Способ приготовления гелеобразующего состава для ограничения водопритока и регулирования проницаемости пласта
Владельцы патента RU 2364703:
ООО "Сервис-Уфа" (RU)
Институт химии твердого тела и механохимии Сибирского отделения РАН (RU)
Изобретение относится к нефтяной промышленности, а именно к способам приготовления гелеобразующих составов для ограничения водопритока и регулирования проницаемости пласта. Технический результат - повышение механической стабильности получаемого геля. В способе приготовления гелеобразующего состава для ограничения водопритока и регулирования проницаемости пласта, включающем перемешивание при нагревании силикатсодержащего материала, щелочи и воды, силикатсодержащий материал предварительно подвергают механической активации и при указанном перемешивании готовят суспензию при следующем соотношении компонентов, мас.%: механически активированный силикатсодержащий материал 30-60, щелочь 1-15, вода - остальное. В качестве силикатсодержащего материала могут быть использованы песок или бой стекла. Полученный состав дополнительно может быть отфильтрован. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.
Изобретение относится к нефтяной промышленности, а именно к способам приготовления гелеобразующих составов для ограничения водопритока и регулирования проницаемости пласта.
Известен способ получения гелеобразующего состава для повышения нефтеотдачи пласта на основе водного раствора силиката натрия и цеолитсодержащей породы, предварительно обработанной серной или соляной кислотами [1]. Недостатком известного состава является необратимое разрушение геля при высоких скоростях сдвига. Экономическая целесообразность применения гелеобразующих составов на основе силиката натрия невысока из-за того, что производство силиката натрия осуществляется в жестких автоклавных условиях.
Наиболее близким к предлагаемому является способ приготовления гелеобразующего состава для повышения нефтеотдачи пласта [2], включающий растворение измельченного алюмосиликатного катализатора нефтехимического производства Цеокара-10 в водном растворе щелочи при нагревании при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| Цеокар-10 | 5-10 |
| Щелочь | 5 |
| Вода | остальное, |
и добавление к фильтрату данной смеси раствора соляной кислоты.
Недостатком данного способа является низкая механическая стабильность (прочность) гелей, получаемых при добавлении к указанному фильтрату раствора кислоты, а также недостаточная промышленная база для обеспечения потребности нефтяной промышленности отработанными алюмосиликатными катализаторами.
Решаемая заявляемым техническим решением задача и ожидаемый технический результат заключаются в повышении механической стабильности получаемого геля и расширении круга используемых силикатсодержащих материалов за счет использования механической активации.
Поставленная задача решается тем, что способ приготовления гелеобразующего состава для ограничения водопритока и регулирования проницаемости пласта, включающий перемешивание при нагревании силикатсодержащего материала, щелочи и воды, отличается тем, что силикатсодержащий материал предварительно подвергают механической активации.
Состав готовят при следующем количественном соотношении компонентов, мас.%:
| Механически активированный силикатсодержащий материал | 30-60 |
| Щелочь | 1-15 |
| Вода | остальное. |
В качестве силикатсодержащего материала используют песок.
В качестве силикатсодержащего материала используют бой стекла.
Состав дополнительно может быть отфильтрован.
Время механической активации подбирают для каждого типа силикатсодержащего материала с тем, чтобы обеспечить максимальные значения растворимости силикатсодержащего материала в водном растворе щелочи.
Например, авторами установлено, что при мехактивации силикагеля наблюдается рост его растворимости (и плотности раствора) после первых минут активации (1-2 минуты) и снижение в дальнейшем (фиг.1); а растворимость мехактивированного боя стекла настолько выше растворимости мехактивированного песка, что гель, полученный на основе мехактивированного боя стекла, имеет чрезвычайно высокую вязкость по сравнению с гелем, полученным на основе мехактивированного песка.
Заявляемое техническое решение соответствует критерию «изобретательский уровень», так как отличительный признак, связанный с механической активацией силикатсодержащего материала, обеспечивает новый технический результат, а именно: не только повышение растворимости силикатсодержащего материала в растворе щелочи, но и существенное увеличение механической стабильности получаемого геля. При этом для каждого силикатсодержащего материала предпочтительно определять зависимость растворимости от интенсивности механической активации, так как данная зависимость является нелинейной и в некоторых случаях имеет выраженный максимум.
Способ осуществляется следующей последовательностью операций.
1. Механическая активация силикатсодержащего материала с помощью вибрационно-центробежной мельницы ВЦМ-10 или ВЦМ-30 (разработаны в Институте химии твердого тела и механохимии СО РАН).
2. Перемешивание мехактивированного силикатсодержащего материала с водным раствором щелочи при нагревании.
В качестве силикатсодержащего материала используют песок речной (ГОСТ №8736-93), песок строительный речной (ГОСТ №2138-91), бой стекла (ГОСТ Р 52233-2004), отработанные алюмосиликатные катализаторы.
Состав готовится при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| Механически активированный силикатсодержащий материал | 30-60 |
| Щелочь | 1-15 |
| Вода | остальное. |
Основными исследуемыми параметрами являлись реологические свойства гелеобразующего состава и геля, образующегося при добавлении к гелеобразующему составу раствора концентрированной кислоты. Математическая обработка результатов измерений производилась в соответствии с моделью Гершеля-Балкли , описывающей зависимость напряжения сдвига (τ) от скорости сдвига 
, где τ0 - предельное напряжение сдвига, K - консистентность, n - показатель неньютоновости.
Существенно, чтобы реологические свойства гелеобразующего состава и геля, образующегося при добавлении к гелеобразующему составу раствора концентрированной кислоты, заметно различались. В качестве критерия сравнения была выбрана эффективная вязкость гелеобразующего состава и геля при определенной скорости сдвига 
, которая вычислялась по формуле 
. Ее значения для геля должны быть выше эффективной вязкости гелеобразующего состава на один-два порядка.
Пример
Производится механическая активация образца речного песка массой 100 г, после чего указанный образец помещают в реактор с раствором 5 г NaOH в 95 г воды. Реактор подогревается на водяной бане до 90°С, смесь перемешивается в течение 6 часов. Состав представляет собой суспензию частиц мехактивированного песка в растворе силиката натрия.
Эффективная вязкость гелеобразующего состава η=2,7 Па·с при 
с-1 (при 25°С).
Эффективная вязкость геля, полученного при добавлении раствора концентрированной (36%) соляной кислоты при с-1 составляет η=65,9 Па·с (при 25°С).
Снижение концентрации механически активированного силикатсодержащего материала в гелеобразующем составе относительно заявленной приводит к тому, что концентрация силиката натрия, образующегося при его растворении в щелочном растворе, недостаточна для образования геля; избыточная концентрация приводит к тому, что реологические характеристики гелеобразующего состава становятся сопоставимыми с реологическими свойствами получаемого геля.
Получаемые гели механически устойчивы: они восстанавливают свои реологические свойства через некоторое время после механических воздействий, в частности, реологических измерений. На фиг.2 представлены зависимости эффективной вязкости η геля от скорости сдвига 
для прямого хода измерений (повышение скорости сдвига) и обратного хода (понижение скорости сдвига). Видно, что снижение эффективной вязкости геля после механического воздействия незначительно, что свидетельствует о его механической устойчивости.
Для гелей, получаемых из раствора силиката натрия, аналогичных гелям, получаемым по прототипу, характерна очень высокая эффективная вязкость при малых скоростях сдвига (η=50-1000 Па·с при скорости сдвига с-1 в зависимости от концентрации силиката натрия). Однако они необратимо разрушаются после механических воздействий при больших скоростях сдвига, в частности, в процессе реологических измерений.
Таким образом, заявляемый способ обеспечивает решение поставленной задачи, а именно: получение образцов гелей с высокой механической стабильностью (прочностью). При этом реологические характеристики заявленного гелеобразующего состава свидетельствуют о его применимости в нефтяной промышленности. Способ прост и технологичен, в качестве сырья используются дешевые и доступные материалы.
Источники информации
1. Патент РФ №2157451. Россия. МПК E21B 43/22. Способ разработки нефтяной залежи. Опубл. 10.10.2000.
2. Патент РФ №2202037. Россия. МПК E21B 43/22. Гелеобразующий состав для повышения нефтеотдачи пластов и способ его приготовления. Опубл. 04.10.2003.
1. Способ приготовления гелеобразующего состава для ограничения водопритока и регулирования проницаемости пласта, включающий перемешивание при нагревании силикатсодержащего материала, щелочи и воды, отличающийся тем, что силикатсодержащий материал предварительно подвергают механической активации и при указанном перемешивании готовят суспензию при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| механически активированный | |
| силикатсодержащий материал | 30-60 |
| щелочь | 1-15 |
| вода | остальное |
2. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что в качестве силикатсодержащего материала используют песок или бой стекла.
3. Способ по п.2, отличающийся тем, что состав дополнительно отфильтровывают.
