Модифицированный полимерный загуститель
MODIFIED POLYMER THICKENER

Изобретение относится к нефтяной промышленности, и направлено на повышение стабильности водных растворов полимеров в пластовых условиях, используемых для изоляции водопритока в нефтяные скважины, для увеличения нефтеотдачи и снижения обводненности продукции скважин, для регулирования профиля приемистости нагнетательных скважин.
В настоящее время с целью интенсификации процессов нефтедобычи широко применяется закачка в пласт водных растворов полимеров как с целью регулирования подвижности вытесняющей воды, так и с целью выравнивания неоднородности пористой среды и ограничения водопритока к скважинам. Наиболее эффективным и широко применяемым полимером для повышения нефтеотдачи является полиакрил амид (ПАА).
Применение ПАА в технологиях повышения нефтеотдачи наряду с большими преимуществами имеет существенные недостатки. Одним из них является нестабильность вязкостных и вязкоупругих свойств водных растворов ПАА, вызванная тем, что в условиях пласта макромолекулы подвергаются совместному воздействию температур, давлений, сдвиговых напряжений, растворенных в воде солей. Результатом этих воздействий является, как правило, снижение вязкости растворов ПАА, ухудшение их эксплуатационных свойств, недостаточная эффективность применения.
Одним из способов защиты водных растворов ПАА от деградации в условиях нефтедобычи является применение стабилизаторов различного механизма действия. При выборе стабилизатора учитывают его эффективность, технологичность применения, токсичность, стоимость и другие факторы.
Известен состав на основе водного раствора полиакриламида, стабилизированный неорганическими водорастворимыми солями щелочных и щелочноземельных металлов, неорганическими кислотами (SU №994517, опубл. 07.02.1983). Недостатком известного состава является низкая эффективность.
Известны составы на основе водных растворов полиакриламида, стабилизированные введением в раствор различных органических веществ. В качестве органических веществ используют этанол (SU №1754741, опубл. 15.08.1991), мочевину (Патент RU №2350635, опубл. 27.03.2009), неионогенные поверхностно-активные вещества (SU №1594958, опубл. 23.02.1990), полигексаметиленгуанидин (SU №1716861, опубл. 20.08.1995), гидроксиламин (Патент RU №2069677, опубл. 27.11.1996).
Недостатком известных составов является относительно низкая эффективность стабилизации. Кроме того, вещества, используемые в этих составах, либо изменяют структуру и свойства полиакриламида, оказывая неблагоприятное влияние на свойства его растворов, либо нетехнологичны в применении.
Известен также модифицированный загуститель для повышения нефтеотдачи пласта на основе радиационно-обработанного полакриламида. Указанный реагент со степенью гидролиза от 4 до 40% мас. получают обработкой порошкообразных полимеров ионизирующим излучением поглощенной дозой 0,5-3,0 МРад (Патент RU №2069256, опубл. 20.11.1996).
Недостатком состава является то, что пост-радиационные эффекты облученного полиакриламида приводят к деструкции полимера. Для уменьшения процесса радиационного старения к полученному продукту необходимы добавки антиоксидантов или антирадов.
Наиболее близким к предлагаемому реагенту по технической сущности является полимерная композиция, в состав которой входит водорастворимый полиакриламид и стабилизатор - салициловая кислота или ее соли в количестве 0,01-20% от массы полиакриламида (Патент RU №2141981, опубл. 27.11.1999).
Недостатком данного реагента являются невысокие реологические характеристики при высоких сдвиговых напряжениях.
Целью предполагаемого изобретения является разработка модифицированного полимерного загустителя, обеспечивающего высокую эффективность при использовании в качестве загущающих и структурообразующих агентов в процессах добычи нефти.
Поставленная цель и указанный технический результат достигаются предлагаемым модифицированным полимерным загустителем, включающим водорастворимый полиакриламид (ПАА) и стабилизатор, где в качестве стабилизатора используют адипиновую кислоту, при следующем соотношении компонентов, мас. %:
- Водорастворимый полиакриламид - 98,0-99,0;
- Адипиновая кислота - 1,0-2,0.
Адипиновая кислота (1,4-бутандикарбоновая кислота, гександиовая кислота) - предельная двухосновная кислота, относится к классу карбоновых кислот. Представляет собой мелкие кристаллы белого цвета, выпускается по ГОСТ 10558-80. Используется как пищевая добавка (зарегистрированная под № Е355) как антиоксидант и регулятор кислотности. Большая часть адипиновой кислоты, около 90%, применяется для производства синтетических полиамидных волокон (например, нейлона) и полиуретанов.
В качестве полимеров для приготовления модифицированного полимерного загустителя могут быть использованы водорастворимые полиакриламиды отечественного или зарубежного производства со средней и высокой молекулярной массой (10-25 млн. ед.) и степенью гидролиза до 40%.
Модифицированный полимерный загуститель, содержащий 1,0 мас. % стабилизатора, используется для приготовления растворов на пресных и слабо-минерализованных водах, а также в составах со сшивателем.
Модифицированный полимерный загуститель, содержащий 2,0 мас. % стабилизатора, используется для приготовления растворов на минерализованных водах.
Достижение указанного технического результата обеспечивается за счет того, что добавка в полиакриламид адипиновой кислоты, являющейся антиоксидантом, способствует снижению окислительной деструкции на стадии приготовления водных растворов полимеров. Кроме того, водные растворы полиакриламида и адипиновой кислоты подвержены гидролизу. При этом происходит присоединение кислотных остатков адипиновой кислоты к функциональным группам полиакриламида, предположительно по схеме:
В результате чего водные растворы модифицированного полимерного загустителя обладают повышенной вязкостью и стабильностью в пластовых условиях.
Вязкостные свойства растворов модифицированного полимерного загустителя регулируются его концентрацией в водном растворе. Используются, как правило, концентрации в диапазоне от 0,03 до 0,8%, с добавкой сшивателя или без него. Однако, в некоторых случаях, могут быть использованы концентрации ниже или выше указанного диапазона, в зависимости от исходных характеристик модифицируемого полимера, а также от геолого-физических условий месторождений: пластовой температуры, состава пластовой воды, неоднородности коллектора, приемистости нагнетательных скважин, толщины пласта и степени разработки месторождения. Для каждого конкретного объекта оптимальные составы определяются предварительными лабораторными испытаниями.
-1
Для подтверждения эффективности использования предлагаемого реагента в качестве загустителя для увеличения охвата пласта заводнением, в лаборатории были проведены исследования вязкостных характеристик растворов на минерализованной и пресной водах модифицированного и не модифицированного полимеров для сравнения их загущающей способности. Исследования проводили при простом сдвиговом течении в свободном объеме с использованием ротационного вискозиметра Брукфильда при скорости сдвига 122,0 с (моделирование высоких сдвиговых напряжений).
Реологические данные, полученные при сдвиговом течении, позволяют прогнозировать поведение полимерного раствора в пористой среде.
Стабильность реологических свойств водных растворов испытываемых образцов во времени, оценивали по изменению вязкости через определенные промежутки времени в процессе хранения растворов при 70°С (для ускорения процессов старения). Измерение вязкости проводили после охлаждения испытываемых образцов до 25°С.
Для модификации и проведения лабораторных испытаний использовали полиакриламиды марок: FP-307, фирма-производитель ООО «СНФ Балтреагент» и АРАМ-3, фирма-производитель «Vidar water Industrial Co.LTD», имеющие следующие характеристики:
Модифицированный полимерный загуститель готовили тщательным перемешиванием сухих порошкообразных компонентов:
- ПАА - 98,0-99,0 г;
- адипиновая кислота - 1,0-2,0 г.
3
3
Для приготовления растворов использовали в качестве пресной воды -модель волжской воды с общей минерализацией 0,32 г/дм. В качестве минерализованной воды - модель минерализованной воды с общей минерализацией 88,0 г/дм.
-1
Приготовление растворов полимеров осуществляли с помощью двухлопастной мешалки с размахом лопастей 60 мм и шириной лопасти 10 мм, с приводом, обеспечивающим скорость перемешивания 5-7 с. Концентрации для проведения испытаний составили 0,05; 0,1 и 0,2 мас. %, диапазон концентраций, наиболее часто используемый в технологиях увеличения охвата пласта заводнением.
Результаты проведенных экспериментов представлены в таблице 1.
Оценку эффективности использования заявляемого состава для изоляции обводненных, высокопроницаемых пропластков, проводили в лабораторных условиях по снижению уровня проницаемости пористой среды образующимися в модели пласта системами.
Для этого были приготовлены растворы модифицированных и исходных полимеров указанных маркок на пресной и минерализованной водах, концентраций 0,3; 0,5 и 0,8 мас. % по описанной выше методике. В готовые растворы, при постоянном перемешивании, дозировали сшиватель, в количестве 10 мас. % от массы сухого ПАА. В качестве сшивателя использовали ацетат хрома, выпускаемый по ТУ 6-02-0009912-70-00 в виде 50% водного раствора.
2
Фильтрационные эксперименты проводили в соответствии с ОСТ 39-195-86, на песчаной насыпной модели пласта с проницаемостью в диапазонах 8,1-15,3 мкм, моделирующих высокопроницаемый, обводненный пропласток, подлежащий изоляции.
Модель пласта вакуумировали, насыщали водой и определяли исходную проницаемость по воде. После этого прокачивали один поровый объем состава и, после выдержки на период образования и упрочнения полимерного геля, во всех экспериментах определяли коэффициент изоляции по изменению проницаемости керна. Все эксперименты проводили при постоянном перепаде давления между торцами модели пласта при 25°С.
Снижение проницаемости (коэффициент изоляции) рассчитывали по формуле:
1
2
1
(К-К)/К⋅100,%;
1
2
где К - первоначальная проницаемость по воде, мкм;
2
2
К - проницаемость по воде после формирования геля, мкм.
Стабильность изолирующих свойств испытываемых образцов во времени оценивали по изменению коэффициента изоляции в процессе их хранения в термостате при 70°С. Для этого, периодически, с интервалом семь суток, керн вынимали из термостата, охлаждали до 25°С и прокачивали воду, определяя проницаемость керна.
Результаты проведенных экспериментов представлены в таблице 2.
В таблице 2, представлен коэффициент изоляции (Кизол.) после 21 суток выдержки при 70°С.
Как видно из представленных в таблице 1 результатов испытаний, использование модифицированного полимерного загустителя позволяет увеличить вязкость растворов в пресной и минерализованной водах, а также повысить их устойчивость при высоких сдвиговых напряжениях по сравнению с теми же полимерами без добавки стабилизатора.
Результаты, приведенные в таблице 2, подтверждают эффективность использования водных растворов модифицированного полимерного загустителя со сшивателем для изоляции обводненных, высокопроницаемых пропластков по сравнению с теми же полимерами без добавки стабилизатора.
Коэффициент изоляции полимеров с введенным стабилизатором возрастает на 14-15% (табл. 2).
Таким образом, можно сделать вывод, что введение стабилизатора в порошкообразные водорастворимые полиакриламиды по предлагаемому изобретению, позволит повысить и сохранить эксплуатационные свойства полимеров во времени. Предлагаемый состав прост при изготовлении, технологичен и экологически безопасен.
С целью оптимизации количества компонентов состава и обеспечения технологичности процесса приготовления растворов на промысле, компоненты состава смешивают на производственной базе и поставляют на промысел однокомпонентным порошком.
При использовании модифицированного полимерного загустителя на промысле закачку реагента производят на стандартном оборудовании по общепринятым технологиям.