Гелеобразующий состав
Изобретение относится к нефтяной промышленности, в частности к составам для проведения водоизоляционных работ, и может быть использовано для регулирования фильтрационных потоков нефтяных и газовых пластов, ограничения водопритоков в нефтяных и газовых скважинах, ликвидации заколонных перетоков воды и газа, отключения отдельных обводнившихся интервалов пласта, при капитальном ремонте скважин. Технический результат - повышение эффективности водоизоляции, снижение обводненности добываемой скважиной продукции и увеличение добычи нефти игаза. Гелеобразующий состав содержит, мас.%: шлам - отход производства глинозема, полученный со стадии промывки шлама алюминатного раствора, состава, мас.%: 2CaO·SiO2 82-85; Na2O·Al2O3·2SiO2·H2O 5-8; 3CaO·Al2O3·xSiO2·(6-2x)H2O 2-3; СаСО3 3-4; 2CaO·Fe2O3 3-4; Na2O·CaO·SiO2 1-2, где х - 2-4, 5-11, соляная кислота (в пересчете на 100% сухого вещества) 20-50, вода - остальное. 3 табл.
Изобретение относится к нефтяной промышленности, в частности к составам для проведения водоизоляционных работ, и может быть использовано для регулирования фильтрационных потоков нефтяных и газовых пластов, ограничения водопритоков в нефтяных и газовых скважинах, ликвидации заколонных перетоков воды и газа, отключения отдельных обводнившихся интервалов пласта, при капитальном ремонте скважин.
Наибольший эффект в регулировании фильтрационных потоков обводненных пропластков достигается при использовании гелеобразных композиций. Наиболее перспективным является применение гелеобразующих композиций.
Известны гелеобразующие составы на основе различных химических реагентов, в частности: полимеров [1], солей алюминия [2, 3], силикатов щелочных металлов [4], алюмосиликатов [5].
Недостатками известных составов являются их низкая эффективность из-за сложности регулирования скорости гелеобразования, низкой структурной устойчивости, а также высокая стоимость гелеобразующих компонентов, что существенно ограничивает область применения составов.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому, т.е. прототипом, является гелеобразующий состав [5], включающий соляную кислоту, воду и компонент из класса алюмосиликатов, в качестве которого используется нефелин, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| Нефелин | 4-10 |
| Соляная кислота | 20-50 |
| Вода | остальное |
Недостатками этого состава являются недостаточная прочность получаемых гелей, низкая растворимость алюмосиликата в растворе соляной кислоты.
Задачей предлагаемого изобретения является повышение эффективности водоизоляции, снижение обводненности добываемой скважинной продукции и увеличение добычи нефти и газа.
Поставленная задача решается тем, что гелеобразующий состав, включающий силикатсодержащий компонент, соляную кислоту и воду, в качестве силикатсодержащего компонента содержит шлам - отход производства глинозема, полученный со стадии промывки шлама алюминатного раствора, состава, мас.%: 2CaO·SiO2 - 82-85; Na2O·Al2O3·SiO2·H2O- 5-8; 3CaO·Al2O3·xSiO2·(6-2х)H2O - 2-3; СаСО3 -3-4; 2CaO·Fe2O3 - 3-4; Na2O·CaO·SiO2 - 1-2, где х - 2-4, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| Указанный шлам | 5-11 |
| Соляная кислота (в пересчете на 100% сухого вещества) | 20-50 |
| Вода | остальное |
Использование в предлагаемом составе указанного шлама, хорошо растворяемого в соляной кислоте, повышает устойчивость геля, образующегося непосредственно в обводненном поровом пространстве, оказывает более продолжительное сопротивление режиму фильтрации через участки с высокой проницаемостью и направляет вытесняющий агент в новые зоны, тем самым увеличивается охват пласта вытеснением.
Применение указанного шлама дает ранее неизвестный эффект повышения прочности геля. Это обусловлено тем, что шлам содержит оксид кальция - СаО и некоторое количество оксида алюминия - Al2O3. Благодаря проявлению алюминием амфотерных свойств в системе образуется гидрооксид алюминия, способствующий созданию пространственной структуры, упрочняющей образуемый гель. Благодаря присутствию СаО и Al2O3 возможно также образование гидроалюминатиов кальция, которые также вносят свой вклад в формирование прочности полученного геля.
Границы концентраций шлама в составе композиции обусловлены результатами лабораторных экспериментов. При понижении его содержания время гелеобразования и прочность композиции значительно понижаются, а при повышении - количество нерастворившегося осадка неоправданно растет.
Границы концентраций соляной кислоты обусловлены ее реакционной способностью. Если концентрация будет меньше указанной, то время гелеобразования значительно уменьшается, что технологически неоправданно, если выше - время гелеобразоваиия и неоправданный расход кислоты значительно увеличиваются.
В качестве компонентов гелеобразующей композиции используются:
- шлам, образующийся на стадии промывки шлама алюминатного раствора при производстве глинозема после процессов спекания нефелинового концентрата и известняка, выщелачивания полученного спека, сгущения и промывки шлама алюминатного раствора, который является многотоннажным отходом производства и имеет следующий химический состав, %: SiO2 - 30,3-32; СаО - 58,05-59; MgO - 1,1-1,5; Fe2O3 - 2,1-2,6; Al2O3 - 2,1-2,6; Na2O - 0,8-1; K2O - 0,6-0,8, СТП 55145272.33-001-2001. Минералогический состав представлен, мас.%: 2CaO·SiO2 - 82-85; Na2O·Al2O3·SiO2·H2O - 5-8; 3CaO·Al2O3·xSiO2·(6-2x)H2O - 2-3; СаСО3 - 3-4; 2CaO·Fe2O3 - 3-4; Na2O·CaO·SiO2 - 1-2, где х - 2-4;
- соляная кислота, выпускаемая по ТУ 6-01-04689381-85-92, жидкость прозрачного цвета, плотностью 1,11-1,55 г/см3 (22-31%-ной концентрации);
- вода пресная.
Гелеобразующая композиция готовится обычным смешением шлама с раствором соляной кислоты и изначально имеет широкий диапазон времени гелеобразования 1-48 ч - (1,1-1,6 м2/с).
В лабораторных условиях исследовались время гелеобразования состава и его прочность.
Для определения времени гелеобразования в пробирку с соляной кислотой плотностью 1,11 г/см3 22%-ной концентрации и водой добавляют навеску белитового шлама минералогического состава, мас.%: 2CaO·SiO2 - 83; Na2O·Al2O3·2SiO2·H2O - 6; 3CaO·Al2O3·xSiO2·(6-2х)H2O - 2,5; СаСО3 - 3,6; 2CaO·Fe2O3 - 3; Na2O·CaO·SiO2 - 1,2, где х - 2 и перемешивают в течение 20 мин.
Приготовленные композиции помещают в термостат при исследуемой температуре. Временем гелеобразования считается потеря текучести раствора (табл.1).
| Таблица 1 | ||||
| Время гелеобразования композиции | ||||
| № примера | Гелеобразующийся состав, об.% | Время гелеобразования, ч-мин | ||
| Белитовый шлам | 22%-ная соляная кислота | вода | ||
| 1 | 11 | 32 | 57 | 10-32 |
| 2 | 5 | 34 | 61 | 44-40 |
| 3 | 8 | 42 | 50 | 21-35 |
| 4 | ||||
| (состав по прототипу) | 8 (нефелин) | 42 | 50 | 18 |
| Таблица 2 | ||||
| Результаты исследования по изучению вязкости гелеобразующих композиций | ||||
| Скорость сдвига, 1/с | Динамическая вязкость, сП | |||
| примеры | ||||
| 1 | 2 | 3 | 4 (по прототипу) | |
| 0,33 | 28700 | 20230 | 26900 | 24240 |
| 1,0 | 9790 | 7510 | 8200 | 8000 |
| 9,0 | 1470 | 1210 | 1300 | 1170 |
| 48,0 | 390 | 170 | 280 | 210 |
| 145,0 | 140 | 110 | 130 | 120 |
Прочность образующихся гелей определялась по предельному напряжению разрушения с помощью ротационного вискозиметра. Измерения проводились при температуре 30°С и атмосферном давлении (табл.2 и 3).
| Таблица 3 | |
| Предельное напряжение сдвига для составов | |
| № примера | Прочность τ0, Па |
| 1 | 13 |
| 2 | 7,8 |
| 3 | 9,8 |
| 4 (по прототипу) | 8,6 |
Из полученных экспериментальных данных видно, что предлагаемые гелеобразующие составы имеют более высокую прочность по сравнению с прототипом.
Таким образом, на основании результатов лабораторных исследований гелеобразующего состава для регулирования проницаемости пластов следует, что заявляемый состав:
1) структурируется во всем объеме, образуя высокопрочный гель;
2) имеет низкую начальную вязкость, высокую фильтруемость в пласт и регулируемое время гелеобразования;
3) состоит из доступных и дешевых компонентов.
Пример 1 (прототип, пример 4 в табл.1). 8 мас.% нефелина, 42 мас.% соляной кислоты (в пересчете на 100% сухого вещества) растворяли в 50 мас.% воды, перемешивая с помощью магнитной мешалки в течение 20 минут. Затем раствор сливали с осадка. Время гелеобразования при 30°С составляет 18 часов (табл.1). Динамическая вязкость образовавшегося геля составила при скорости сдвига 0,33 об/с - 24242 сП (табл.2) с прочностью 8,6 Па (табл.3).
Пример 2. Смесь, содержащую 8 мас.% белитового шлама, 42 мас.% соляной кислоты (в пересчете на 100% сухого вещества), растворяли в 50 мас.% воды, перемешивая с помощью магнитной мешалки в течение 20 минут. Затем раствор сливали с осадка. Время гелеобразования при 30°С составляет 21 час 35 мин (табл.1). Динамическая вязкость образовавшегося геля составила при скорости сдвига 0,33 об/с - 26900 сП (табл.2) с прочностью 9,8 Па (табл.3).
Пример 3. Смесь, содержащую 5 мас.% белитового шлама, 34 мас.% соляной кислоты (в пересчете на 100% сухого вещества), растворяли в 61 мас.% воды, перемешивая с помощью магнитной мешалки в течение 20 минут. Затем раствор сливали с осадка. Время гелеобразования при 30°С составляет 44 час 40 мин (табл.1). Динамическая вязкость образовавшегося геля составила при скорости сдвига 0,33 об/с - 20233 сП (табл.2) с прочностью 7,8 Па (табл.3).
При промышленной реализации предлагаемого изобретения получение гелеобразующего состава проводится следующим образом.
В емкость цементировочного агрегата заливается 1500 кг (50 мас.%) воды, в которой разводится 1260 кг (42 мас.%) соляной кислоты (в пересчете на сухое вещество), после тщательного перемешивания полученной смеси к ней добавляется 240 кг (8 мас.%) белитового шлама. Полученная смесь перемешивается не менее 20 минут путем круговой циркуляции. Затем полученная смесь через насосно-компрессорные или бурильные трубы закачивается в пласт и оставляется для ее структурирования и упрочнения геля в порах пласта.
Концентрация кислоты подбиралась таким образом, чтобы время гелеобразования было больше, чем время между смешиванием композиции и прохождением этой композиции до забойной зоны скважины.
Источники информации
1. Сургучев М.Л. Вторичные и третичные методы увеличения нефтеотдачи пластов. - М.: Недра, 1985 г.
2. Пат. РФ №2061856 «Способ разработки нефтяных месторождений с разнопроницаемыми пластами», 10.06.96.
3. Пат. РФ №2066743 «Состав для повышения нефтеотдачи пластов», 20.09.96.
4. Пат. РФ №2065442 «Способ изоляции водопритоков с помощью гелирования растворов производных кремневой кислоты», 20.08.96.
5. Пат. РФ №2089723 «Способ разработки нефтяных месторождений», 11.12.97 (прототип).
Гелеобразующий состав, включающий силикатсодержащий компонент, соляную кислоту и воду, отличающийся тем, что в качестве силикатсодержащего компонента содержит шлам - отход производства глинозема, полученный со стадии промывки шлама алюминатного раствора, состава, мас.%: 2CaO·SiO2 82-85; Na2O·Al2O3·2SiO2·H2O 5-8; 3CaO·Al2O3·xSiO2(6-2x)H2O 2-3; СаСО3 3-4; 2CaO·Fe2O3 3-4; Na2O·CaO·SiO2 1-2, где х - 2-4 при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| указанный шлам | 5-11 |
| соляная кислота (в пересчете на 100% сухого вещества) | 20-50 |
| вода | остальное |
