МНОГОЦЕЛЕВОЙ ГЕЛЕОБРАЗУЮЩИЙ СОСТАВ
MULTIPURPOSE GEL-FORMING COMPOSITION

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и может найти применение при изменении фильтрационных характеристик пластов, при проведении гидроразрыва, разделении потоков жидкостей в скважине, очистке ствола скважин и других ремонтных работах.
Известен гелеобразующий состав для временной изоляции пласта, содержащий следующие компоненты, мас. %.[1]
Радиализованный γ-излучением полиакриламид (РПАА)
0,20-1,05
Феррохромлигносульфонат
0,40-0,70
Сульфат меди
0,008-0,035
Вода
остальное
Недостатком указанного состава является ограниченная область применения: по совокупности основных свойств состав не может быть использован по многоцелевому назначению, а также узкий температурный диапазон работоспособности как состава для временной изоляции.
Верхний температурный предел применимости ограничен 90°C. Это обусловлено нестойкостью тетрааммиаката меди, разлагающегося при повышении температуры с выделением аммиака и воды, что приводит к нарушению структурно-реологических свойств геля. При этом резко снижается пескоудерживающая способность, необходимым условием сохранения которой является мелкоячеистая структура полимера с низкой фильтрацией.
Нижний температурный предел применимости ограничен 20°C, так как при более низких температурах процессы гелеобразования замедляются, что не обеспечивает требуемой вязкости. Кроме того, компоненты состава взаимодействуют с составляющими цементного и глинистого растворов. Например, сульфат меди (тетрааммиакат меди) активно реагирует со щелочами этих растворов в виде гидроксидов кальция или калия (натрия), образуя гипс, который в зоне смешивания растворов может привести к ускорению схватывания цементного раствора. Поэтому полимерный состав нецелесообразно использовать для разделения потоков жидкостей.
Известен гелеобразующий состав, включающий полиакриламид, фенолоспирт и воду [2]. Однако указанный состав имеет длительные сроки начала гелеобразования при температуре ниже 80°C, а при температуре ниже 50°C гель вообще не образуется.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является гелеобразующий состав, включающий водорастворимый карбоксилсодержащий полимер, фенолоспирт, хроматы и воду, щелочной агент, обеспечивающий pH состава более 7,0, при следующем соотношении ингредиентов, мас.%[3]
Водорастворимый карбоксилсодержащий полимер
0,002-15
Хроматы
0,001-2,0
Фенолоспирт
0,01-65,0
Щелочной агент
0,001-1,0
Вода
остальное
3
Недостатком данного состава является использование запрещенных токсичных веществ, в частности хроматов, а также высокая плотность образующейся гелевой системы составляющая 960-990 кг/м.
Задачей изобретения является разработка более эффективного гелеобразующего состава, позволяющего за счет уменьшения плотности композиции расширить диапазон применения, а также использование нетоксичных веществ при приготовлении указанной композиции.
Сущность изобретения заключается в том, что многоцелевой гелеобразующий состав, включающий водорастворимый полимер, соль поливалентного металла, спирт, щелочной агент и воду, где в качестве соли поливалентного металла содержит алюмокалиевые квасцы, в качестве спирта - пропиленгликоль, а как щелочной агент - тетраборат натрия и дополнительно содержит поверхностно-активное вещество (ПАВ) - сульфанол при следующем соотношении мас.%:
Карбоксиметилцеллюлоза (КМЦ) или
полианионная целлюлоза (ПАЦ)
3-4
Алюмокалиевые квасцы
5-14
Сульфанол
0,2-0,6
Пропиленгликоль
0,2-0,6
Тетраборат натрия
0,02-0,06
Вода
остальное
Использование дополнительно ПАВ позволяет снизить значения плотности раствора, а использование алюмокалиевых квасцов решает задачу нетоксичности используемых компонентов при приготовлении указанной композиции.
В качестве водорастворимого полимера используют КМЦ со степенью полимеризации не менее 400, либо ПАЦ. В качестве соли поливалентного металла - квасцы алюмокалиевые, в качестве ПАВ - сульфанол, в качестве спирта - пропиленгликоголь, а как щелочной агент - тетраборат натрия.
При приготовлении гелеобразующего состава использованы следующие реагенты: КМЦ используют по ТУ 2231-002-5027756300, ПАЦ по ТУ 2231-033-97457491-2010, квасцы алюмокалиевые ГОСТ 4329-77, сульфанол порошок 80% по ТУ 2481-135-07510508-2004, пропиленгликоль по ТУ 6-09-2434-81, тетраборат натрия по ГОСТ 8429-77.
Многоцелевой гелеобразующий состав готовится добавлением к рассчитанному объему воды сухого полимера при постоянном перемешивании на лабораторной мешалке до полного растворения. Одновременно готовят раствор, добавляя отмеренное количество ПАВ, тетрабората натрия, пропиленгликоля и воды при постоянном перемешивании на лабораторной мешалке. Далее отмеривают необходимое количество полученного раствора и вводят при постоянном перемешивании в готовую полимерную матрицу, после также при постоянном перемешивании добавляют соль поливалентного металла.
Изобретение иллюстрируется следующими примерами.
Пример 1: готовят гель следующего состава, мас.%:
ПАЦ
4
Алюмокалиевые квасцы
14
Сульфанол
0,6
Пропиленгликоль
0,6
Тетраборат натрия
0,06
Вода
остальное
В 79 мл воды добавляют 4 г сухого полимера марки ПАЦ. На лабораторной мешалке перемешивают до полного растворения. Одновременно готовят раствор следующего состава, в 58 мл воды при постоянном перемешивании на лабораторной мешалке добавляют 20 мл ПАВ и 20 мл пропиленгликоля, а также 2 г тетрабората натрия. Далее отмеривают 3 мл полученного раствора и вводят при постоянном перемешивании в готовую полимерную матрицу, также при постоянном перемешивании добавляют 3% раствор алюмокалиевых квасцов в количестве 14 мл.
3
Плотность полученного геля составляет 0,38 г/см, кратность 2,67.
Пример 2: готовят гель следующего состава, мас.%:
ПАЦ
3
Алюмокалиевые квасцы
5
Сульфанол
0,4
Пропиленгликоль
0,4
Тетроборат натрия
0,04
Вода
остальное
В 78 мл воды добавляют 3 г сухого полимера марки ПАЦ ВВ. На лабораторной мешалке перемешивают до полного растворения. Одновременно готовят раствор следующего состава, в 58 мл воды при постоянном перемешивании на лабораторной мешалке добавляют 20 мл ПАВ и 20 мл пропиленгликоля, а также 2 г тетрабората натрия. Далее отмеривают 2 мл полученного раствора и вводят при постоянном перемешивании в готовую полимерную матрицу, также при постоянном перемешивании добавляют 6% раствор алюмокалиевых квасцов в количестве 5 мл.
3
Плотность полученного геля составляет 0,38 г/см, кратность 2,67.
Пример 3: готовят гель следующего состава, мас.%:
КМЦ
4
Алюмокалиевые квасцы
14
Сульфанол
0,4
Пропиленгликоль
0,4
Тетраборат натрия
0,04
Вода
остальное
В 79 мл воды добавляют 4 г сухого полимера марки КМЦ 400. На лабораторной мешалке перемешивают до полного растворения. Одновременно готовят раствор следующего состава, в 58 мл воды при постоянном перемешивании на лабораторной мешалке добавляют 20 мл ПАВ и 20 мл пропиленгликоля, а также 2 г тетрабората натрия. Далее отмеривают 2 мл из полученного раствора и вводят при постоянном перемешивании в готовую полимерную матрицу, также при постоянном перемешивании добавляют 3% раствор алюмокалиевых квасцов в количестве 14 мл.
3
Плотность полученного геля составляет 0,38 г/см, кратность 2,68.
Пример 4: готовят гель следующего состава, мас.%:
КМЦ
3
Алюмокалиевые квасцы
5
Сульфанол
0,4
Пропиленгликоль
0,4
Тетраборат натрия
0,04
Вода
остальное
В 89 мл воды добавляют 3 г сухого полимера марки КМЦ 400. На лабораторной мешалке перемешивают до полного растворения. Одновременно готовят раствор следующего состава, в 58 мл воды при постоянном перемешивании на лабораторной мешалке добавляют 20 мл ПАВ и 20 мл пропиленгликоля, а также 2 г тетрабората натрия. Далее отмеривают 3 мл полученного раствора и вводят при постоянном перемешивании в готовую полимерную матрицу, также при постоянном перемешивании добавляют 6% раствор алюмокалиевых квасцов в количестве 5 мл.
3
Плотность полученного геля составляет 0,38 г/см, кратность 2,68.
Пример 5: готовят гель следующего состава, мас.%:
ПАЦ
3
Алюмокалиевые квасцы
5
Сульфанол
0,01
Пропиленгликоль
0,4
Тетраборат натрия
0,04
Вода
остальное
В 78 мл воды добавляют 3 г сухого полимера марки ПАЦ. На лабораторной мешалке перемешивают до полного растворения. Одновременно готовят раствор следующего состава, в 68 мл воды при постоянном перемешивании на лабораторной мешалке добавляют 10 мл ПАВ и 20 мл пропиленгликоля, а также 2 г тетрабората натрия. Далее отмеривают 2 мл полученного раствора и вводят при постоянном перемешивании в готовую полимерную матрицу, также при постоянном перемешивании добавляют 6% раствор алюмокалиевых квасцов в количестве 5 мл.
3
Плотность полученного геля составляет 0,65 г/см, кратность 1,7.
Пример 6: готовят гель следующего состава, мас.%:
ПАП
3
Алюмокалиевые квасцы
5
Сульфанол
0,8
Пропиленгликоль
0,4
Тетраборат натрия
0,04
Вода
остальное
В 78 мл воды добавляют 3 г сухого полимера марки ПАП. На лабораторной мешалке перемешивают до полного растворения. Одновременно готовят раствор следующего состава, в 68 мл воды при постоянном перемешивании на лабораторной мешалке добавляют 40 мл ПАВ и 20 мл пропиленгликоля, а также 2 г тетрабората натрия. Далее отмеривают 2 мл полученного раствора и вводят при постоянном перемешивании в готовую полимерную матрицу, также при постоянном перемешивании добавляют 6% раствор алюмокалиевых квасцов в количестве 5 мл.
3
Плотность полученного геля составляет 0,75 г/см, кратность 1,4. Другие образцы изготавливают аналогичным способом, и их физико-химические показатели представлены в таблице.
Таблица
Состав мас.%
Плотность г/см<sup>3</sup>
Кратность
N пр.
КМЦ 400
ПАЦ
Сульфанол
Пропилен-гликоль
Алюмокалиевые квасцы
Тетраборат натрия
Вода
1
-
4
0,6
0,6
14
0,06
остальное
0.38
2.67
2
-
3
0,4
0,4
5
0,04
остальное
0.38
2.67
3
4
-
0,4
0,4
14
0,04
остальное
0.38
2.68
4
3
-
0,4
0,4
5
0,04
остальное
0.38
2.68
5
-
3
0,01
0,4
5
0,04
остальное
0.65
1.7
6
-
3
0,8
0,4
5
0,04
остальное
0.75
1.4
7
4
-
0,01
0,6
14
0,06
остальное
0.7
1.3
8
4
-
0,8
0,6
14
0,06
остальное
0.85
1.13
9
2
-
0,5
0.4
10
0.06
остальное
0.86
1.11
10
-
5
0,6
0.3
12
0.04
остальное
0.75
1.12
11
3
-
0,4
0.5
4
0.04
остальное
0.95
1.02
12
-
4
0,4
0.6
15
0.06
остальное
0.9
1.1
13
4
-
0,2
0.4
14
0.06
остальное
0.85
1.12
14
-
4
0,3
0.2
10
0.03
остальное
0.75
1.3
15
-
3,5
0,4
0,8
12
0,04
остальное
0,78
1.14
16
3
-
0,2
0,4
14
0,01
остальное
0.86
1.08
17
-
3
0.3
0,6
12
0,08
остальное
0.9
1.05
18
Прототип
0,96-0,99
1.05
Как видно из данных таблицы, заявленный состав по сравнению с известными в выбранном диапозоне (пример 1-4) обладает меньшей плотностью 0,38 г/см по сравнению с прототипом 0,95 г/см.
Предложенный гелеобразующий состав уменьшает плотность вязкоупругой системы с использованием не токсичных компонентов.
Список использованной литературы
1. Патент РФ 2057781, С09К 7/00, Е21В 43/26, 1996 г.
2. АС СССР №1770547, Е21В 33/138, 1992 г.
3. Патент РФ 2261321, Е21В 33/138, 2004 г.