СУХАЯ СМЕСЬ ДЛЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ СОСТАВА ДЛЯ СЕЛЕКТИВНОЙ ВОДОИЗОЛЯЦИИ В ГАЗОВОМ ПЛАСТЕ
DRY MIXTURE FOR PREPARING COMPOSITION FOR SELECTIVE WATERPROOFING IN GAS FORMATION

Изобретение относится к газодобывающей промышленности, в частности к сухим смесям для приготовления состава для селективной водоизоляции в газовом пласте.
Анализ существующего уровня техники показал следующее:
- известен обрабатывающий реагент для осуществления способа изоляции водопритока заводненных нефтяных пластов при следующем соотношении компонентов, мас. %
Полиакриламид
60-75
РИТИН-10
5-15
Ацетат хрома
5-10
Бентонитовая глина
10-15
Глицерин
0,3-1,0
Закачку указанного реагента осуществляют в виде суспензии в воде полученной сухой смеси с концентрацией 0,2-0,7 мас. % (см. патент РФ №2352765 от 24.08.2007 г. по кл. Е21В 33/138, опубл. 20.04.2009 г.). Недостатками является следующее. При длительном хранении указанная смесь нестабильна, может слеживаться и комковаться. Раствор, приготовленный на основе сухой смеси, имеет вязкоупругие свойства, что не позволяют ему проникать глубоко в обводненный коллектор, значительно снижая эффективность обработки пласта. Наличие бентонитовой глины в составе суспензии делает ее седиментационно неустойчивой, по этой причине значительно снижается качество раствора и его технологичность. Состав, полученный из сухой смеси согласно описанию (см. табл. 2), имеет достаточно продолжительное время гелеобразования, что увеличивает продолжительность работ по водоизоляции;
- известна сухая смесь для приготовления гелеобразующего состава для ограничения водопритока в добывающих скважинах, при следующем соотношении ингредиентов, мас. %:
Сополимер акриламида
и акриловой кислоты
69,5-82,5
Параформ
9,5-17,7
Резорцин
6,1-10,6
Аэросил
0,9-3,0
(см. патент РФ №2553816 от 06.05.2014 г. по кл. Е21В 33/13, С09К 8/504, Е21В 43/22, опубл. 20.06.2015 г.)
Недостатками указанной сухой смеси является следующее.
Наличие сополимера акриламида и акриловой кислоты в составе смеси делает ее нетехнологичной, так как такая смесь имеет склонность к слеживанию и комкованию. Приготовленный на основе сухой смеси гелеобразующий состав с заданными свойствами не обеспечивает достаточную эффективность проведения водоизоляционных работ.
Высокая степень солевой и механической деструкции сополимера акриламида и акриловой кислоты приведет к снижению прочности геля и быстрому вымыванию его из коллектора пластовой водой. Помимо этого образующийся гель является неоднородной системой, имеющей невысокое сродство к породе со слабым и неравномерным сцеплением с ее поверхностью, что значительно снижает качество водоизоляционных работ.
Растворы на основе сополимера акриламида и акриловой кислоты отличаются высокой вязкостью, что становится причиной недостаточного проникновения гелеобразующего состава в обводненный коллектор.
Помимо этого резорцин и параформ, входящие в состав сухой смеси, являются токсичными, канцерогенными компонентами, что не обеспечивает безопасности проведения работ.
Технический результат, который может быть получен при реализации предлагаемого изобретения:
- повышение изолирующей способности состава для селективной водоизоляции в газовом пласте, приготовленного из сухой смеси, обладающей высокой стабильностью при хранении за счет исключения слеживаемости и комкования;
- обеспечение избирательности поступления состава для селективной водоизоляции в водонасыщенные интервалы пласта при одновременном увеличении глубины проникновения;
- повышение способности состава адсорбироваться пористой средой пород коллектора и тем самым увеличивать продолжительность водоизоляции;
- сокращение времени и упрощение приготовления состава.
Технический результат достигается с помощью предлагаемой сухой смеси для приготовления состава для селективной водоизоляции в газовом пласте, содержащей канифоль сосновую, гидрофобизатор силиконовый «Пента-811» и стекло натриевое порошкообразное, при следующем соотношении ингредиентов, мас. %
Канифоль сосновая
3,2-6,6
Гидрофобизатор силиконовый «Пента-811»
8,8-26,7
Стекло натриевое порошкообразное
66,7-88,0
Заявляемая сухая смесь соответствует условию «новизны».
Используют канифоль сосновую по ГОСТ 19113-84, гидрофобизатор силиконовый «Пента-811» по ТУ 2229-063-40245042-2004, стекло натриевое порошкообразное по ТУ 2145-338-01533190-2008.
Ингредиенты сухой смеси тщательно дозируют, далее интенсивно перемешивают в смесителе с последующим использованием на месте проведения работ.
Как известно, сухие смеси представляют собой систему, в которой твердые частицы дисперсной фазы распределены в газовой (воздушной) дисперсионной среде. Технологичные свойства сухих смесей обусловлены наличием высокой межфазной поверхности. Сухая смесь должна быть однородной, с необходимой сыпучестью, не иметь склонность к слеживанию и комкованию, которые ухудшают ее потребительские свойства, увеличивают время и затрудняют процесс приготовления из нее состава для селективной водоизоляции в газовом пласте.
Наличие в составе сухой смеси гидрофобизатора силиконового «Пента-811», представляющего собой полимер метилсиликоната калия, становится причиной слеживания и комкования сухой смеси. Это происходит по причине возможного увлажнения под длительным воздействием воздуха и увеличением площади контакта между частицами силиконового гидрофобизатора «Пента-811» за счет пластической деформации под действием масс вышележащих слоев.
Необходимая сыпучесть и высокая стабильность при хранении предлагаемой сухой смеси обеспечивается путем ведения в ее рецептуру канифоли сосновой в указанном количественном соотношении, препятствующей слеживанию и комкованию смеси. Это обеспечивается следующим.
Канифоль сосновая как реагент, обладающий поверхностно-активными свойствами, гидрофобизирует поверхность частиц, тем самым уменьшая площадь контакта между частицами полимера – стекла натриевого порошкообразного и их последующую агломерацию. Механизм действия состоит в том, что молекулы канифоли, адсорбируясь на поверхности твердых частиц полимера, покрывают их тонкой гидрофобной пленкой. Как следствие создается барьер для влаги, предотвращается слеживание и образование комков. Исключается также и контакт друг с другом частиц вышеуказанного полимера.
При содержании в рецептуре предлагаемой сухой смеси в заявляемом количественном соотношении канифоли эффективно меняется характер формирования кристаллов, не допуская их сращивания, а следовательно, слеживание.
Эффективность обработки канифолью сосновой определяют относительно необработанной пробы и рассчитывают по следующей формуле:
к
0
Е=100-100⋅Р/Р,
где Е - эффективность обработки, %;
0
2
Р - разрушающая нагрузка для образца без добавки канифоли сосновой, кгс/см;
к
2
Р - разрушающая нагрузка для образца с добавкой канифоли сосновой, кгс/см.
Составы сухой смеси для приготовления состава для селективной водоизоляции в газовом пласте приведены в таблице.
Таким образом, канифоль сосновая выполняет роль антикомкователя, что подтверждается данными экспериментальных исследований.
Повышение водоизолирующей способности состава для селективной водоизоляции в газовом пласте обусловлено следующим.
Коллекторы большинства газовых месторождений характеризуются преимущественной гидрофильностью, которая препятствует продвижению газа и способствует продвижению воды.
В силу гидрофильных свойств поверхности коллектора вода, поступающая в прискважинную зону, впитывается в пласт и прочно там удерживается капиллярными силами. С течением времени область, сформированная капиллярно удерживаемой водой, может значительно увеличиваться в размерах, оттесняя газ из призабойной части вглубь пласта, что приводит к резкому снижению притока газа в процессе эксплуатации. Для поддержания добывных возможностей скважины необходимо целенаправленно изменять смачиваемость коллектора, что будет способствовать изменению направленности действия капиллярных сил. Смачиваемость породы в большей степени контролируется адсорбирующимися на поверхности породы реагентами, к которым относятся поверхностно-активные вещества (ПАВ).
Для обеспечения хорошей гидрофобизации поверхности породы наиболее применимы ПАВ, имеющие хорошую адгезию к породе и способность удерживаться на ее поверхности в течение длительного периода, так и развитую углеводородную часть, что исключает проникновение молекул воды к поверхности породы.
В результате обработки вышеуказанными ПАВ коллектор приобретает однородную смачиваемость, то есть на поверхности породы отсутствуют гидрофильные участки. Адсорбционный слой, созданный такими ПАВ, обладает необходимой устойчивостью, в результате чего молекулам воды сложнее протиснуться к поверхности породы и ее гидрофилизировать. Таким образом, ПАВ образуют сплошное гидрофобное покрытие, препятствующее быстрому восстановлению водопроницаемости и способствуя облегчению прохождения газа в порах пласта за счет снижения межфазного натяжения на границах раздела фаз газ/вода.
При приготовлении из сухой смеси состава для селективной водоизоляции в газовом пласте происходит следующее.
19
29
19
29
В составе канифоли преобладают смоляные кислоты (от 80 до 95%), при этом основным компонентом является абиетиновая кислота, состав которой выражается формулой CHCOOH. При взаимодействии с водным раствором стекла натриевого, имеющего щелочную среду, образуется ПАВ - канифольное мыло CHCOONa
19
29
19
29
2
NaOH+CHCOOH→CHCOONa+HO.
Помимо канифольного мыла образуется и коллоидный раствор кремниевой кислоты, способный коагулировать под воздействием пластовых флюидов
2
3
2
2
3
NaSiO+2HO→2NaOH+HSiO.
Образующийся кремнегель является гидрофобным вследствие адсорбции абиетат-ионов.
Канифольное мыло будет образовывать на поверхностях породы водоотталкивающие пленки. Образование сложного гидрофобного покрытия подавляет расклинивающее давление, что позволяет уменьшить продвижение воды в газонасыщенные пропластки из нижележащих горизонтов. Кроме того, полученное ПАВ способствует понижению поверхностного натяжения за счет положительной адсорбции на поверхности. Увеличение плотности упаковки молекул ПАВ на поверхности субстрата приводит к увеличению адгезионной прочности за счет того, что неполярная часть молекул ПАВ диффундирует в водно-спиртовой раствор силиконового гидрофобизатора «Пента-811». Одновременно с вышеописанными процессами происходит полимеризация кремнийорганического соединения с образованием пористых гидрофобных структур, проницаемых для газа
Силиконовый гидрофобизатор «Пента-811» адсорбируется на поверхности газонасыщенной пористой средой и изменяет ее смачиваемость, делая поверхность породы гидрофобной, в результате чего проницаемость по воде уменьшается, а по газу увеличивается. Таким образом, влияние силиконового гидрофобизатора «Пента-811» и канифольного мыла на поверхность обводненного коллектора приводят к синергетическому эффекту, происходит уменьшение проницаемости пористой среды для воды и насыщение пористой среды углеводородной составляющей, что обеспечивает повышение изолирующей способности состава, приготовленного из предлагаемой сухой смеси.
Обеспечение избирательности поступления состава для селективной водоизоляции в водонасыщенные интервалы пласта при одновременном увеличении глубины проникновения обусловлено следующим. Состав, приготовленный из предлагаемой сухой смеси, представляющий собой систему ПАВ, в целом является гидрофильным, что обеспечивает его преимущественное закачивание в водонасыщенную зону пласта. ПАВ, обладающие гидрофобизирующим эффектом, оказывают влияние на фильтрационные и капиллярные процессы, не изменяя при этом проницаемость и структуру пород, что позволяет максимально сохранить коллекторские свойства продуктивного пласта. Гидрофобизирующие вещества адсорбируются на гидрофильной поверхности породы, образуя гидрофобную пленку, которая подавляет расклинивающее давление и замедляет продвижение воды из нижележащих пластов. Помимо этого гидрофобизация породы приводит к снижению капиллярных сил, удерживающих воду в призабойной зоне пласта, что будет содействовать облегчению выноса воды из призабойной зоны пласта и увеличит проницаемость пласта для газа. Низкая вязкость состава, сравнивая с вязкостью воды, обеспечивает его хорошую проникающую способность вглубь обводненного интервала пласта, увеличивая радиус воздействия раствора на обводненный пласт.
Одно из важных физико-химических свойств породы продуктивного пласта является адсорбция, которая обусловлена наличием заряда на поверхности породы, благодаря чему обеспечивается удержание в пласте полимеров, ПАВ и других реагентов. Механизм взаимодействия гидрофобизатора силиконового «Пента-811» с породой пласта можно объяснить действием двух факторов: хемосорбции и адсорбции. Адсорбция обусловлена главным образом физическим взаимодействием на поверхности раздела фаз (с образованием Вандер-Ваальсовых сил взаимодействия). Хемосорбция осуществляется в результате того, что происходит взаимодействие функциональных групп, входящих в состав метилсиликоната калия с гидроксильными группами, присутствующими на частицах породы, что приводит к образованию прочных силоксановых связей Si-O-Si. Следовательно, происходит повышение способности состава, приготовленного из предлагаемой сухой смеси, адсорбироваться пористой средой пород пласта и тем самым увеличивать продолжительность водоизоляции.
Процесс приготовления состава из сухой смеси является достаточно простым и не требует значительных временных затрат, приводит к сокращению материальных расходов, значительно снижает время проведения работ в целом. Сухая смесь представляет собой однородный, сыпучий порошок, удобна при транспортировании и применении, ее возможно хранить в условиях различных климатических температур от +30°C до -40°C, что делает ее высокоэффективной и высокотехнологичной.
Содержание в сухой смеси канифоли сосновой менее 3,2 мас. % нецелесообразно, так как не обеспечивается сохранение сыпучести сухой смеси, а содержание более 6,6 мас. % экономически нецелесообразно.
Содержание в сухой смеси гидрофобизатора силиконового «Пента-811» менее 8,8 мас. % и стекла натриевого порошкообразного более 88,0 мас. % нецелесообразно, так как не обеспечивается высокая водоизолирующая способность состава.
Содержание в сухой смеси гидрофобизатора силиконового «Пента-811» более 26,7 мас. % и стекла натриевого порошкообразного менее 66,7 мас. % нецелесообразно, так как приводит к комкованию сухой смеси и понижению качества состава.
Более подробно сущность заявляемого изобретения описывается следующими примерами.
Примеры (лабораторные)
Пример №1
Готовят 40 г сухой смеси, г/мас. %:
Канифоль сосновая
0,25/6,6
Гидрофобизатор силиконовый «Пента-811»
1,0/26,7
Стекло натриевое порошкообразное
2,5/66,7
Сухую смесь тщательно перемешивают. Для приготовления 1000 мл состава для селективной водоизоляции в газовом пласте.
Сухую смесь затворяют в 960 мл воды. Перемешивают, после чего определяют свойства состава при T=20°C.
Свойства состава: коэффициент восстановления проницаемости по газу α=91,17%, степень водоизоляции β=76,34%, давление прорыва по воде Р=1,57 МПа.
Пример №2
Готовят 40 г сухой смеси, г/мас. %:
Канифоль сосновая
0,18/3,2
Гидрофобизатор
силиконовый «Пента-811»
0,5/8,8
Стекло натриевое порошкообразное
5,0/88,0
Для приготовления 1000 мл состава для селективной водоизоляции в газовом пласте. Сухую смесь затворяют в 960 мл воды перемешивают, после чего определяют свойства состава при Т=20°C.
Свойства состава: α=90,47%, степень водоизоляции β=73,87%, давление прорыва по воде Р=1,71 МПа.
Пример №3
Готовят 40 г сухой смеси, г/мас. %:
Канифоль сосновая
0,22/4,9
Гидрофобизатор
силиконовый «Пента-811»
0,75/17,7
Стекло натриевое порошкообразное
3,75/77,4
Для приготовления 1000 мл состава для селективной водоизоляции в газовом пласте. Сухую смесь затворяют в 960 мл воды, перемешивают, после чего определяют свойства состава при Т=20°C. Свойства состава: коэффициент восстановления проницаемости по газу α=90,26%, степень водоизоляции β=78,22%, давление прорыва по воде Р=1,59 МПа.
2
Определение степени восстановления проницаемости по газу, степени водоизоляции и давления прорыва по воде проводилось на установке УИПК-1М с использованием искусственных песчаных кернов проницаемостью 2 мкм, которые соответствуют модели коллектора сеноманских отложений.
Степень водоизоляции определяют сравнением показателей проницаемости по воде через модельный водонасыщенный песчаный керн до насыщения его исследуемым составом и после насыщения. Исследования проводят при температуре 20°C, выдерживая образцы при заданной температуре в течение 12 часов. За водопроницаемость принимается величина, равная наибольшему давлению воды, при котором не наблюдается ее просачивание. Степень водоизоляции определяют по формуле
1
2
1
К=(К-К)/К⋅100,
1
2
где К - проницаемость по воде до закачки предлагаемого состава, мкм;
2
2
К - проницаемость по воде после закачки предлагаемого состава, мкм.
Коэффициент восстановления проницаемости по газу определяют как отношение значений проницаемости керна после обработки составом и до воздействия состава на песчаный керн.
Таким образом, согласно вышесказанному предлагаемая совокупность существенных признаков, обеспечивает достижение заявляемого технического результата.