Состав для гидравлического разрыва пласта
HYDRAULIC FRACTURING COMPOSITION

Предложение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к составам для гидравлического разрыва пласта (ГРП).
Известен состав жидкости для гидравлического разрыва пласта (патент RU № 2132458, МПК Е21В 43/26, опубл. 27.06.1999 г., бюл. № 18), включающей полисахарид - 5,0-10,0 мас. %, структурообразователь - 0,7-1,5 мас. %, гидроксид натрия - 0,5-1,0 мас. %, поверхностно-активное вещество (ПАВ) - 0,05-0,075 мас. % и воду - остальное. В качестве полисахарида жидкость содержит крахмал, а в качестве структурообразователя - смесь тетрабората натрия и перекисного соединения, например, пероксобората натрия или монопероксигидрата мочевины в соотношении 1-5:1.
Недостатком известного состава является недостаточная эффективность из-за плохой растворимости крахмального реагента в холодной воде, вследствие чего происходит кольматация и снижение фазовой проницаемости образованной трещины при ГРП.
Известен жидкий гелеобразующий агент для полисахаридной жидкости разрыва (патент RU № 2381252, МПК С09K 8/68, опубл. 10.02.2010 г., бюл. № 4), включающий жидкий гелеобразующий агент - 0,8-1,2 мас. %, ПАВ - регулятор деструкции - 0,05-0,25 мас. %, боратный сшиватель БС-1 - 0,2-0,4 мас. %, деструктор ХВ - 0,0025-0,1 мас. %, воду - остальное.
Недостатком известного состава (гелеобразующего агента) является недостаточная эффективность проведения ГРП на объектах, приуроченных к низкопроницаемым коллекторам из-за высокой вязкости состава.
Известен состав жидкости для гидравлического разрыва пласта на водной основе (патент RU № 2424271, МПК С09K 8/68, опубл. 20.07.2011 г., бюл. № 20), включающий хлорид калия - 6,00-7,00 мас. %, сульфацел - 1,30-2,00 мас. %, сульфат алюминия - 0,15-0,80 мас. %, буру - 0,7-0,9 мас. %, дисолван - 0,03-0,05 мас. %, фракционированный порошкообразный материал на основе мраморной крошки ИККАРБ-75М - 2-3 мас. % и пластовую воду - остальное.
Недостатком известного состава является недостаточная эффективность из-за кольматации и снижения фазовой проницаемости образованной трещины при ГРП твердыми дисперсными частицами мраморной крошки.
Известен состав жидкости-песконосителя для гидравлического разрыва пласта (патент RU № 2483094, МПК С09K 8/80, Е21В 43/267, опубл. 27.05.2013 г., бюл. № 15), включающий бентонитовый глинопорошок ПБМА - 3,00-5,00 мас. %, карбоксиметилцеллюлозу - 0,60-1,50 мас. %, кремнийорганическую жидкость ГКЖ-10 - 0,50-1,00 мас. %, целлотон-Ф - 1,00-1,10 мас. %, сульфат алюминия - 0,15-0,80 мас. % и воду - остальное.
Недостатком известного состава является недостаточная эффективность из-за кольматации и снижения фазовой проницаемости образованной трещины при ГРП твердыми дисперсными частицами глинопорошка и целлотона, причем кольматация осложнена тем, что бентонитовый глинопорошок имеет свойство ограниченно набухать в пресной воде.
Наиболее близким по технической сущности является состав для обработки скважины (патент RU № 2657065, МПК C09K 8/80, C09K 8/88, C09K 8/92, E21B 43/267 опубл. 08.06.2018 г., бюл. № 16), включающий низковязкую несущую жидкость, диспергированный в низковязкой несущей жидкости пропант 0,06-1 кг/л и диспергированное в низковязкой несущей жидкости волокно - полимолочную кислоту 1,2-12 г/л.
Недостатком состава является низкая эффективность действия из-за низкой удерживающей способности состава и низкого коэффициента восстановления проницаемости низковязкой несущей жидкости с диспергированными в ней волокнами.
Технической задачей предложения является повышение эффективности действия состава за счет увеличения удерживающей способности благодаря компонентам состава, обеспечивающим создание структурированной полимерной системы, а также за счет увеличения коэффициента восстановления проницаемости.
Техническая задача решается составом для гидравлического разрыва пласта, включающим низковязкую несущую жидкость, диспергированный в низковязкой несущей жидкости пропант и диспергированное в низковязкой несущей жидкости волокно - полимолочную кислоту.
Новым является то, что в качестве низковязкой несущей жидкости состав содержит водный раствор смеси ксантана и водонабухающего полимера - сополимера акриламида с акрилатом калия с емкостью катионного обмена 4,6 мэкв/г, при следующем содержании компонентов. % мас.:
Ксантан
0,2-0,6
Сополимер акриламида с акрилатом калия
0,001-0,2
Вода пресная
Остальное,
3
в качестве пропанта содержит алюмосиликатный пропант, в качестве полимолочной кислоты - полимолочную кислоту с плотностью волокна 100-300 г/дм и длиной волокон 3-6 мм, при этом массовое соотношение водного раствора смеси ксантана и сополимера акриламида с акрилатом калия, полимолочной кислоты и алюмосиликатного пропанта составляет 1:(0,001÷0,006):(0,05÷0,8).
Для приготовления состава для гидравлического разрыва пласта используют:
- алюмосиликатные пропанты средней прочности фракций 12/18, 16/30, 16/20, 20/40, изготовленные в соответствии с ГОСТ Р 51761-2013;
3
- полимолочную кислоту, представляющую собой волокнистый материал белого цвета с насыпной плотностью 100-300 г/дм и длиной волокон 3-6 мм;
- ксантан, представляющий собой высокомолекулярный экзополисахарид микробного происхождения с содержанием полисахарида более 90 %;
- в качестве водонабухающего полимера используют сополимер акриламида с акрилатом калия (кажущаяся плотность 85-90 %; рН=8,1 ед.; емкость катионного обмена 4,6 мэкв/г; максимум абсорбции в деионизированной воде 400 г/г; влагоудерживание при рF1 980 мл/л), например, торговой марки AQUASORB 3005 S или его аналоги;
- воду пресную.
Содержание в составе указанных компонентов обеспечивает высокую успешность операций по ГРП. Высокая успешность ГРП достигается за счет использования водного раствора смеси ксантана и сополимера акриламида с акрилатом калия с диспергированными в нем алюмосиликатным пропантом и волокнами полимолочной кислоты. Указанный водный раствор смеси характеризуется высокой прокачиваемостью и низкими потерями на трение, что обеспечивает снижение потребности в мощности насосов (низкая вязкость состава и меньший перепад давления). Волокна полимолочной кислоты, алюмосиликатный пропант и водный раствор смеси ксантана и сополимера акриламида с акрилатом калия обеспечивают улучшенный перенос алюмосиликатного пропанта в пласт, и снижают его осаждение в стволе скважины, что позволяет минимизировать риски преждевременной остановки процесса ГРП, уменьшить потребность в объемах закачиваемой воды, т.е. использовать высокую загрузку пропанта применением более тяжелого алюмосиликатного пропанта. Это объясняется формированием пространственной структуры - сети из волокон молекул полисахарида и водонабухающего полимера, которая при увеличении сдвиговой нагрузки разрушается, при этом вязкость состава становится низкой, но при снижении сдвиговой нагрузки пространственная сетка восстанавливается, что обеспечивает высокую удерживающую способность алюмосиликатного пропанта. Применение указанных в составе концентраций компонентов обеспечивает высокие значения коэффициента восстановления проницаемости.
Состав для гидравлического разрыва пласта готовят в лабораторных условиях следующим образом.
Сначала готовят водный раствор смеси ксантана и сополимера акриламида с акрилатом калия. В пресную воду (99,699-99,2 мас. %) вводят расчетное количество ксантана (0,2-0,6 мас. %) и сополимера акриламида с акрилатом калия (0,001-0,2 мас. %) и перемешивают до полного растворения с использованием механической мешалки со скоростью 350 об/мин.
После полного растворения указанных компонентов в приготовленный водный раствор смеси ксантана и сополимера акриламида с акрилатом калия, не прекращая перемешивания, вводят волокна полимолочной кислоты (ПМК). Полученный состав перемешивают до полного диспергирования волокон ПМК в указанном водном растворе смеси, который фиксируют по отсутствию комков и сгустков. Затем в полученный состав при перемешивании на механической мешалке дозируют алюмосиликатный пропант и продолжают перемешивание до полного распределения алюмосиликатного пропанта в указанном составе. При этом массовое соотношение водного раствора смеси ксантана и сополимера акриламида с акрилатом калия, полимолочной кислоты и алюмосиликатного пропанта составляет 1:(0,001÷0,006):(0,05÷0,8) соответственно.
Повышение эффективности действия предлагаемого состава ГРП достигается за счет увеличения удерживающей способности благодаря компонентам состава, обеспечивающим создание структурированной полимерной системы, а также за счет увеличения коэффициента восстановления проницаемости.
В лабораторных условиях оценивали удерживающую способность состава и коэффициент восстановления проницаемости.
Удерживающую способность состава определяют следующим образом.
3
3
В стакан емкостью 100 см наливают 50 г приготовленного водного раствора смеси ксантана и сополимера акриламида с акрилатом калия. В указанном растворе с помощью механической мешалки диспергируют расчетное количество волокон полимолочной кислоты (ПМК) и засыпают расчетное количество алюмосиликатного пропанта. Массовое соотношение водного раствора смеси ксантана и сополимера акриламида с акрилатом калия, ПМК и алюмосиликатного пропанта составляет 1:(0,001÷0,006):(0,05÷0,8). Полученный состав перемешивают на верхнеприводной мешалке при скорости не более 300 об/мин в течение 1 мин до равномерного распределения алюмосиликатного пропанта, после чего состав переливают в градуированный цилиндр емкостью 100 см.
Включают секундомер и по истечении 20 мин наблюдают удержание указанным водным раствором смеси с полимолочной кислотой алюмосиликатного пропанта во взвешенном состоянии.
Результаты исследований по определению удерживающей способности состава приведены в табл. 1.
Коэффициент восстановления проницаемости определяют с использованием установки УИК-4 следующим образом. Через подготовленную пористую среду фильтруют более 5 поровых объемов нефти. Затем нефтенасыщенную пористую среду оставляют в статическом режиме в течение 24 ч для протекания адсорбционных процессов. Далее вновь фильтруют нефть до стабилизации перепада давления и определяют проницаемость по нефти при связанной воде. На следующем этапе осуществляют нагнетание в обратном направлении одного порового объема водного раствора смеси ксантана и сополимера акриламида с акрилатом калия с диспергированными волокнами полимолочной кислоты при постоянном градиенте давления 31,4 МПа/м. После закачки модель пористой среды выдерживают в течение 18 ч в статическом режиме (соблюдают термобарические условия опыта, фильтрация не осуществлялась). Затем в первоначальном направлении возобновляют фильтрацию нефти с тем же расходом до полной стабилизации перепада давления и определяют фазовую проницаемость по нефти. Значения коэффициентов восстановления проницаемости по нефти определяют, как отношение относительной фазовой проницаемости по нефти, полученной после фильтрации водного раствора смеси ксантана и сополимера акриламида с акрилатом калия с диспергированными волокнами полимолочной кислоты, к ее начальной величине.
Результаты по определению коэффициента восстановления проницаемости приведены в табл. 2.
Из табл. 1 и 2 видно, что удерживающая способность состава и коэффициент восстановления проницаемости зависят от количественного содержания компонентов в составе. Оптимальными концентрациями компонентов обладают составы (составы 3-11 табл. 1, 2) при содержании ксантана 0,2-0,6 мас. %, сополимера акриламида с акрилатом калия 0,001-0,2 мас. %, воды - остальное.
При содержании в составе менее 0,2 мас. % ксантана, сополимера акриламида с акрилатом калия менее 0,001 мас. % происходит быстрое оседание алюмосиликатного пропанта до проведения процесса ГРП. Удерживающая способность состава составляет 7-12 мин (составы 1, 2 табл. 1).
При содержании в водном растворе смеси ксантана более 0,6 мас. %, сополимера акриламида с акрилатом калия 0,2 мас. % (состав 12 табл. 1), а в водном растворе смеси ксантана - 0,6 мас. %, сополимера акриламида с акрилатом калия более 0,2 мас. % (состав 13 табл. 1) происходит равномерное распределение алюмосиликатного пропанта в составе, что обеспечивает высокую удерживающую способность алюмосиликатного пропанта в водном растворе смеси ксантана и сополимера акриламида с акрилатом калия с диспергированными в ней волокнами и успешное проведение процесса ГРП. Однако увеличение содержания компонентов в составе нецелесообразно с экономической точки зрения, а также с технологической из-за высокой стоимости реагентов.
Из табл. 2 следует, что коэффициент восстановления проницаемости при использовании предлагаемого водного раствора смеси ксантана и сополимера акриламида с акрилатом калия с диспергированными волокнами полимолочной кислоты составил в среднем 91,3 % (составы 3-11) а у прототипа - 65,6 % (составы 14, 15).
При содержании в составе сополимера акриламида с акрилатом калия менее 0,001 мас. % (составы 1, 2 табл. 2) коэффициент восстановления проницаемости незначительно отличается от предлагаемого состава (состав 3, табл. 2). Однако из-за низкой удерживающей способности состава (состав 1, 2 табл. 1) невозможно обеспечить успешное проведение ГРП, так как происходит быстрое оседание алюмосиликатного пропанта.
Таким образом, приведенные результаты испытаний предлагаемого состава обеспечивают успешность проведения ГРП из-за высоких показателей - удерживающей способности и коэффициента восстановления проницаемости.
Таблица 1. Результаты исследований по определению удерживающей способности состава
Но-мер опы-та
Водный раствор смеси, мас. %
Масса водного рас-твора смеси ксан-тана и сополи-мера акрила-мида с акрила-том калия, г
Масса поли-молоч-ной кисло-ты (ПМК), г
Масса алюмо-сили-катного пропан-та, г
Массовое соотноше-ние водного раствора смеси ксантана и сополимера акриламида с акрилатом калия:ПМК:алюмосиликатного пропанта
Удер-жи-ваю-щая спо-соб-ность, мин
Ксан-тан
Сополи-мер акрила-мида с акрила-том калия
Вода пресная
1
2
3
4
5
6
7
8
9
1
0,1
0,0009
99,8991
50
0,1
2,5
1:0,001:0,05
7
2
0,15
0,0005
99,8495
50
0,1
50
1:0,001:0,10
12
3
0,2
0,001
99,799
50
0,05
2,5
1:0,001:0,8
22
4
0,2
0,05
99,75
50
0,15
2,5
1:0,003:0,05
25
Продолжение таблицы 1
1
2
3
4
5
6
7
8
9
5
0,2
0,2
99,6
50
0,3
25
1:0,006:0,5
29
6
0,3
0,001
99,699
50
0,15
25
1:0,003:0,5
26
7
0,3
0,05
99,65
50
0,15
40
1:0,003:0,8
28
8
0,3
0,2
99,5
50
0,05
40
1:0,001:0,05
26
9
0,6
0,001
99,399
50
0,05
25
1:0,001:0,5
31
10
0,6
0,05
99,35
50
0,3
2,5
1:0,006:0,05
33
11
0,6
0,2
99,2
50
0,3
40
1:0,006:0,8
35
12
0,8
0,2
99,0
50
0,5
25
1:0,010:0,5
39
13
0,6
0,25
99,15
50
0,5
25
1:0,010:0,5
37
Прототип
гуар
ПМК
вода
Масса жид-кости, г
Масса пропанта, г
-
14
0,24
0,48
99,28
50
-
25
-
17
ГОЭЦ
ПМК
вода
15
0,05
0,3
99,65
50
-
25
-
16
Примечание - ГОЭЦ - гидроксиэтилцеллюлоза. Исследования прототипа проведены заявителем самостоятельно.
Таблица 2. Результаты исследований по определению коэффициента восстановления проницаемости
Но-мер опы-та
Водный раствор смеси,мас. %
Масса водного раство-ра смеси ксанта-на и сополи-мера акрила-мида с акрила-том калия, г
Масса полимо-лочной кислоты (ПМК), г
Массовое соотноше-ние водного раствора смеси ксантана и сополимера акриламида с акрилатом калия:ПМК
Проница-емость, мкм<sup>2</sup>
Коэффи-циент восстанов-ления проница-емости, %
Ксан-тан
Сопо-лимер акри-лами-да с акри-латом калия
Вода пресная
До
После
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
1
0,1
0,0009
99,8991
50
0,1
1:0,001
4,7
4,6
97,87
2
0,15
0,0005
99,8495
50
0,1
1:0,001
4,5
4,3
95,56
3
0,2
0,001
99,799
50
0,05
1:0,001
4,8
4,6
95,83
4
0,2
0,05
99,75
50
0,15
1:0,003
4,6
4,1
89,13
5
0,2
0,2
99,6
50
0,3
1:0,006
5,1
4,6
90,20
6
0,3
0,001
99,699
50
0,15
1:0,003
4,1
3,9
95,12
7
0,3
0,05
99,65
50
0,15
1:0,003
3,6
3,2
88,89
8
0,3
0,2
99,5
50
0,05
1:0,001
4,4
4,1
93,18
9
0,6
0,001
99,399
50
0,05
1:0,001
4,0
3,7
92,50
10
0,6
0,05
99,35
50
0,3
1:0,006
3,7
3,3
89,19
11
0,6
0,2
99,2
50
0,3
1:0,006
4,8
4,2
87,50
12
0,8
0,2
99,0
50
0,5
1:0,010
3,9
3,1
79,49
13
0,6
0,25
99,15
50
0,5
1:0,010
4,8
3,3
68,75
Прототип
гуар
ПМК
вода
14
0,24
0,48
99,28
-
-
-
4,8
3,2
66,67
ГОЭЦ
ПМК
вода
15
0,05
0,3
99,65
-
-
-
4,5
2,9
64,44
Примечание - Исследования прототипа проведены заявителем самостоятельно.
Применение предлагаемого состава позволяет повысить эффективность за счет увеличения удерживающей способности благодаря компонентам состава, обеспечивающим создание структурированной полимерной системы, а также за счет увеличения коэффициента восстановления проницаемости.