Активная целлюлозная мука для изоляции водопритоков в добывающих скважинах и блокады обводненных пластов в нагнетательных скважинах
ACTIVE CELLULOSE FLOUR FOR ISOLATING WATER INFLOWS IN PRODUCING WELLS AND BLOCKING WATERED RESERVOIRS IN INJECTION WELLS

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к реагентам для изоляции водопритоков в добывающих скважинах и блокады обводненных пластов в нагнетательных скважинах.
Для проведения водоизоляционных работ в технологиях добычи нефти для формирования водоизоляционных экранов применяют гелеобразующие композиции на основе водорастворимых полимеров и солей поливалентных катионов - инициаторов структурообразования. В качестве водорастворимых полимеров используют, например, полиакриламид, полисахариды, полиметакриламид, производные целлюлозы, в качестве солей поливалентных катионов - ацетаты, нитрилотриацетаты, тартраты, хромат и бихромат аммония, хроматы и бихроматы щелочных металлов, хромовые и алюмокалиевые квасцы.
Из предыдущего уровня техники известна целлюлозная мука для изоляции водоносных или обводненных пластов для повышения нефтеотдачи, в состав которой входят микроволокнистый порошковый продукт на основе однолетних целлюлозосодержащих растений, минеральная высокодисперсная гидрослюда и стабилизирующая термостойкая солестойкая полимерная добавка (патент RU 2575488, С09К 8/588, С09К 8/514, опубл. 20.02.2016).
Состав по данному изобретению имеет ряд существенных недостатков:
- водозоляционный экран (гидрогель) на основе целлюлозной муки образуется только при добавлении в технологический раствор соляной кислоты, имеет невысокие прочностные характеристики и разрушается в течение 3-х суток, что требует дозакрепления цементом при проведении ремонтно-изоляционных работ;
- время образования водозоляционного экрана практически мгновенное, в связи с чем существует вероятность необратимой закупорки насосно-компрессорных труб и самого ствола скважины;
- технологический раствор нестабилен при температуре более 95°C и минерализации пластовой (закачиваемой) воды более 250 мг/литр.
Известен гелеобразующий состав для ограничения водопритока в добывающей скважине на основе полисахарида, соединения поливалентного металла и воды (патент RU 2285785, Е21В 33/138, C09K 8/90, 2006). В качестве полисахарида в известном составе используют ксантан, продуцируемый микроорганизмами типа Xanthomonas campestris, в качестве соединения поливалентного металла используют ацетат хрома и/или хромкалиевые квасцы при соотношении 1:1 в воде с минерализацией 0,5-100 г/л.
К недостаткам данного состава, влияющим на его технологическую эффективность, относятся следующие: невозможность получения в пластовых условиях (при закачке) стабильного по составу ксантана и неоправданно длительная технологическая выдержка после окончания работ (от 3 до 10 суток), необходимая, по-видимому, для завершения процесса гелеобразования в пласте.
Наиболее близким аналогом является композиция для разработки неоднородного нефтяного пласта (патент RU 2298088, Е21В 43/22, C09K 8/88, 2007). Композиция содержит полиакриламид, или полисахарид, или эфир целлюлозы и полиоксихлорид алюминия (ПОХА) при следующем соотношении компонентов, мас. %:
Полиакриламид, или полисахарид,
или эфир целлюлозы
83,0
Полиоксихлорид алюминия
17,0
Согласно изобретению порошок полимера шнековым дозатором подается в струйный аппарат, где смешивается с водой и в виде суспензии поступает в напорный трубопровод, где смешивается с раствором полиоксихлорида алюминия и через нагнетательную линию направляется в нагнетательную скважину. Образующаяся за счет внутримолекулярной сшивки водной суспензии полимера и полиоксихлорида алюминия дисперсия коллоидных частиц (ДКЧ) способна двигаться вглубь неоднородного пласта на значительные расстояния, накапливаясь постепенно в порах и изолируя их. Благодаря этому происходит перераспределение потоков фильтрующегося по пласту нефтевытесняющего агента, что способствует увеличению охвата пласта воздействием и ведет к повышению коэффициента нефтеотдачи способа разработки нефти из неоднородного пласта.
Однако указанный состав имеет существенный недостаток, снижающий его эффективность для повышения нефтеотдачи: недостаточная протяженность создаваемого водоизоляционного экрана за счет неэффективной фильтрационной способности ДКЧ, имеющей неоднородную двухфазную коллоидную структуру.
Задачей изобретения является повышение отбора нефти за счет увеличения протяженности водоизоляционного экрана и повышения его прочностных характеристик.
6
Задача решается активной целлюлозной мукой (АЦМ) для изоляции водопритоков в добывающих скважинах и блокады обводненных пластов в нагнетательных скважинах, включающей модифицированный полисахарид, содержащий карбоксильные группы в количестве не менее 15 мас. %, и молекулярной массой не ниже 3,0⋅10, получаемый сополимеризацией алифатических моно- и дикарбоновых кислот с продуктом гидролиза целлюлозосодержащего растительного сырья, доломитовую муку с содержанием катионов кальция не менее 35 мас. % и бихромат калия при следующем соотношении компонентов, мас. %:
Модифицированный полисахарид
3,0-30,0
Доломитовая мука
95,5-61,0
Бихромат калия
1,5-9,0
Техническим результатом изобретения является увеличение отбора нефти на 10-15% по сравнению с прототипом.
Изобретение иллюстрируется чертежами:
+2
на фиг. 1 показана схема взаимодействия гидроксильных групп модифицированного полисахарида с катионами Са;
+6
на фиг. 2 - структура вязкопластичного гидрогеля (ионы Cr не участвуют в реакции с полисахаридом);
+3
на фиг. 3 - схема взаимодействия карбоксильных групп полисахарида, связанного с частицами доломитовой муки, с катионами Cr;
+6
+3
на фиг. 4 - структура вязкоупругого гидрогеля (произошел переход Cr в Cr).
Сущность предлагаемого технического решения заключается в следующем.
Основным компонентом АЦМ является модифицированный полисахарид, который получают путем переработки растительной целлюлозы с использованием технологии гидролиза. При этом разрушаются исходные бетта (1-4) гликозидные связи в полимерной молекуле целлюлозы, которая превращается в реакционно-способный полисахарид с высоким содержанием альфа (1-4) гликозидных связей. Последующая сополимеризация получаемого продукта переработки целлюлозы с алифатическими моно- и дикарбоновыми кислотами позволяет получить модифицированный полисахарид, содержащий карбоксильные группы.
В качестве инициатора структурообразования применяют доломитовую муку - источник катионов кальция и бихромат калия - источник катионов хрома.
При закачке водной суспензии АЦМ в скважину в обрабатываемой зоне пласта последовательно образуются два типа органо-неорганических гидрогелей, обладающих вязкопластичными и вязкоупругими свойствами.
Ионы кальция химически более активны, чем ионы хрома, поэтому при смешении АЦМ с водой практически мгновенно образуется вязкопластичный гидрогель в результате взаимодействия гидроксильных групп модифицированного полисахарида с катионами Ca (фиг. 1) по механизму внутримолекулярной сшивки (физическая связь).
Гидрогель представляет собой коллоидную систему, состоящую из не связанных между собой стабилизированных полисахаридом частиц доломитовой муки (фиг. 2), благодаря чему обладает высокой фильтрационной способностью и глубоко проникает в обрабатываемый пласт.
+6
+3
+3
При фильтрации вязкопластичного гидрогеля в коллоидной системе происходит окислительно-восстановительный процесс перехода Cr в Cr и постепенное формирование вязкоупругого гидрогеля в результате образования ковалентной связи между кислородом свободных карбоксильных групп полисахарида с катионами Cr (фиг. 3). Вязкоупругий гидрогель представляет собой пространственно-сшитую систему, состоящую из стабилизированных полисахаридом частиц доломитовой муки (фиг. 4). Гидрогель имеет высокие прочностные характеристики и обеспечивает стабильность протяженному водоизоляционному экрану.
При использовании состава-прототипа в пласте в результате взаимодействия гидроксильных групп полисахарида с катионами алюминия образуется вязкопластичный гидрогель, в котором размеры ассоциатов молекул полисахарида с ионами алюминия сравнимы с размерами транспортных пор обрабатываемого пласта. Такой гидрогель имеет низкую фильтрационную способность.
Следовательно, при использовании АЦМ за счет образования двух типов гидрогелей образующийся водоизоляционный экран имеет большую по сравнению с прототипом протяженность и обладает высокой прочностью, что в результате приводит к увеличению отдачи нефти.
Характеристика веществ, используемых в активной целлюлозной муке для изоляции водопритоков в добывающих скважинах и блокады обводненных пластов в нагнетательных скважинах.
6
Модифицированный полисахарид, содержащий карбоксильные группы в количестве не менее 15 мас. % и молекулярной массой не ниже 3,0⋅10, получаемый сополимеризацией алифатических моно- и дикарбоновых кислот с продуктом гидролиза целлюлозосодержащего растительного сырья - Полиакрицел (ТУ 918710-001-46123570-2015).
Доломитовая мука представляет собой минеральный порошок марки МП-1 (ГОСТ Р52129-2003), получаемый помолом карбонатных пород средней фракции 30 мкм. Содержание катионов кальция составляет не менее 35 мас. %.
В качестве источника поливалентных катионов Cr использовали бихромат калия, представляющий собой твердое кристаллическое вещество (ГОСТ 2652-78).
АЦМ получают механоактивацией за счет совместного помола исходных компонентов.
Примеры конкретного выполнения состава АЦМ.
Пример 1. Компоненты смешивали в следующих соотношениях, мас. %
Модифицированный полисахарид
3,0
Доломитовая мука
95,5
Бихромат калия
1,5
Пример 2. Аналогичен примеру 1, но использовали компоненты при следующем соотношении, мас. %:
Модифицированный полисахарид
16,0
Доломитовая мука
78,0
Бихромат калия
6,0
Пример 3. Аналогичен примеру 1, но использовали компоненты при следующем соотношении, мас. %:
Модифицированный полисахарид
30,0
Доломитовая мука
61,0
Бихромат калия
9,0
Изучение влияния АЦМ на изменение фильтрационных и нефтевытесняющих параметров, характеризующих изменение охвата пласта вытеснением, проводили с использованием физических моделей слоистонеоднородных пористых сред с непроницаемыми границами раздела.
Лабораторные насыпные модели представляют собой две одинаковые трубки из нержавеющей стали длиной 150 см, внутренним диаметром 2,7 см, плотно заполненные молотым кварцевым песком, с общим входом и раздельными выходами. При этом одна трубка (более проницаемый пропласток) содержит песок, проницаемость которого по нефти кратно превышает проницаемость песка в другой трубке (менее проницаемый пропласток).
В качестве вытесняемой нефти использовали дегазированную девонскую нефть с Карабашской УКПН вязкостью при температуре 20°C 13-19 мПа⋅с.
Первичное вытеснение нефти проводилось до общей обводненности остаточной нефти 95-99%. После этого в общий вход модели закачивали водную суспензию АЦМ с концентрацией 0,1 мас. %.
В качестве фильтрационного параметра, характеризующего неравномерность процесса вытеснения в двух разнопроницаемых трубках, использовали парциальный (относительный) дебит жидкости менее проницаемого пропластка q до и после вытеснения оторочки. При этом чем больше увеличивается парциальный дебит менее проницаемого пласта, тем эффективнее вытеснение нефти с точки зрения охвата неоднородных по проницаемости пластов воздействием.
Основные условия и средние результаты вытеснения нефти на двухслойных моделях по предлагаемому и известному составам представлены в таблице 1.
Как видно из таблицы 1, парциальный дебит менее проницаемой трубки при применении АЦМ увеличился в среднем в 6,6 раза, а при использовании состава по прототипу - в 1,7 раза, а прирост коэффициента вытеснения нефти составил соответственно 13,6% и 8,1%.
Эффективность предлагаемого состава при увеличении нефтеотдачи из неоднородного пласта в лабораторных условиях определялась путем тестирования фильтрационных и нефтевытесняющих свойств дисперсий коллоидных частиц на девонских кернах с использованием установки "Core Lab" производства США.
Анализ полученных результатов тестирования проведен на примере основного фильтрационного параметра, характеризующего глубину проникновения исследуемого материала в пористую среду, - остаточного фактора сопротивления (ОФС). ОФС показывает, во сколько раз возросло фильтрационное сопротивление при фильтрации воды после закачки суспензии АЦМ по сравнению с начальным фильтрационным сопротивлением при фильтрации воды перед закачкой суспензии АЦМ.
Основные условия и результаты тестирования на девонских кернах представлены в таблице 2.
Анализ табличных данных показывает, что величина ОФС при использовании предлагаемого состава превышает значения ОФС при использовании состава-прототипа в 3-4 раза. Увеличение остаточного фактора сопротивления (ОФС) симбатно протяженности создаваемого водоизоляционного экрана в пласте и, соответственно выше коэффициент охвата пласта воздействием. Следовательно, применение АЦМ позволяет увеличить протяженность водоизоляционного экрана и более эффективно регулировать охват пласта-коллектора.
Пример проведения процесса закачки с использованием активной целлюлозной муки
2
АЦМ подается в струйный насос-дозатор, где смешивается с водой и через промежуточную технологическую емкость поступает в приемную линию насоса высокого давления, который закачивает готовую суспензию в добывающую или нагнетательную скважину. Струйный насос-дозатор является вакуумным насосом эжекторного типа и предназначен для приготовления и гомогенизации суспензии порошка АЦМ заданной концентрации в потоке воды. Вода под давлением подается на вход насоса-дозатора и через диффузор, через промежуточную технологическую емкость, уходит на нагнетатель (насос высокого давления). При закачке воды под давлением более 15 атм во всасывающей камере насоса-дозатора образуется зона пониженного давления, вследствие чего дозируемый порошок вовлекается в поток жидкости и образует суспензию. Для дополнительной гомогенизации суспензии АЦМ в промежуточной технологической емкости установлена металлическая сетка с размером ячеек не более 1 см. Подача порошка во всасывающую камеру струйного насоса-дозатора осуществляется оператором вручную или автоматическим шнековым дозатором, смонтированным на платформе специальной технологической установки - КУДР (комплексной установки дозирования реагентов).
Водоизоляционный экран на основе АЦМ имеет следующие технологические характеристики:
- коэффициент водоизоляции в добывающих скважинах не ниже 0,3;
2
- обеспечение водоизоляции в широком диапазоне проницаемостей пласта (от 70 мкм и выше) за счет улучшенных фильтрационных характеристик технологических растворов - ФК (фактор кольматации) не ниже 2;
- эффективность при проведении работ по ПНП (повышение нефтеотдачи пластов) в нагнетательных скважинах (не ниже 35%).
Таким образом, предлагаемая активная целлюлозная мука (АЦМ) обеспечивает создание более протяженного по сравнению с прототипом водоизоляционного экрана с высокими прочностными характеристиками, что в конечном итоге приводит к увеличению отбора нефти.