Термотропный гелеобразующий состав

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к использованию термотропных гелеобразующих составов, образующих гель за счет пластовой температуры после введения в нефтяной пласт. Технический результат - повышение эффективности состава за счет обеспечения его работоспособности не только при высоких, но и при умеренных пластовых температурах - порядка 60°С и без применения нетехнологичных реагентов типа уротропина, что упрощает процесс приготовления состава, технологичность его транспортировки, хранения и применения. Гелеобразующий состав содержит, мас.%: товарный продукт гидроксохлорида алюминия с водородным показателем рН его 1%-ного водного раствора не ниже 3,5-25-40, карбамид - 60-75, полиэтиленоксид -0,1-0,2. 2 табл.

 

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к использованию термотропных гелеобразующих составов, образующих гель за счет пластовой температуры после введения в нефтяной пласт.

Основным методом увеличения нефтеотдачи пластов является заводнение. Прорыв закачиваемых и пластовых вод по зонам с высокими фильтрационными характеристиками приводит к образованию промытых участков, через которые в дальнейшем фильтруется вода, обходя низкопроницаемые нефтесодержащие участки продуктивного пласта. При этом доля извлекаемой из пласта нефти снижается, а степень обводненности ее увеличивается.

Известны способы повышения нефтеотдачи пластов, сущность которых сводится к закачиванию в пласт реагентов, образующих в высокообводненном пропластке гидроизолирующий экран, препятствующий проникновению воды в добывающие скважины [Манырин В.Н., Швецов И.А. Физико-химические методы при заводнении. РОСИНГ. Самара. 2002].

Однако у большинства из них имеются существенные недостатки, такие как дороговизна используемых реагентов, ухудшение экологической обстановки в грунтовых и поверхностных водах, плохая технологичность и малая долговечность образованных защитных экранов.

Известны гелеобразующие составы на основе полиакриламида и сшивателей - солей трехвалентного хрома [пат. 2180039 РФ, E21B 43/22, 2002], для которых время гелеобразования предварительно рассчитывается по математической модели, описывающей поведение системы полиакриламид-хромокалиевые квасцы-минерализованная вода. Это время должно быть больше времени закачки композиции в скважину.

Однако при этом необходимо учитывать много параметров (молекулярная масса полиакриламида, степень его гидролиза, концентрации полимера и сшивателя, температура и pH среды, пористость и проницаемость породы и др.), определить кинетические параметры процесса гелеобразования. Кроме того, недостатком состава является присутствие в нем солей хрома, являющихся высокотоксичным компонентом.

Известен состав для повышения нефтеотдачи пластов, включающий хлорид или нитрат алюминия, карбамид, уротропин и воду [пат. 2066743 РФ, E21B 43/22, 1996]; состав эффективен в широком интервале пластовых температур, в том числе ниже 60°C. Однако используемый хлористый алюминий является легколетучим соединением, при контакте с влагой гидролизуется с образованием соляной кислоты, что затрудняет его использование из соображений техники безопасности. Применение солей алюминия в виде кристаллогидратов хлорида и нитрата алюминия нетехнологично ввиду сильной их гигроскопичности и способности к слеживанию.

Применение в составе уротропина приводит к усложнению технологического процесса его получения, хранения и применения. Сам уротропин требует особых условий обращения и хранения, а именно: в темных и сухих прохладных помещениях. Кроме того, уротропин очень летуч, имеет неприятный запах.

Вместо солей алюминия предложено использовать также с карбамидом алюмосодержащие отходы нефтехимических производств [пат. 2120544 РФ, E21B 43/22, 1998]. Алюмосодержащие отходы нефтехимических производств образуются в процессах алкилирования ароматических углеводородов и представляют собой жидкие вязкие смеси, их использование несет в себе опасность загрязнения пластовых и поверхностных вод высокотоксичными органическими веществами.

Известен гелеобразующий при растворении в воде твердый реагент «Галка-Термогель» [ТУ 2163-015-00205067-01, 2001] - композиция на основе гидроксохлорида алюминия, содержащая также карбамид и уротропин. Применение в составе уротропина приводит к усложнению технологического процесса его получения, хранения и применения. Сам уротропин требует особых условий обращения и хранения, а именно: в темных и сухих прохладных помещениях. Кроме того уротропин очень летуч, имеет неприятный запах.

Известен состав для изоляции водопритока к скважинам, содержащий хлористый алюминий в концентрации 0,4-17,0 мас.%, карбамид - 1,5-30,0 мас.%, полиакриламид - 0,5-2,5 мас.%, остальное вода [пат. 2076202 РФ, E21B 43/22, 1997]. Введение полиакриламида, хотя и способствует улучшению адгезионных характеристик, однако, в целом возникающая система является свободнодисперсной и способна к постепенному вымыванию из коллектора нагнетаемой или пластовой водой. Кроме того, как указано выше, хлористый алюминий является легколетучим соединением, при контакте с влагой гидролизуется с образованием соляной кислоты, что затрудняет его использование. Применение солей алюминия в виде кристаллогидратов хлорида и нитрата алюминия нетехнологично ввиду сильной их гигроскопичности и способности к слеживанию.

Известен гелеобразующий состав, получаемый смешением полиакриламида, карбамида, соли алюминия и воды, причем в качестве соли алюминия используют пентагидроксохлорид алюминия, а указанное смешение осуществляют путем введения карбамида в полимер-коллоидный комплекс, полученный смешением водного раствора полиакриламида с водным коллоидным раствором пентагидроксохлорида алюминия при следующем соотношении компонентов, мас.% [пат. 2348792 РФ, E21B 33/138, C09K 8/508, 2009]:

пентагидроксохлорид алюминия 3-6;

полиакриламид 0,25-0,5;

карбамид 7-14;

вода остальное.

К недостаткам состава относится достаточно сложный описанный выше процесс его приготовления. В частности, приготовление раствора полиакриламида в концентрациях 0,25-0,5 мас.% требует значительного времени перемешивания (не менее 1 часа).

Состав имеет значительную вязкость (более 20 мПа·с), что снижает селективность процесса водоизоляции при его закачке, особенно в условиях месторождений Западной Сибири, характеризующихся маловязкими нефтями. Относительно короткое время гелеобразования при 70°C и ниже, составляющее 7-8 часов, не позволяет закачать большие объемы реагента за это время в скважину, а в условиях месторождений с более высокой пластовой температурой делает невозможным применение состава из-за большой вероятности гелеобразования в скважине.

Прототипом заявляемого является гелеобразующий состав для повышения нефтеотдачи и ограничения водопритока, включающий соли алюминия в виде алюминия гидроксохлорида с массовой долей по оксиду алюминия 10-30% и массовой долей по иону хлора 13-35% при соотношении компонентов, мас.% [заявка №2002116441/03 от 2002.06.19, опубликовано 2003.12.20]:

алюминия гидроксохлорид 15-50,

карбамид 85-50.

Указанный состав дополнительно может содержать уротропин от 2 до 30 мас.%.

Данный состав не может одинаково эффективно работать на месторождениях с разными пластовыми температурами. Так как водородный показатель его водного раствора довольно низок, для гелеобразования при низких и умеренных пластовых температурах (ниже 70°C) в состав дополнительно вводят щелочной уротропин до 30 мас.% Это приводит к усложнению технологического процесса получения, хранения и применения состава. Сам уротропин требует особых условий обращения и хранения, а именно: в темных и сухих прохладных помещениях. Кроме того, уротропин очень летуч, имеет неприятный запах.

Применение алюминия гидроксохлорида с массовой долей по оксиду алюминия менее 30% не эффективно экономически, так как увеличивает транспортные расходы, требует более высокой дозировки при закачке в скважины.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение эффективности состава за счет обеспечения его работоспособности не только при высоких, но и при умеренных пластовых температурах (порядка 60°C) и без применения нетехнологичных реагентов типа уротропина. Последнее упрощает процесс приготовления состава, технологичность его транспортировки, хранения и применения. Увеличение нефтеотдачи достигается за счет снижения обводненности добываемой продукции путем селективной изоляции водопромытых зон пласта составом, получаемым при растворении в воде заявляемого гелеобразующего состава.

Поставленная задача решается тем, что гелеобразующий состав, включающий гидроксохлорид алюминия и карбамид, отличается тем, что содержит товарный продукт гидроксохлорида алюминия с водородным показателем pH его 1%-ного водного раствора не ниже 3,5 при следующем соотношении компонентов, мас.%:

указанный товарный продукт гидроксохлорида алюминия - 25-40;

карбамид - 60-75.

Состав содержит дополнительно полиэтиленоксид в количестве до 0,2 мас.%.

Указанный товарный продукт гидроксохлорида алюминия с водородным показателем pH его 1%-ного водного раствора не ниже 3,5 выпускается в Китае под наименованием Полиалюминия хлорид GB 15892; представляет собой порошок желтого цвета; характеризуется массовой долей по оксиду алюминия не менее 30%.

В заявляемом составе основным действующим компонентом является соль алюминия, концентрация его определяет прочность образуемого геля, карбамид служит для повышения щелочности раствора при его гидролизе при повышенных пластовых температурах.

Снижение содержания гидроксохлорида алюминия в составе ниже 25 мас.% приведет к увеличению транспортных расходов, необоснованному расходу карбамида, повышенному расходу состава на одну обработку скважины. Повышение содержание гидроксихлорида алюминия выше 40 мас.% при низких температурах приводит к увеличению времени гелеобразования в пласте.

Использование указанного товарного продукта гндроксохлорида алюминия избавляет от необходимости введения в него специальных компонентов типа уротропина для гелеобразования при низких пластовых температурах.

Состав готовится из исходных сухих продуктов в заводских условиях путем их механического измельчения и перемешивания с последующей фасовкой в тару. В герметичной таре состав представляет собой сыпучий порошок.

Состав применяется путем растворения в воде в соотношении 1:5-1:20 непосредственно перед закачкой в скважину.

Для обеспечения селективности закачиваемого в скважину водного раствора в заявляемый гелеобразующий состав дополнительно вводят до 0,2% по массе полиэтиленоксида. За счет достигаемого при этом снижения гидравлических потерь повышается селективность водоизоляции.

ПРИМЕРЫ

В опытах использованы следующие реагенты:

1) карбамид по ГОСТ 6691-77;

2) гидроксихлорид алюминия по прототипу - товарный продукт под наименованием

Полихлорид алюминия PAC AC/100S (производство Индия) с pH его 1%-ного водного раствора 3,0;

3) гидроксихлорид алюминия по заявляемому техническому решению - товарный продукт под наименованием Полиалюминия хлорид GB 15892-2003, сорт PAC - 02 (производство Китай) с pH его 1%-ного водного раствора 3,5%;

4) полиэтиленоксид производства США с молекулярной массой 5·10⁶.

Пример 1 - исследование гелеобразования

Навеску термотропного гелеобразующего состава в количестве 1,0 г помещают в пробирку, добавляют 9 см³ дистиллированной воды, пробирку закрывают притертой пробкой, тщательно встряхивают до полного растворения состава в воде и получения однородной смеси и помещают в термостат. Испытуемый раствор выдерживают при температурах 50, 60, 70, 80 и 90°C до полного загеливания. Контроль осуществляют визуальным осмотром. За момент полного гелирования принимается момент, когда мениск раствора состава перестанет смещаться. Результаты испытаний представлены в табл.1.

Как видно из данных таблицы 1, на время гелеобразования влияет такой показатель качества гидроксохлорида алюминия, как водородный показатель pH его водного раствора. Применение гидроксохлорида алюминия с водородным показателем его 1%-ного водного раствора 3,0 (по прототипу) не позволяет получать гель в технологически приемлемые сроки при температуре ниже 70°C в отличие от гидроксохлорида алюминия с водородным показателем его 1%-ного водного раствора 3,5 (по заявляемому техническому решению).

При применении предлагаемого состава получают следующий технический результат.

1. Применение в составе гидроксохлорида алюминия с регламентированной величиной pH его 1%-ного водного раствора позволяет использовать состав в условиях месторождений с относительно низкими пластовыми температурами (от 60°C).

2. Применение состава без уротропина обеспечивает благоприятные условия труда обслуживающего персонала из-за отсутствия летучести их паров. Состав экономичен по содержанию оксида алюминия.

Введение в состав высокомолекулярного полиэтиленоксида позволяет снизить гидравлическое сопротивление при закачке приготовленных водных растворов в скважину, повысить селективность процесса водоизоляции, а также увеличить прочность образуемого геля за счет армирования полимером. Отсутствие ионных функциональных групп в полимере высокомолекулярного полиэтиленоксида делает его устойчивым к солевой агрессии.

Пример 2 - фильтрационные исследования

Назначение водного раствора заявляемого гелеобразующего состава - перераспределять потоки нагнетаемой воды за счет изоляции водопромытых зон пласта гелеобразующим агентом и вовлечения в работу непромытых зон пласта.

Экспериментальные исследования проводились на установке, включающей насос постоянного расхода, мерники с жидкостями и нефтью, два параллельных кернодержателя с общим вводом жидкости, помещенных в термостатированную камеру.

В качестве модели пористой среды использовали экстрагированные керны одного из западно-сибирских месторождений, в качестве модели нефти - изовискозную смесь поверхностной нефти с керосином.

Начальную водонефтенасыщенность создавали следующим образом. Через керны фильтровали воду, затем воду вытесняли тремя поровыми объемами керосина, затем керосин замещали моделью нефти до получения стабильных фильтрационных показателей. Характеристики кернов подбирали таким образом, чтобы проницаемости колонок различались в 5-10 раз.

Вначале через обе колонки фильтровали слабоминерализованную воду (10 г/л хлорида натрия), используемую в системе поддержания пластового давления, до полного прекращения вытеснения нефти. После чего при комнатной температуре через колонки фильтровали 0,5 порового объема раствора гелеобразующего состава. После чего колонки термостатировали при необходимой температуре (60, 70, 90°C). После термостатирования в течение 24 ч и 48 ч возобновляли фильтрацию воды и замеряли количество жидкости из каждой колонки. Скорость подачи воды (суммарная на обе колонки) составляла 15 мл/час. Замерялся прирост коэффициента вытеснения нефти. Результаты представлены в табл.2.

Из полученных данных следует, что заявляемый состав позволяет работать в более широком диапазоне температур пласта, начиная с 60°C. Применение полиэтиленоксида позволяет обеспечить более высокую селективность попадания гелеобразующего состава в водопромытые зоны пласта. Кроме того, высокомолекулярные цепочки полиэтиленоксида являются дополнительной «арматурой» для геля, способствуют его упрочнению.

На заявляемый термотропный гелеобразующий состав заявителем разработаны ТУ 2163-008-70240705-09; выпуск состава осуществится под названием «ТЕРМОГОС».

Гелеобразующий состав, включающий гидроксохлорид алюминия и карбамид, отличающийся тем, что содержит товарный продукт гидроксохлорида алюминия с водородным показателем рН его 1%-ного водного раствора не ниже 3,5 и дополнительно полиэтиленоксид при следующем соотношении компонентов, мас.%:

указанный товарный продукт гидроксохлорида алюминия	25-40
карбамид	60-75
полиэтиленоксид	0,1-0,2