СПОСОБ ПРИГОТОВЛЕНИЯ ГЕЛЕОБРАЗУЮЩЕГО СОСТАВА ДЛЯ ОГРАНИЧЕНИЯ ВОДОПРИТОКА И РЕГУЛИРОВАНИЯ ПРОНИЦАЕМОСТИ ПЛАСТА
PREPARATION METHOD OF GELLING COMPOUND FOR LIMITATION OF GUTTERWAY AND ADJUSTMENT OF IN-PLACE PERMEABILITY

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.
0
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 τ - 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.
-1
Эффективная вязкость гелеобразующего состава η=2,7 Па·с при  с (при 25°С).
-1
Эффективная вязкость геля, полученного при добавлении раствора концентрированной (36%) соляной кислоты при  с 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.
-1
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 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.