СОСТАВ ДЛЯ ИЗОЛЯЦИИ ВОДОПРИТОКА В НЕФТЯНЫХ СКВАЖИНАХ
COMPOSITION FOR SEALING INFLUX OF WATER INTO OIL WELLS

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности, к составам для изоляции водопритоков в нефтяные скважины.
Известен состав на основе эфиров кремнийорганических соединений и полярного растворителя для изоляции водопритоков, при взаимодействии которого с пластовой водой образуется твердая изолирующая масса. Состав включает кремнийорганическое соединение и полярный растворитель, при этом с целью регулирования сроков гелирования в интервале температур до 300°C, он в качестве кремнийорганического соединения содержит алкиловый эфир кремнийорганического соединения, а в качестве полярного растворителя - одноатомный, и/или двухатомный спирт, и/или сложный эфир, и/или кетон при соотношении компонентов, мас.: алкиловый эфир кремнийорганического соединения 30 99; одноатомный, и/или двухатомный, и/или сложный эфир, и/или кетон 1-70. [Патент РФ №2066734, МПК E21B 33/138].
Недостатком этого состава, во-первых, является то, что он не содержит дополнительных катализаторов гидролиза. Это снижает технологические возможности данного состава, особенно при температурах ниже 150°C, поскольку при пониженных температурах процесс гидролиза этоксигрупп и последующая поликонденсация происходит слишком медленно и не обеспечивается протекание процесса образования тампонажной массы за время пребывания состава в пласте. Кроме того, такая тампонажная масса характеризуется пониженной твердостью.
Вторым недостатком состава является то, что гидролиз его происходит при контакте с пластовой водой в продуктивном нефтяном пласте, после закачки состава в скважину. Это снижает технологические возможности данного состава, поскольку в процессе закачки состава в пласт происходит поршневое отдавливание воды, в результате чего лишь очень небольшой объем состава вступает в реакцию с водой. В зоне контакта водоизолирующего состава с водой образуется мало проницаемый для воды плотный полимерный гель, и поэтому процесс гидролиза не будет распространяться на весь объем состава. В результате, не происходит полного отверждения всей массы композиции, большая часть реагентов будет выноситься обратно из скважины при ее запуске в эксплуатацию и водоизоляционные работы оказываются недостаточно эффективными.
Третьим недостатком состава является его высокая стоимость, поскольку содержание кремнийорганического вещества в составе очень велико и он применяется в чистом виде без разведения и без введения наполнителей. С учетом неполного отверждения состава при его применении, соотношение стоимости композиции и объема получающейся тампонирующей массы крайне неэффективно.
Также известен водоизолирующий состав [Патент РФ №2144607, МПК E21B 33/138] и состав для изоляции водопритока [Патент РФ №2174588, МПК E21B 33/138],содержащие кремнийорганическое соединение (различные разновидности эфиров кремниевой кислоты), хлориды металлов и растворители и принципиально отличающиеся только природой растворителя. В патенте РФ №2144607 используются полярные растворители - спирты, этиленгликоль (гликоль), кетон (ацетон) и некоторые полупродукты производства спиртов. В патенте РФ №2174588 в качестве растворителя применяются только гликоли: триэтиленгликоль или тэтраэтиленгликоль или 1,2-пропиленгликоль, или этиленгликоль или диэтиленгликоль или бутиленгликоль или их смеси. Хлориды металлов IV-VIII групп используются для катализирования реакции гидролиза этоксигрупп и последующей поликонденсации образующегося полимера, причем реакция начинается только при смешении катализатора с водой.
Оба эти патента не содержат в формуле изобретения в своем составе воду, поэтому применение составов в соответствии с формулой изобретения будет также приводить к неполному его отверждению по причине протекания реакций гидролиза и поликонденсации только на контакте состава с пластовой водой. В описаниях патентов упоминается о возможности разбавления их водой в соотношении 1:2, 1:3, но исключительно с целью увеличения объема композиции. Кроме того, как сообщают сами авторы, и в этих и в последующих патентах, возможное разбавление водой состава будет приводить к снижению его прочности. Также к недостаткам обоих составов можно отнести использование в качестве катализаторов хлоридов металлов IV-VIII групп, являющихся дорогими и дефицитными продуктами.
Наиболее близким по технической сущности (прототип) к данному изобретению, является водоизолирующий состав, включающий этиловый эфир кремневой кислоты, полярный растворитель, хлорид металла и аэросил [Патент РФ №2319723, МПК C09K 8/506], причем состав содержит 100 масс. частей эфира, 10-50 масс. частей полярного растворителя, 1-5 масс. частей хлоридов металлов IV-VIII групп, используемых в качестве катализаторов и 1-10 масс. частей аэросила.
Содержание в составе полярного растворителя способствует процессу гомогенизации эфира и пластовой воды, хлориды металлов IV-VIII групп применяются в качестве катализаторов, а аэросил выполняет функцию наполнителя, регулирующего вязкость композиции. Авторы трактуют, что применение данного наполнителя особенно актуально при применении в трещиноватых и кавернозно-трещинноватых коллекторах, а также для тампонирования трещин и каналов в заколонном пространстве.
Поскольку данный патент также не содержит в формуле изобретения в составе воду, а также в качестве катализаторов применяются хлориды металлов IV-VIII групп, он содержит все те же недостатки, что и патенты РФ №2144607 и №2174588, а повышенная вязкость состава ограничивает применимость состава в мало- и среднепроницаемых коллекторах.
Задачей изобретения и решаемым при ее выполнении техническим результатом является снижение стоимости и повышение доступности исходных реагентов, обеспечение надежного тампонирования обводненного нефтяного пласта за счет водонаполненного водоизолирующего состава с регулируемым временем его отверждения и повышенными прочностными свойствами тампонажного материала.
Поставленная задача достигается тем, что состав для изоляции водопритока в нефтяных скважинах, включающий кремнийорганическое соединение, полярный растворитель, наполнитель и катализатор, при этом в качестве кремнийорганического соединения взят эфир ортокремниевой кислоты, согласно заявляемому решению, в качестве катализатора содержит водный раствор соляной кислоты, а, в качестве наполнителя - водную дисперсию натриевой соли карбоксиметилцеллюлозы или водную дисперсию поливинилацетата, при этом указанные компоненты состава взяты в следующих соотношениях, масс.ч.:
кремнийорганическое соединение - 100-150;
полярный растворитель - 10-20;
катализатор - 5-20;
наполнитель - 100-150.
При этом в качестве кремнийорганического соединения используют или простые или смешанные или замещенные эфиры ортокремниевой кислоты или их смеси и полупродукты процесса производства данных химических соединений. Наиболее предпочтительно использование этилсиликата-32, или этилсиликата-40, или смолки этилсиликатов и (или) других полупродуктов и отходов производства, содержащих эфиры ортокремниевой кислоты. А в качестве полярного растворителя используют этиловый, метиловый, бутиловый и изопропиловый спирты; кетоны - ацетон; гликоли - триэтиленгликоль, тэтраэтиленгликоль, 1,2-пропиленгликоль, этиленгликоль, диэтиленгликоль, бутиленгликоль, а также любые смеси этих продуктов. Введение полярного растворителя в состав способствует его гомогенизации и позволяет регулировать скорость отверждения композиции.
В качестве катализатора используется водный раствор соляной кислоты.
В качестве наполнителя используется водная дисперсия натриевой соли карбоксиметилцеллюлозы или водная дисперсия поливинилацетата. Ввод указанных соединений в форме 0,1-1% водной дисперсии увеличивает прочность тампонажной массы. Кроме того, указанный наполнитель положительно влияет на стабильность времени гелеобразования.
Весь состав в целом является гидрофильным, что обеспечивает преимущественное закачивание в водонасыщенную зону пласта, и способствует селективности действия композиции.
Отличительными признаками предлагаемого состава от известных водоизолирующих составов являются природа катализатора (соляная кислота) и введение наполнителя - водной дисперсии карбоксиметилцеллюлозы или поливинилацетата.
Примеры конкретного выполнения.
Используемые в опытах реагенты:
Эфиры ортокремневой кислоты: тетраэтоксисилан (ТУ 2435-419-05763441-2003), этилсиликат-32 (ТУ 6-02-895-86), этилсиликат-40 (ГОСТ 26371-84), смолка этилсиликатов (ТУ 6-02-59-81).
Полярные растворители: спирты - этиловый (этанол, ГОСТ 17299-78), бутиловый (бутанол, ГОСТ 6006-78), этиленгликоль (гликоль); кетон - ацетон (ГОСТ 2768-79);
Катализатор: соляная кислота (ГОСТ 857-95).
Наполнители:
Натриевая соль карбоксиметилцеллюлозы (КМЦ) (ТУ 6-55-40-90).
Поливинилацетат (ПВА) (ГОСТ 18992-80). Пресная вода.
Методика выполнения экспериментов.
В колбу с притертой пробкой приливают заданное количество эфира ортокремниевой кислоты, добавляют полярный растворитель и катализатора и все перемешивают, энергично встряхивая колбу. Через 5 минут при перемешивании добавляют водную дисперсию КМЦ или ПВА. Полученную смесь вновь перемешивают и помещают в термостат, где при фиксируемой температуре выдерживают до потери текучести и полного отверждения.
Временем гелеобразования (отверждения) состава считают время с момента начала термостатирования до момента, когда мениск массы при наклоне колбы под углом 45° не смещается.
Водоизолирующую способность состава определяют сравнением показателей проницаемости по воде (и по керосину) при их фильтровании через модельный песчаный керн.
Прочностные свойства на сжатие отвержденного песчаного образца, насыщенного испытываемым составом, определяют по ГОСТ 26798.1-96 через 24 часа выдержки при 20°C и 60°C.
Вся совокупность свойств составов, испытанных по описанной выше методике, при различных компонентных соотношениях приведены в таблице 1.
Как видно из данных таблицы, разработанные составы обладают удовлетворительным временем отверждения, хорошо снижают проницаемость керна по воде и значительно увеличивают прочностные свойства. Также видно, что выход из рекомендуемых интервалов соотношения компонентов не приводит к улучшению исследуемых свойств.
Таким образом, поставленная задача повышения прочностных и технологических свойств водоизолирующего состава достигнута при сохранении всех положительных характеристик состава прототипа.
Полученный состав, отверждаясь в полном объеме за удобное, с технологической точки зрения, время, создает тампонирующую массу, позволяющую надежно перекрыть пути поступления воды в скважину.