СПОСОБ ПРИМЕНЕНИЯ МОДИФИЦИРОВАННЫХ ПОЛИМЕРНЫХ СОСТАВОВ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ НЕФТЕОТДАЧИ ПЛАСТОВ
METHOD OF APPLYING MODIFIED POLYMER COMPOSITIONS FOR INCREASED OIL WITHDRAWAL OF FORMATIONS

Изобретение относится к нефтяной промышленности и может быть использовано при разработке нефтяных залежей, находящихся на поздних стадиях разработки, а также может применяться для повышения нефтеотдачи пластов при разработке месторождений с высокой степенью обводненности. Возможно применение для водоизоляции в вертикальных и горизонтальных добывающих скважинах, для увеличения охвата закачкой и сглаживания профиля приемистости нагнетательных скважин.
Предпосылки для создания изобретения
Анализ существующего уровня техники в данной области показал следующее.
На сегодняшний день существуют многочисленные методы создания гелеобразующих систем на основе водорастворимых полимеров:
СПС - сшитые полимерные системы (патент №2167281 от 04.08.1999 «Способ разработки неоднородного пласта»). Метод основан на закачке состава из смеси водного раствора анионного полимера (полиакриламиды, полисахариды) и солей поливалентного катиона (ацетаты, хроматы и бихроматы щелочных металлов).
ЩПК - щелочно-полимерная композиция (патент №2136871 от 01.02.1999 «Способ разработки нефтяной залежи»). Метод основан на закачке водного раствора полиакриламида и гидрата окиси щелочного металла.
ВУС - метод вязкоупругих систем (патент №2180039 от 14.02.2000 «Способ выбора гелеобразующих составов для повышения нефтеотдачи пластов»). Метод основан на закачке концентрированной водной смеси полиакриламида и сшивателя (ацетат хрома, хромокалиевые квасцы и т.д.).
При обосновании применения этих составов в основном учитывают вязкость, давление, расход закачиваемых растворов при неизменных свойствах самого раствора. Также учитывается литология, трещиноватость, гидродинамическая связь водоносных зон и т.д.
Данные методы имеют ряд недостатков, которые ограничивают их применение:
1) большой объем закачиваемых растворов и, как следствие, химических реагентов;
2) значительное время гелеобразования - потери от простоя скважинного фонда;
3) нестабильность образуемых структур - со временем полное или частичное разрушение полученных гелевых систем.
В процессе промысловых работ возникают вопросы о влиянии на процесс гелеобразования такого фактора, как содержание в сточной воде, применяемой для приготовления растворов, различных примесей, которые особым образом могут воздействовать на процесс гелеобразования, ухудшая или улучшая его.
Присутствие в воде различных примесей металлов и солей, а также ингибиторов коррозии и деэмульгаторов самым негативным образом влияет на процесс.
Промысловые исследования гелеобразующих систем (так называемых сшитых полимерных систем, вязкоупругих систем) выявили ряд особенностей, заключающихся в том, что структура образующейся системы очень сильно зависит от физико-химических свойств воды, применяемой для приготовления состава.
Значительное содержание в сточной воде, применяемой для реализации указанных технологий, различных примесей (металлов, карбонатов и т.д.) серьезно ухудшает параметры образующейся гелеобразной системы из-за неполного сшивания молекул полиакриламида (скорее всего, происходит замещение сшивающих молекул хрома на другие менее устойчивые к физическим нагрузкам), в результате чего в пластовых условиях при отборе образцов из пластовых условий гель может частично или в значительной мере быть разрушенным или несшившимся.
Наиболее близким по физическим параметрам процесса является метод вязкоупругих систем на основе молекул сшитого полиакриламида, выбранный нами в качестве наиболее близкого аналога, то есть прототипа.
К недостаткам прототипа можно отнести то, что полиакриламид АК-642, применяемый в технологии ВУС, довольно плохо растворяется в воде - необходимо длительное перемешивание.
Наряду с этим указанный метод эффективно работает только при определенных параметрах объекта закачки и отсутствия в составе используемой воды для приготовления раствора посторонних примесей. В реальных же условиях создать такие условия чрезвычайно сложно. Поэтому при проведении процесса закачки вязкоупругих систем возникают проблемы из-за неполного сшивания молекул полиакриламида и, как следствие, образование геля с характеристиками, отличными от заданных.
Целью данного изобретения является совершенствование технологии гелеобразования за счет применения физических процессов, ускоряющих гелеобразование, и способа выделения (осадкообразования) из состава растворителя (пластовой, сточной воды) нерастворимых соединений (солей), которые в растворенном виде препятствуют образованию прочных гелеобразующих составов, и как результат - получение геля с заданными прочностными характеристиками.
Поставленная цель достигается предлагаемым способом применения модифицированных полимерных составов для повышения нефтеотдачи пластов путем превращения растворенных в пластовой и закачиваемой воде примесей в упрочняющую структуру образующегося геля. Именно совокупность существенных признаков изобретения обеспечивает получение указанного выше технического результата.
Способ применения модифицированных полимерных составов для повышения нефтеотдачи пластов включает закачку в пласт водного раствора полиакриламида и ацетата хрома, причем указанный раствор готовят на пластовой воде с добавлением едкого натра до рН 8,0 и дополнительно натрия углекислого кислого в количестве 2,48 мас.% и дозировкой полиакриламида в количестве 1,33 мас.% и ацетата хрома в количестве 0,47 мас.%.
Дозировка компонентов (полиакриламида и ацетата хрома) уменьшена на 5% от компонентов, применяемых в способе ВУС. Конечная величина рН состава составляет 11,7-13,8.
Новым является также и то, что применение способа осуществляется без добавления наполнителей структуры геля, которыми являются механические примеси и нерастворимые соединения, присутствующие в пластовой (сточной) воде.
Метод приготовления состава достаточно прост и не требует особых устройств по приготовлению геля, позволяя использовать уже имеющиеся установки по закачке полимерных составов.
Далее рассмотрим сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения с получением искомого технического результата.
С целью оценки влияния механических примесей, ингибиторов коррозии и деэульгаторов на процесс гелеобразования в аналитической лаборатории цеха по производству химических продуктов №1 управления «Нефтехимсервис» были проведены работы по оценке возможности получения универсального состава, пригодного для применения как в добывающих, так и в нагнетательных скважинах (вертикальных и горизонтальных). Были проведены эксперименты с использованием различных марок полиакриламидов (ПАА), сшивателя и различных добавок. Работы по предлагаемому способу проводились на реальной - пластовой (сточной) - воде НГДУ «Нурлатнефть» и НГДУ «Альметьевнефть».
Результаты анализов воды с месторождений НГДУ «Нурлатнефть» и НГДУ «Альметьевнефть» приведены в табл.1.
Компоненты для синтезов брались в следующих количествах (для сравнения):
ПАА 0,85 г
Ацетат хрома 0,3 г
Вода 58 г
Образцы перемешивались на магнитной мешалке до образования густой жидкости. Определялось время гелеобразования с учетом времени перемешивания.
Результаты представлены в табл.2.
Таблица 2
Место отбора воды
Лабораторные образцы
с ПАА-DP-9
с ПАА-D-1
с ПАА-АК-642
Вода с Камышлинского месторождения с рН 5,56
Гель образовался через 49 ч 30 мин
Гель образовался через 50 часов
Гель образовался через 146 часов
вода с Вишнево-Полянского месторождения с рН 6,61
Гель образовался через 52 ч 30 мин
Гель образовался через 53 часов
Гель образовался через 144 часа
Вода с Южно-Нурлатского месторождения с рН 6,48
Гель образовался через 53 часа
Гель образовался через 53 часа
Гель образовался через 170 часов
Вода с НГДУ «Альметьевнефть» с рН 5,2
Гель образовался через 63 часа
Гель образовался через 72 часа
Гель образовался через 153 часа
Гелеобразования на реальной воде за 48 часов не произошло.
Была продолжена работа с предварительным защелачиванием используемой в технологии воды до рН 8,0; 10,0.
Результаты испытаний лабораторных образцов указаны в табл.3.
Таблица 3
Место отбора воды
Лабораторные образцы
с ПАА-DP-9
с ПАА-D-1
с ПАА-АК-642
вода с Камышлинского месторождения с рН, доведенным до 8,0
Гель образовался через 37 часов
Гель образовался через 42 часа
Гель образовался через 138 часов
вода с Вишнево-Полянского месторождения с рН, доведенным до 8,0
Гель образовался через 21 час
Гель образовался через 41 час
Гель образовался через 63 часа
вода с Южно-Нурлатского месторождения с рН, доведенным до 8,0
Гель образовался через 16 часов
Гель образовался через 40 часов
Гель образовался через 61 час
Вода с НГДУ «Альметьевнефть» с рН, доведенным до 8,0
Гель образовался через 17 часов
Гель образовался через 41 часов
Гель образовался через 60 часов
вода с Камышлинского месторождения с рН, доведенным до 10,0
Гель образовался через 5 часов
Гель образовался через 5 ч. 25 мин.
Гель образовался через 23 часа
Для повышения эффективности гелеобразования по предлагаемому способу было принято решение провести испытания с добавлением натрия углекислого кислого (сода).
Испытания проводились на реальной воде НГДУ «АН».
Готовились нижеследующие лабораторные образцы:
1) вода (доведенная до рН 8,0) +2,48 мас.% натрия углекислого кислого + ПАА-ДР-9 + Ацетат хрома;
2) вода с рН 5,2+2,48 мас.% натрия углекислого кислого + ПАА-ДР-9 + Ацетат хрома;
3) вода с рН 5,2+10 мас.% натрия углекислого кислого + ПАА-ДР-9 + Ацетат хрома.
Компоненты для синтезов брались в следующих количествах (для сравнения):
ПАА 0,85 г
Ацетат хрома 0,3 г
Вода 58 г
Образцы перемешивались на магнитной мешалке до образования густой жидкости. Определялось время гелеобразования (с учетом времени перемешивания).
Результаты приведены в табл.4.
Таблица 4
№ п/п
Наименование лабораторного образца
Гелеобразование
1.
Вода, доведенная до рН 8,0+2,48% натрия углекислого кислого + ПАА-DP-9 + Ацетат хрома
Гель образовалась через 12 часов
2.
вода с рН 5,2+2,48% натрия углекислого кислого + ПАА-DP-9 + Ацетат хрома
Гель образовалась через 12 часов
3.
вода с рН 5,2+10% натрия углекислого кислого + ПАА-DP-9 + Ацетат хрома
Гелеобразования не произошло (за 96 часов).
Продолжились испытания по предлагаемому способу:
№1. Снижалась дозировка компонентов ПАА-ДР-9 и Ацетат хрома на 5%. Дозировка натрия углекислого кислого (сода) 2,48 мас.%.
ПАА-DP-9 0,8075 г
Ацетат хрома 0.285 г
Вода реальная 58 г
Натрий углекислый кислый 1,5 г
№2. Дозировка компонентов оставалась без изменений, но уменьшалась дозировка натрия углекислого кислого.
ПАА-DP-9 0,85 г
Ацетат хрома 0.3 г
Вода реальная 58 г
Натрий углекислый кислый 0,75 г
№3. Вода реальная, рН воды доводился до 7,0.
ПАА-DP-9 0,85 г
Ацетат хрома 0.3 г
Вода  58 г
№4. Вода реальная, рН воды доводился до 8,0. Снижалась дозировка компонентов ПАА-ДР-9 и Ацетат хрома на 5%. Дозировка натрия углекислого кислого (сода) 2,48 мас.%.
ПАА-DP-9 0,8075 г (1,33 мас.%)
Ацетат хрома 0.285 г (0,48 мас.%)
Вода реальная 58 г
Натрий углекислый кислый 1,5 г (2,48 мас.%)
Образцы перемешивались на магнитной мешалке до образования густой жидкости. Определялось время гелеобразования (с учетом времени перемешивания). Результаты приведены в табл.5.
Таблица 5
№ п/п
Наименование лабораторного образца
Гелеобразование
1.
Лабораторный образец №1
Гель образовался через 36 часов, в верхней части слабый гель.
2.
Лабораторный образец №2
Гель образовался через 27 часов, в верхней части слабый гель.
3.
Лабораторный образец №3
Гель образовался через 36 часов, в верхней части слабый гель.
4.
Лабораторный образец №4
Гель образовался через 16 часов
Результатом работы явился выбор компонентов с более эффективным гелеобразованием. Проводились лабораторные испытания с различными марками ПАА, а именно DP-9, AK-642, D-1.
Самой лучшей растворимостью обладает полиакриламид марки DP-9, в то же время дает лучшее гелеобразование по сравнению с другими двумя марками ПАА.
В результате проведенных испытаний лабораторных образцов по предлагаемому способу установлено, что наиболее эффективное гелеобразование дает технология предварительного защелачивания реальной воды до рН 8,0, добавление натрия углекислого кислого (сода) в количестве 2,48 мас.% и дозировка основных реагентов ПАА марки DP-9 1,33 мас.% (0,8075 г) и ацетата хрома 0,48 мас.% (0,285 г).
Таким образом, если в процессе гелеобразования устранить влияние примесей (металлов, растворенных солей), то можно получать гель с заданными прочностными характеристиками. За счет того, что при добавлении сшивателей, таких как щелочь (едкий натр) и натрий углекислый кислый (сода), в составе уже сшитой полимерной системы образуются нерастворимые соли металлов и карбонатов, которые придают дополнительные упругие свойства образующемуся гелю.
Время закачки гелеобразующего состава рассчитывалось по следующей формуле:
T=16V/Q,
где V - зона пласта, обрабатываемая гелеобразующим составом;
Q - приемистость обрабатываемого пласта.
Снижение времени гелеобразования по сравнению с другими методами положительно сказывается на уменьшении негативного влияния пластовых флюидов на процесс сшивания полимера.
Необходимо учитывать также факторы, влияющие на скорость гелеобразования в реальных условиях пласта (температура, состав породы, минерализация и плотность пластовой воды).
Лабораторными исследованиями было установлено, что изменение количественного состава ПАА в растворе не приводит к изменению структуры образующегося геля и времени его сшивания. В основном на время гелеобразования влияет концентрация щелочного раствора, используемого для приготовления состава. Также усиление прочности геля и времени его образования зависит от определенной концентрации вводимого в раствор натрия углекислого кислого (сода).
Регулирование скорости гелеобразования может проводиться двумя известными способами:
1) регулированием концентрации сшивателей и осадкообразующих компонентов;
2) закачкой в пласт отдельно оторочек сшивающихся элементов и осадкообразующих составов для ускорения скорости гелеобразующего процесса, совмещенного с осадкообразованием.
Для более эффективного применения технологии возможна закачка определенных концентраций гелеобразующих и осадкообразующих композиций совместно с дальнейшим резким увеличением их концентраций для ускорения процесса и снижения времени проведения работ на скважине.
Осадочные элементы выступают естественными наполнителями для упрочнения структуры данного состава.
Предлагаемый способ гелеобразования учитывает не только физико-химические параметры полимерной композиции, но и устраняет негативные факторы (присутствие примесей в закачиваемой воде и содержание в пласте химических элементов), которые влияют на следующие параметры:
1) Объем химреагентов и конечного продукта - полимерной композиции, необходимой для реализации технологии.
2) Отсутствие влияния химических элементов, находящихся в пластовых условиях и в воде, применяемой для приготовления композиций.
3) Использование этих же растворенных элементов как наполнителя для образования прочной структуры геля в пластовых условиях.
4) После проведения предлагаемого способа водоизоляции не прореагировавшие в растворе молекулы сшивателей (щелочи и соды) при поступлении воды в зону гелеобразования (закачки в нагнетательную или прорыва, подтягивания в добывающих), за счет дополнительного реагирования с растворенными элементами в воде будут только упрочнять структуру геля. Значит, можно говорить о возможности изменения образованного состава в процессе освоения скважин после обработки. Это также играет положительную роль, поскольку при приложении значительных упругих воздействий на пласт возникает опасность разрушения образовавшегося состава. В нашем случае со временем прочность образовавшегося полимерного состава будет только возрастать.
Главным отличием и преимуществом предлагаемого метода от ранее известных является то, что становится нецелесообразным крепление цементом для усиления прочности образуемого состава, поскольку можно получить практически любые прочностные параметры геля, особо устойчивого к разрушению.
Считаем возможным применение указанного состава для изоляции источников обводнения в горизонтальных скважинах, поскольку количество эффективных методов водоизоляции незначительно.
Стоит отметить, что все применяемые химреагенты являются относительно недорогими и распространенными при проведении работ по повышению нефтеотдачи пластов. Также следует повторить, что для закачки состава не требуется особая техника и возможно проведение работ уже имеющимся в наличии оборудованием по приготовлению и закачке полимерных составов.
Метод является перспективным, поскольку возможно дальнейшее изменение комплекса сшивателей и получение новых видов полимерных гелей с заданными параметрами.
Таким образом, использование предлагаемого способа применения модифицированных полимерных составов для повышения нефтеотдачи пластов позволяет повысить дебит добывающих скважин и уменьшить количество добываемой воды, повысить качество и продолжительность водоизоляции. Кроме того, способ прост в технологическом отношении, надежен, не требует большого расхода дефицитных и дорогостоящих материалов.