммония и катионами кальция или магния.

Из уровня техники еще известен реагент для регулирования проницаемости коллекторов, преимущественно порово-трещиноватого и порового типа, содержащий омыленные гидроксидом натрия кубовые остатки от производства жирных кислот (КОЖК), оксиэтилированный алкилфенол Аф_9-12, СКОП и воду (патент РФ №2254458, кл. Е21В 43/22, от 2003 г.).

Недостатком указанного известного реагента является недостаточная термостойкость, а также склонность к образованию высоковязкого геля в течение 3-10 ч после приготовления, что приводит к технологическим трудностям по его закачке в скважину.

Из известных реагентов наиболее близким к предлагаемому по назначению и по совокупности признаков является реагент для изменения направлений фильтрационных потоков при обработке призабойной зоны пласта нагнетательных и добывающих скважин, представляющий собой омыленные гидроксидом натрия кубовые остатки от производства синтетических жирных кислот и содержащий не менее 30% сухого остатка, не менее 1,7 мг-экв/л натриевых мыл синтетических жирных кислот и не более 0,1% свободного гидроксида натрия из расчета на сухой остаток (патент РФ №2065944, кл. Е21В 43/22, от 1994 г.). Указанный известный реагент применяют в виде 1-5%-ной рабочей эмульсии в пресной воде. Он характеризуется высокой селективностью и хорошим закупоривающим эффектом.

Однако данный реагент не лишен недостатков, а именно:

- существует сложность приготовления рабочей эмульсии реагента в воде, т.к. для этого необходим нагрев используемой пресной воды до высокой температуры (более +60°С), что приводит к дополнительным производственным затратам и особенно сложно осуществимо на промыслах в зимних условиях;

- наличие высокой гелируемости рабочих эмульсий известного реагента, приводящей к резкому повышению вязкости через небольшой промежуток времени после приготовления указанной эмульсии, что затрудняет, а в некоторых случаях приводит к невозможности проведения закачки такой эмульсии в скважину;

- ограниченность сырьевой базы для производства известного реагента (отсутствие в настоящее время отечественного производителя синтетических жирных кислот).

Также из вышеприведенного патента и из ТУ 84-07509103-454-96 известен способ получения реагента для изменения направлений фильтрационных потоков при обработке призабойной зоны пласта нагнетательных и нефтедобывающих скважин, согласно которому производят омыление гидроксидом натрия неомыленных кубовых остатков от производства жирных кислот с кислотным числом 50-100 мг КОН/г.

Однако реагент, полученный известным способом, а также его рабочие эмульсии характеризуются указанным выше комплексом недостатков.

Единый технический результат, достигаемый при осуществлении заявляемой группы изобретений, заключается в придании полученному реагенту свойства растворения в воде с образованием рабочей эмульсии в широком диапазоне температур, в том числе при нормальной температуре, при одновременном исключении гелирования образующейся эмульсии, по меньшей мере, в течение суток.

Дополнительным техническим результатом является наличие доступной и недефицитной сырьевой базы для получения предлагаемого реагента.

Для получения указанного единого технического результата предлагается реагент для изменения направлений фильтрационных потоков при обработке призабойной зоны пласта нагнетательных и добывающих скважин на основе омыленных щелочью кубовых остатков от производства жирных кислот - КОЖК, при этом новым является то, что в качестве указанных омыленных КОЖК реагент содержит омыленные щелочью: гидроксидом калия или смесью гидроксида натрия и гидроксида калия, КОЖК растительного и/или животного происхождения с титром от 5 до 65 и с содержанием остаточной щелочи не менее 0,05% по сухому остатку, а в качестве первоначальных неомыленных КОЖК используют неомыленные КОЖК с содержанием в них омыляемой части не менее 40% от сухого остатка.

Для достижения единого технического результата для заявляемой группы изобретений предлагается способ получения реагента для изменения направлений фильтрационных потоков при обработке призабойной зоны пласта нагнетательных и добывающих скважин путем омыления щелочью неомыленных кубовых остатков от производства жирных кислот - КОЖК, при этом новым является то, что процесс омыления ведут путем смешения водного раствора щелочи с неомыленными КОЖК с последующим нагревом полученной смеси до температуры 85-95°С и выдержкой при указанной температуре не менее трех часов до получения омыленных КОЖК с титром от 5 до 65 и с содержанием остаточной щелочи не менее 0,05% по сухому остатку, при этом в качестве неомыленных КОЖК используют неомыленные КОЖК растительного и/или животного происхождения с содержанием в них омыляемой части не менее 40% от сухого остатка, а в качестве щелочи - гидроксид калия или смесь гидроксида калия и гидроксида натрия.

Достижение поставленного технического результата обеспечивается за счет следующего.

Использование в предлагаемом техническом решении в качестве сырья - кубовых остатков жирных кислот растительного и/или животного происхождения (КОЖК) имеет свои особенности. Следует пояснить, что кубовые остатки (КОЖК) растительного и животного происхождения существенно отличаются от кубовых остатков производства синтетических жирных кислот (далее КОСЖК) - строением углеводородного радикала, присутствием непредельных кислот и полным отсутствием дикарбоновых кислот (книга: Технология переработки жиров /под ред. д.т.н., проф. Н.А.Арутюнян. - М.: Пищепромиздат, 1998).

Благодаря тому что для получения реагента и при осуществлении способа его получения используют в избытке щелочь - гидроксид калия или смесь гидроксида калия и гидроксида натрия (указывается, что содержание остаточной щелочи в заявляемом реагенте не менее 0,05% по сухому остатку), обеспечивается:

- полнота омыления всей омыляемой части неомыленных КОЖК (отсутствие в конечном продукте даже незначительных количеств неомыленных жирных кислот);

- полное подавление гидролиза полученных мыл при приготовлении из реагента растворов рабочих эмульсии, что предотвращает образование кислых мыл, приводящих (в частности) к получению эмульсии, склонной к гелированию;

- увеличенное содержание остаточной щелочности в реагенте (более 0,05% от сухого остатка) приводит к созданию высокой щелочности рабочей эмульсии, приготавливаемой из предлагаемого реагента, благодаря чему облегчается растворение реагента в воде при нормальной температуре +20÷40°С. Использование в реагенте омыленных КОЖК с титром от 5 до 65 (титр определяет температуру застывания) также обеспечивает хорошую растворимость реагента в воде и образование осадков достаточной прочности в пластовых условиях.

Наличие в качестве исходного сырья для приготовления предлагаемого реагента неомыленных КОЖК растительного и/или животного происхождения, содержащих жирные кислоты с содержанием в них омыляемой части не менее 40% от сухого остатка, обеспечивает исключение гелирования приготовленной из реагента рабочей эмульсии, по меньшей мере, в течение суток (в зависимости от концентрации реагента в рабочей эмульсии и от содержания указанной омыляемой части в неомыленных КОЖК). Титр неомыленных КОЖК может быть в различном диапазоне (в том числе от 5 до 70 и более), но соотношение исходных неомыленных КОЖК выбирается так, чтобы титр целевого (получаемого) продукта (реагента) находился в пределах от 5 до 65.

Предлагаемые реагент и способ его получения были опробованы в лабораторных условиях.

Для приготовления заявляемого реагента и рабочей эмульсии из него были использованы следующие вещества:

- неомыленные кубовые остатки от производства жирных кислот растительного происхождения:

- талловый пек по ТУ 13-4000177-184-84,

- флотогудрон ТУ 18РСФСР 744-77,

- смола гассиполовая ТУ 10-04-02-49-89;

- неомыленные кубовые остатки от производства жирных кислот животного происхождения:

- жировая композиция ТУ 18РСФСР 486-77,

- гудрон жировой вторичный ТУ 9147-014-00336444-98;

- гидроксид натрия, твердое вещество белого цвета, ГОСТ - 4328;

- гидроксид калия, твердое вещество белого цвета, ГОСТ - 9285 - 78;

- вода техническая с жесткостью не более 12 мг-экв/л;

- вода минерализованная с плотностью 1,02-1,03 г/см³.

Пример приготовления заявляемого реагента предлагаемым способом:

В реактор с мешалкой загружают 500 г флотогудрона (титр 20, количество омыляемой части 92%), 500 г жировой композиции (титр 59, количество омыляемой части 59%), 184 г гидроксида калия и 1450 г пресной воды. Нагревают до температуры 90-95°С, перемешивают и выдерживают при этой температуре в течение 3 часов. Затем охлаждают до 60-70°С и сливают в приготовленную тару. В результате получают заявляемый реагент омыленных гидроксидом калия кубовых остатков от производства жирных кислот с титром 45 и с содержанием остаточной щелочи 0,15% по сухому остатку.

Выбор параметров, характеризующих предлагаемый реагент, обусловлен следующим. Соотношение флотогудрон: жировая композиция определяет получение целевого продукта с необходимым титром, соотношение неомыленные КОЖК: гидроксид калия определяется требованием полного омыления КОЖК и содержанием избыточной (остаточной) щелочности (не менее 0,05%), содержание воды определяет долю сухого остатка в конечном омыленном продукте.

Реагенты с другим видом исходного сырья (неомыленные КОЖК растительного или животного происхождения или смеси КОЖК растительного и животного происхождения) получают аналогичным способом.

Заявляемые реагенты, полученные предлагаемым способом, были испытаны в лабораторных условиях.

При этом определяли:

- температуру и время приготовления из заявляемого реагента рабочей эмульсии (рабочую эмульсию получают путем растворения реагента в воде);

- время гелирования рабочей эмульсии;

- остаточный фактор сопротивления после воздействия на образец породы упомянутой рабочей эмульсии.

Испытания проводили следующим образом:

Температура и время приготовления рабочей эмульсии. В стеклянный стаканчик с мешалкой наливали воду, термостатировали и при перемешивании добавляли расчетное количество предлагаемого реагента. Засекали время образования рабочей эмульсии и температуру растворения.

Время гелирования.

Приготовленную (см. выше) рабочую эмульсию накрывали склянкой Петри оставляли в стеклянном стаканчике без перемешивания и периодически (каждые 1-2 часа) визуально оценивали потерю текучести, наклоняя стаканчик на ˜45°, засекали время.

Остаточный фактор сопротивления.

Исследования проводились на установке УИПК-1М с использованием неэкстрагированных образцов карбонатного керна различной проницаемости (от 100 до 400 мД) при температуре керна ˜+60°С. Через образцы керна прокачивали пластовую воду до стабилизации давления с определением начального коэффициента проницаемости по воде, а затем жидкость - рабочую эмульсию, полученную растворением заявляемого реагента (с концентраций ˜3%), в количестве 1-го порового объема. Далее снова фильтровали пластовую воду и определяли коэффициент проницаемости породы после воздействия рабочей эмульсии.

Результаты опытов приведены в таблицах 1 и 2.

Данные, приведенные в таблицах 1 и 2, показывают, что заявляемый реагент, приготовленный предлагаемым способом, обладает следующими преимуществами по сравнению с известными:

- легкость разведения, т.к. реагент и получаемая из него рабочая эмульсия легко разводятся водой комнатной температуры;

- приготовленная рабочая эмульсия не гелируется в течение по меньшей мере 24 часов;

- образующиеся из эмульсии осадки обладают достаточной прочностью:

фактор остаточного сопротивления (далее ФОС) образца керна не более 0,15, т.е. проницаемость керна по воде после обработки рабочей эмульсией уменьшается в ˜7 или более раз.

Данные, приведенные в таблицах 1 и 2, также показывают, что реагент с титром менее 5 (опыт 5) не обеспечивает образование прочных осадков (ФОС 0,85), а с титром более 65 (опыт 6) - для приготовления рабочей эмульсии требуется горячая вода ˜+60°С, кроме того, готовый в этом случае к применению продукт начинает гелироваться уже через 10 часов. В случае содержания в реагенте остаточной щелочи менее 0,05% (опыты 7, 8) время гелирования уменьшается до 1-3 часов, что недостаточно для проведения технологически успешной обработки пласта.

Таким образом, при использовании предлагаемого реагента в промысловых условиях (в виде рабочей эмульсии) будет обеспечено удобство использования реагента - легкость приготовления рабочей эмульсии, низкая вязкость (легкая прокачиваемость в течение длительного времени), т.е. отсутствие гелируемости длительное время, необходимое для проведения полного комплекса работ по выравниванию профиля приемистости или проведения водоизоляции, а также для образования в пластовых условиях водоизоляционных экранов высокой прочности.

Данные о составе и характеристиках предлагаемых реагентов, используемых при проведении испытаний
Таблица 1
№№ Состава	Щелочь для омыления: Мольное соотношение КОН:NaOH	Характеристика неомыленных КОЖК, используемых для приготовления предлагаемого реагента	Характеристика полученного предлагаемого реагента
Наименование	Кол-во омыляемой части, %	Титр,°С	Содержание остаточной щелочи, % по сухому остатку	Титр, °С	Содержание сухих веществ (сухого остатка), %
1	1:0	Флотогудрон,	92	20	0,15	45	42
		Жировая композиция	59	59
2	1:1	Флотогудрон,	92	20	0,15	17,6	51
		Пекталловый	67	17
3	1:3	Смола гассиполовая,	83	2	0,11	5	60
		Пек талловый	67	17
4	1:0	Гудрон жировой вторичный, Флотогудрон	6892	6620	0,2	60	15
5	1:2	Смола гассиполовая	83	2	0,12	2	60
6	1:0,2	Гудрон жировой вторичный	68	66	0,15	66	10
7	1:5	Флотогудрон,	92	20	0,02	45	42
		Жировая композиция	59	59
8	1:5	Гудрон жировой	68	66	0,01	55	41
		вторичный, Флотогудрон	92	20

Данные о свойствах рабочих эмульсий, приготовленных из предлагаемого реагента
Таблица 2
№№ Составов из табл.1	Остаточная щелочность, % по сухому остатку	Титр омыленных КОЖК, °С	Приготовление рабочей эмульсии	Время гелирования, ч	Фактор остаточного сопротивления
Температура, °С	Время, ч
1	0,15	45	20	0,5	более 24	0,07
2	0,15	17,6	15	0,5	более 24	0,08
3	0,11	5	10	0,5	более 24	0,15
4	0,2	60	35	1,0	24	0,02
5	0,12	2	10	0,5	более 24	0,85
6	0,15	66	65	1,5	10	0,02
7	0,02	45	40	0,5	3	0,1
8	0,01	55	45	1,0	менее 11	0,08

1. Реагент для изменения направлений фильтрационных потоков при обработке призабойной зоны пласта нагнетательных и добывающих скважин на основе омыленных щелочью кубовых остатков от производства жирных кислот - КОЖК, отличающийся тем, что в качестве указанных омыленных КОЖК реагент содержит омыленные щелочью: гидроксидом калия или смесью гидроксида калия и гидроксида натрия КОЖК растительного и/или животного происхождения с титром от 5 до 65 и с содержанием остаточной щелочи не менее 0,05% по сухому остатку, а в качестве первоначальных неомыленных КОЖК используют неомыленные КОЖК с содержанием в них омыляемой части не менее 40% от сухого остатка.

2. Способ получения реагента для изменения направлений фильтрационных потоков при обработке призабойной зоны пласта нагнетательных и добывающих скважин путем омыления щелочью неомыленных кубовых остатков от производства жирных кислот - КОЖК, отличающийся тем, что процесс омыления ведут путем смешения водного раствора щелочи с неомыленными КОЖК, с последующим нагревом полученной смеси до температуры 85-95°С и выдержкой при указанной температуре не менее трех часов до получения омыленных КОЖК с титром от 5 до 65 и с содержанием остаточной щелочи не менее 0,05% по сухому остатку, при этом в качестве неомыленных КОЖК используют неомыленные КОЖК растительного и/или животного происхождения с содержанием в них омыляемой части не менее 40% от сухого остатка, а в качестве щелочи - гидроксид калия или смесь гидроксида калия и гидроксида натрия.