Состав для увеличения нефтеотдачи пластов
COMPOSITION FOR ENHANCED OIL RECOVERY

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и может быть использовано для повышения нефтеотдачи низкотемпературных пластов путем изоляции или ограничения водопритока к нефтяным скважинам.
2
Известны составы для повышения нефтеотдачи пластов: состав, содержащий хлорид или нитрат алюминия, карбамид и воду (Пат. РФ №1654554, кл. Е21В 43/22, опубл. 07.06.1991); состав, содержащий соль алюминия, карбамид, неионогенный и/или анионактивный ПАВ и воду (Пат. РФ 2055167, кл. Е21В 43/22, опубл. 27.02.1996); состав, содержащий соль алюминия - хлорид алюминия, карбамид, цеолит натрия и воду (Пат. РФ №2143551, кл. Е21В 43/22, опубл. 27.12.1999). За счет тепловой энергии пласта карбамид постепенно гидролизуется, образуя СО и аммиак, рН раствора увеличивается, происходит гидролиз ионов алюминия, в результате через определенное время во всем объеме раствора практически мгновенно образуется гель. В результате образования геля снижается проницаемость пласта для воды. Однако составы можно использовать только для пластов с температурой выше 60-70°C, кроме того, гели, полученные из этих составов, не обладают достаточной прочностью, что снижает эффективность их применения.
Известны составы для повышения нефтеотдачи и изоляции водопритока к скважинам за счет повышения устойчивости образующегося геля, полученного из растворов, содержащих соли алюминия, карбамид и воду, добавлением в состав водорастворимых полимеров - полиакриламида (Пат. РФ №2076202, кл. Е21В 43/22, опубл. 27.03.1997) и метилцеллюлозы (Пат. РФ №2174592, кл. Е21В 43/22, опубл. 10.10.2001). Однако гелеобразование в этих составах происходит при температурах выше 60-70°С, поэтому невозможно использовать их для низкотемпературных и охлажденных закачкой воды пластов.
Известен состав для повышения нефтеотдачи пластов, содержащий карбамид, соль алюминия (алюминий хлористый или азотнокислый), уротропин и воду (Пат. РФ №2066743, кл. Е21В 43/22, опубл. 20.09.1996). Состав позволяет получить объемный гель гидроксида алюминия при пластовых температурах ниже 60°С. Однако гель обладает недостаточно высокими структурно-механическими свойствами, а также имеет заметно выраженную склонность к синерезису.
Наиболее близким по технической сущности является состав для повышения нефтеотдачи низкотемпературных пластов путем изоляции или ограничения водопритока к нефтяным скважинам, содержащий соль алюминия, карбамид, уротропин, поливиниловый спирт (ПВС), борную кислоту и воду, и способ его приготовления (Пат. РФ №2410406, кл. Е21В 43/22, опубл. 27.01.2011 Бюл. №3). Состав получают путем перемешивания его компонентов с предварительным приготовлением двух растворов - раствора ПВС в воде и раствора остальных компонентов в воде с концентрациями, в два раза превышающими необходимые, и перемешиванием полученных растворов в соотношении 1:1 по массе. Состав позволяет получить объемный гель при низких пластовых температурах. Однако гель обладает недостаточно высокими реологическими свойствами и приростом коэффициента нефтевытеснения.
Задачей предлагаемого изобретения является повышение эффективности состава для увеличения нефтеотдачи пластов с низкой пластовой температурой путем изоляции или ограничения водопритока к нефтяным скважинам за счет улучшения реологических свойств и тампонирующих характеристик геля, образующего водоизолирующий экран, возможности регулировать время гелеобразования состава и увеличения коэффициента нефтевытеснения, особенно для высоко неоднородных, трещиноватых коллекторов.
Технический результат достигается тем, что в состав для повышения нефтеотдачи пластов, включающий соль алюминия, карбамид, уротропин, ПВС, борную кислоту и воду, дополнительно вводят полиолы - многоатомные спирты глицерин, или сорбит, или маннит при следующем соотношении компонентов, % мас.:
соль алюминия (в пересчете на безводную)
2,0-8,0
карбамид
4,0-20,0
уротропин
2,0-8,0
поливиниловый спирт (ПВС)
1,0-5,0
борная кислота
0,5-1,0
полиолы (глицерин, сорбит или маннит)
2,0-20,0
вода
остальное
Полученный состав при закачке в низкотемпературный пласт через определенное время в пласте образует объемный гель с высокими реологическими характеристиками, упругость которого с течением времени увеличивается. Гель блокирует наиболее обводненные высокопроницаемые зоны пласта или трещины, в результате непромытые нефтенасыщенные зоны подключаются к разработке, увеличивается коэффициент нефтевытеснения.
В качестве соли алюминия использовали:
a
b
2
- полигидроксохлорид алюминия АКВА-АУРАТ 30 (АА-30), химическая формула -Al(ОН)Cl⋅nHO, где а+b=3, при а≥1,3. Полиоксихлорид алюминия Аква-Аурат 30 выпускается ОАО «АУРАТ» по ТУ 6-09-05-1456-96, представляет собой кристаллический порошок желтоватого цвета. Применяется для очистки питьевой воды, промышленных и бытовых сточных вод и др.
- РАС AC/100S производства КНР, представляет собой кристаллический порошок желтоватого цвета.
2
2
Карбамид выпускается по ГОСТ 2081-2010, представляет собой гранулы белого цвета, хорошо растворимые в воде. Химическая формула - CO(NH).
6
12
4
Уротропин выпускается по ГОСТ 1381-73, представляет собой белое кристаллическое вещество. Химическая формула - CHN.
2
4
х
Поливиниловый спирт (ПВС) марки 1399 производства КНР, представляет собой гранулы белого цвета. Химическая формула - (CHO).
3
3
Борная кислота выпускается по ГОСТ656-75, представляет собой кристаллический порошок белого цвета. Химическая формула НВО.
3
5
3
Глицерин - многоатомный спирт с тремя атомами углерода. Для приготовления составов можно использовать глицерин дистиллированный и глицерин технический. Глицерин дистиллированный выпускается по ГОСТ 6259-75, представляет собой густую, бесцветную, прозрачную гигроскопическую жидкость, смешивается с водой в любых соотношениях. Химическая формула СН(ОН). Глицерин технический - отход получения биотоплив с содержанием глицерина 80-96% мас.
2
4
2
Сорбит - многоатомный спирт с шестью атомами углерода, производства КНР. Представляет собой бесцветные кристаллы сладкого вкуса. Химическая формула НОСН(СНОН)СНОН.
2
4
2
6
14
6
6
8
6
Маннит - органическое соединение, многоатомный спирт с шестью атомами углерода, производства КНР. Маннит представляет собой кристаллический негигроскопичный порошок без цвета и запаха, сладковатый на вкус. Химическая формула CHOH(СНОН)СНОН или СНО, или СН(ОН).
Все реагенты являются доступными на рынке Российской Федерации и экологически безопасными продуктами многотоннажного промышленного производства.
В качестве показателей физико-химических и реологических характеристик предлагаемого состава и полученных гелей использовали значения плотности, водородного показателя рН, вязкости, модуля упругости (модуль Юнга) и предельного напряжения сдвига (предела текучести). Плотность состава определяли пикнометрическим методом при температуре 20-25°С. Значения рН растворов предлагаемого состава получали потенциометрическим методом с применением стеклянного электрода с использованием микропроцессорного лабораторного рН-метра производства HANNA Instruments. Измерение вязкости растворов и гелей проводили с использованием вибрационного вискозиметра с камертонным датчиком «Реокинетика». В качестве калибровочной жидкости использовали дистиллированную воду. Предел текучести гелей определяли с помощью ротационного вискозиметра Реометра HAAKE Viscotester iQ.
Определение модуля упругости гелей проводили на основании диаграмм «напряжение -деформация», полученных в квазистатическом режиме сжатия цилиндрических образцов. Использовали оригинальную аппаратуру на базе микрометра и электронных весов. Модуль упругости рассчитывали как тангенс угла наклона начального линейного участка зависимости напряжения сжатия от величины деформации, для которого соблюдается закон Гука.
Введение в предлагаемый состав полиолов влияет на кинетику и механизм процесса гелеобразования, улучшает физико-химические и реологические свойства растворов и гелей, тампонирующую и нефтевытесняющую способность предлагаемого состава, особенно для изоляции или ограничения водопритока высоко неоднородных, трещиноватых низкотемпературных коллекторов.
2
6
4
2
4
Последовательность реакций образования геля в предлагаемом составе при низкой температуре следующая. Уротропин (СН)N гидролизуется по реакции (1) с образованием формальдегида СНО и гидроксида аммония NHOH:
2
2
Карбамид NH-CO-NH реагирует с формальдегидом, образуя растворимую карбамидоформальдегидную смолу линейной структуры:
При этом кислая среда катализирует реакции (1) и (2).
В результате связывания формальдегида карбамидом равновесие реакции гидролиза уротропина смещается вправо, то есть его степень гидролиза увеличивается в присутствии карбамида и с увеличением его концентрации, при этом увеличивается количество гидроксида аммония, который реагирует с солью алюминия и образует необратимый неорганический гель гидроксида алюминия и растворимую соль хлорида аммония:
В зависимости от концентрации уротропина, при его гидролизе увеличивается рН состава после термостатирования при температуре 20-30°С до порогового значения 5-6 ед. рН, что приводит к образованию геля гидроксида алюминия. При этом растворимая карбамидоформальдегидная смола увеличивает прочность геля гидроксида алюминия.
Через определенное время, внутри неорганического геля образуется обратимый полимерный гель на основе ПВС за счет обратимого фазового перехода и комплексообразования с борной кислотой. В результате после закачки в пласт предлагаемого состава непосредственно в пласте образуется связнодисперсная наноразмерная структура типа «гель в геле».
-6
-3
-1
Введение в предлагаемый состав полиолов влияет на скорость и равновесие реакций (1), (2) и (3). При взаимодействии слабой борной кислоты и многоатомных спиртов (глицерина, сорбита и маннита) образуются сильные комплексные кислоты - глицеринборная, сорбитборная и маннитборная. При увеличении концентрации полиолов значения рН растворов полиолборной кислоты в зависимости от ее концентрации монотонно снижаются, в интервале от 5.9 до 0.8 ед. рН. Значения рН в растворах сорбитборной и маннитборной кислот существенно ниже, чем в растворах глицеринборной кислоты, так как сорбитборная и маннитборная кислоты значительно сильнее глицеринборной кислоты. Так, концентрационные константы ионизации глицеринборной и сорбитборной кислот Kd равны 7.1⋅10 и 3.2⋅10 моль⋅л, соответственно. При взаимодействии борной кислоты и полиолов с образованием комплексной полиолборной кислоты значение рН 1%-ного раствора борной кислоты при увеличении концентрации многоатомных спиртов снижается от 5.9 ед. рН до 1.7-2.7 ед. рН, фиг. 1.
Изменяя вид и концентрацию полиола, можно регулировать время гелеобразования предлагаемого состава. Так как скорость и равновесие реакций (1), (2) и (3) зависят от рН среды, то изменяя рН, можно как снижать, так и увеличивать время гелеобразования состава.
Так как кислая среда катализирует реакции (1) и (2), при снижении рН равновесие в этих реакциях при определенных соотношениях уротропина и полиола может смещаться вправо, в сторону образования продуктов реакции. Так, для состава, содержащего 1% мас. борной кислоты, 6% мас. АА-30, 8% мас. карбамида и 6% мас. уротропина и 1-5% мас. ПВС при добавлении 10 и 20% мас. глицерина равновесие реакций (1) и (2) смещается вправо, в сторону образования продуктов реакции, что отражается в увеличении вязкости гелей (вязкость гелей при добавлении полиолов увеличивается при одинаковой концентрации ПВС в 1.5-2.2 раза, (фиг. 2), скорость реакций (1) и (2) также увеличивается. Это приводит к тому, что время гелеобразования с увеличением концентрации полиолов в составе снижается в 1.2-1.4 раза (фиг. 3). На фиг. 2-4 составы с концентрацией полиола, равной нулю (0), соответствуют составам по прототипу.
При добавлении сорбита, который образует сорбитборную кислоту, значительно более сильную, чем глицеринборная кислота, рН раствора снижается сильнее, и теперь имеются два конкурирующие процесса - с одной стороны, скорость реакций (1) и (2) увеличивается, с другой - часть гидроксида аммония, образующегося по реакции (1), должна тратиться на нейтрализацию полиолборной кислоты, а затем уже на образование неорганического геля гидроксида алюминия по реакции (3), что приводит к смещению равновесия влево и замедлению процесса гелеобразования. Суммарная скорость процесса гелеобразования определяется видом полиола и его концентрацией. Так, при добавлении 5% мас. сорбита к рассматриваемому выше составу, содержащему 1% мас. борной кислоты, 6% мас. АА-30, 8% мас. карбамида, 6% мас. уротропина и 1-5% мас. ПВС, равновесие реакций (1) и (2) смещается влево, в результате время гелеобразования повышается в 1.4-1.75 раза при одинаковой концентрации ПВС (фиг. 3). Таким образом, изменяя вид и концентрацию полиола, можно регулировать время гелеобразования предлагаемого состава.
Кроме того, полиолы влияют на структуру воды в предлагаемом составе. Гидратация полиолов приводит к тому, что часть воды переходит в связанное состояние, «свободной» воды остается меньше, что аналогично эффекту концентрирования состава, в результате гелеобразование происходит при более низких концентрациях реагентов в составе. Так, в прототипе гель образуется через 3 часа при концентрации ПВС 3% мас, в предлагаемом составе с 10% мас. глицерина гель образуется через 3 часа при концентрации ПВС 2% мас., с 20% мас. глицерина - при концентрации ПВС 1% мас. (фиг.3а).
Гели обладают пространственной структурой, способной сопротивляться сдвигающему напряжению, пока его величина не превысит значение критического (предельного) напряжения сдвига. Затем происходит разрушение структуры геля. Для гелей, полученных из составов по прототипу, без полиолов, предельное напряжение сдвига при концентрации ПВС от 1 до 5% мас. находится в интервале от 214 до 1435 Па. Предельное напряжение сдвига гелей, полученных из предлагаемых составов с добавлением полиолов, при тех же концентрациях ПВС находится в интервале от 271 до 2128 Па, то есть увеличивается в 1.3-1.5 раза, фиг. 4, а.
На основании диаграмм «напряжение - деформация» для гелей, полученных из растворов для прототипа, содержащего ПВС с концентрациями от 0 до 3% мас, 1% мас. борной кислоты, 6% мас. АА-30, 8% мас. карбамида, 6% мас. уротропина, и предлагаемого состава, в который добавлен глицерин с концентрациями 0, 10 и 20% мас., были рассчитаны значения модулей упругости гелей (фиг.4 б). При увеличении концентрации полиола в гелеобразующем составе модуль упругости гелей повышается в 1.4-1.9 раза, (фиг.4 б). При этом с течением времени упругость гелей, полученных из предлагаемого состава, возрастает, и для состава с концентрацией ПВС 3% мас., 10 и 20% мас. глицерина через 5 суток достигает значения 307.2 и 315.3 кПа, соответственно, примеры 11, 12.
Таким образом, добавление полиолов влияет на скорость и равновесие реакций, обеспечивающих гелеобразование в предлагаемом составе, что позволяет регулировать время гелеобразования состава и получать гели при более низких концентрациях реагентов. Экспериментальные исследования реологических и упругих свойств комбинированных наноразмерных структур типа «гель в геле», полученных из предлагаемого состава, показали, что по сравнению с гелями, полученными из прототипа, они имеют более высокие значения вязкости (выше в 1.2-4.1 раза) и упругости (максимально в 1.4-1.9 раза).
Добавление полиолов приводит к снижению температуры потери текучести предлагаемого состава, увеличению его плотности и вязкости, таблица 1.
Приводим примеры конкретных составов.
Пример 1. По прототипу. К 310.0 г пресной воды добавляют 10.0 г борной кислоты, 40.0 г уротропина, 60.0 г полигидроксохлорида алюминия АКВА-АУРАТ 30 (АА-30) и 80.0 г карбамида. Перемешивают и затем к однородному раствору добавляют 500.0 г раствора ПВС с концентрацией 4.0% мас. После тщательного перемешивания получают 1000.0 г состава, содержащего 2.0% мас. ПВС, 1.0% мас. борной кислоты, 6.0% мас. полигидроксохлорида алюминия АКВА-АУРАТ 30 (в пересчете на безводный концентрация алюминия хлористого составляет 4.7% мас.), 8.0% мас. карбамида, 4.0% мас. уротропина и 79.0% мас. воды. Состав выдерживают при температуре 23°С. Время образования геля составляет 10.7 часов. Результаты исследований физико-химических и реологических свойств состава и полученного геля приведены в таблице 1.
Пример 2. К 264.8 г пресной воды добавляют 50.0 г маннита, 5.0 г борной кислоты, 80.0 г уротропина, 102.0 г полигидроксохлорида алюминия АКВА-АУРАТ 30 (АА-30) и 200.0 г карбамида. Перемешивают и затем добавляют 300.0 г раствора ПВС с концентрацией 10.0% мас. После тщательного перемешивания получают 1000.0 г состава, содержащего 3.0% мас. ПВС, 0.5% мас. борной кислоты, 10.2% мас. полигидроксохлорида алюминия АКВА-АУРАТ 30 (в пересчете на безводный концентрация алюминия хлористого составляет 8.0% мас.), 20.0% мас. карбамида, 8.0% мас. уротропина, 5.0% мас. маннита и 53.3% мас. воды. Состав выдерживают при температуре 23°С. Результаты исследований физико-химических и реологических свойств состава и полученного геля приведены в таблице 1.
Пример 3. К 50.0 г пресной воды добавляют 200.0 г глицерина, 10.0 г борной кислоты, 40.0 г уротропина, 60.0 г полигидроксохлорида алюминия АКВА-АУРАТ 30 (АА-30) и 140.0 г карбамида. Перемешивают и затем добавляют 500.0 г раствора ПВС с концентрацией 10.0% мас. После тщательного перемешивания получают 1000.0 г состава, содержащего 5.0% мас. ПВС, 1.0% мас. борной кислоты, 6.0% мас. полигидроксохлорида алюминия АКВА-АУРАТ 30 (в пересчете на безводный концентрация алюминия хлористого составляет 4.7% мас.), 14.0% мас. карбамида, 4.0% мас. уротропина, 20.0% мас. глицерина и 50.0% мас. воды. Состав выдерживают при температуре 23°С. Время образования геля составляет 6.8 часов. Результаты исследований физико-химических и реологических свойств состава и полученного геля приведены в таблице 1.
Пример 4. 20.0 г маннита, 10.0 г борной кислоты, 80.0 г уротропина, 60.0 г полигидроксохлорида алюминия АКВА-АУРАТ 30 (АА-30) и 140.0 г карбамида добавляют к 390.0 г пресной воды. Перемешивают и затем добавляют 300.0 г раствора ПВС с концентрацией 10.0% мас. После тщательного перемешивания получают 1000.0 г состава, содержащего 3.0% мас. ПВС, 1.0% мас. борной кислоты, 6.0% мас. полигидроксохлорида алюминия АКВА-АУРАТ 30 (в пересчете на безводный концентрация алюминия хлористого составляет 4.7% мас.), 14.0% мас. карбамида, 8.0% мас. уротропина, 2.0% мас. маннита и 66.0% мас. воды. Состав выдерживают при температуре 23°С. Результаты исследований физико-химических и реологических свойств состава и полученного геля приведены в таблице 1.
Пример 5. К 310.0 г пресной воды добавляют 200.0 г глицерина, 10.0 г борной кислоты, 40.0 г уротропина, 60.0 г полигидроксохлорида алюминия АКВА-АУРАТ 30 (АА-30) и 80.0 г карбамида. Перемешивают и затем добавляют 300.0 г раствора ПВС с концентрацией 10.0% мас. После тщательного перемешивания получают 1000.0 г состава, содержащего 3.0% мас. ПВС, 1.0% мас. борной кислоты, 6.0% мас. полигидроксохлорида алюминия АКВА-АУРАТ 30 (в пересчете на безводный концентрация алюминия хлористого составляет 4.7% мас.), 8.0% мас. карбамида, 4.0% мас. уротропина, 20.0% мас. глицерина и 58.0% мас. воды. Состав выдерживают при температуре 23°С. Время образования геля составляет 12 часов. Результаты исследований физико-химических и реологических свойств состава и полученного геля приведены в таблице 1.
Пример 6. 200.0 г глицерина, 10.0 г борной кислоты, 60.0 г уротропина, 60.0 г полигидроксохлорида алюминия АКВА-АУРАТ 30 (АА-30) и 80.0 г карбамида добавляют к 490.0 г пресной воды. Перемешивают и затем добавляют 100.0 г раствора ПВС с концентрацией 10.0% мас. После тщательного перемешивания получают 1000.0 г состава, содержащего 1.0% мас. ПВС, 1.0% мас. борной кислоты, 6.0% мас. полигидроксохлорида алюминия АКВА-АУРАТ 30 (в пересчете на безводный концентрация алюминия хлористого составляет 4.7% мас.), 8.0% мас. карбамида, 6.0% мас. уротропина, 20.0% мас. глицерина и 58.0% мас. воды. Состав выдерживают при температуре 23°С. Время образования геля составляет 3.5 часа. Результаты исследований физико-химических и реологических свойств состава и полученного геля приведены в таблице 1.
Пример 7. К 390.0 г пресной воды добавляют 20.0 г маннита, 10.0 г борной кислоты, 80.0 г уротропина, 60.0 г полигидроксохлорида алюминия АКВА-АУРАТ 30 (АА-30) и 140.0 г карбамида. Перемешивают и затем добавляют 300.0 г раствора ПВС с концентрацией 10.0% мас. После тщательного перемешивания получают 1000.0 г состава, содержащего 3.0% мас. ПВС, 1.0% мас. борной кислоты, 6.0% мас. полигидроксохлорида алюминия АКВА-АУРАТ 30 (в пересчете на безводный концентрация алюминия хлористого составляет 4.7% мас.), 14.0% мас. карбамида, 8.0% мас. уротропина, 2.0% мас. маннита и 66.0% мас. воды. Состав выдерживают при температуре 23°С. Результаты исследований физико-химических и реологических свойств состава и полученного геля приведены в таблице 1.
Пример 8. 50.0 г сорбита, 10.0 г борной кислоты, 40.0 г уротропина, 60.0 г РАС AC/100S и 80.0 г карбамида добавляют к 560.0 г пресной воды. Перемешивают и затем добавляют 200.0 г раствора ПВС с концентрацией 10.0% мас. После тщательного перемешивания получают 1000.0 г состава, содержащего 2.0% мас. ПВС, 1.0% мас. борной кислоты, 6.0% мас. РАС AC/100S (в пересчете на безводный концентрация алюминия хлористого составляет 4.7% мас.), 8.0% мас. карбамида, 4.0% мас. уротропина, 5.0% мас. сорбита и 74.0% мас. воды. Состав выдерживают при температуре 23°С. Время образования геля составляет 10.7 часов. Результаты исследований физико-химических и реологических свойств состава и полученного геля приведены в таблице 1.
Пример 9. 50.0 г сорбита, 10.0 г борной кислоты, 80.0 г уротропина, 60.0 г полигидроксохлорида алюминия АКВА-АУРАТ 30 (АА-30) и 80.0 г карбамида добавляют к 420.0 г пресной воды. Перемешивают и затем добавляют 300.0 г раствора ПВС с концентрацией 10.0% мас. После тщательного перемешивания получают 1000.0 г состава, содержащего 3.0% мас. ПВС, 1.0% мас. борной кислоты, 6.0% мас. полигидроксохлорида алюминия АКВА-АУРАТ 30 (в пересчете на безводный концентрация алюминия хлористого составляет 4.7% мас.), 8.0% мас. карбамида, 8.0% мас. уротропина, 5.0% мас. сорбита и 69.0% мас. воды. Состав выдерживают при температуре 23°С. Результаты исследований физико-химических и реологических свойств состава и полученного геля приведены в таблице 1.
Пример 10. К 164.0 г пресной воды добавляют 200.0 г глицерина, 10.0 г борной кислоты, 60.0 г уротропина, 26.0 г полигидроксохлорида алюминия АКВА-АУРАТ 30 (АА-30) и 40.0 г карбамида. Перемешивают и затем добавляют 500.0 г раствора ПВС с концентрацией 4.0% мас. После тщательного перемешивания получают 1000.0 г состава, содержащего 2.0% мас. ПВС, 1.0% мас. борной кислоты, 2.6% мас. полигидроксохлорида алюминия АКВА-АУРАТ 30 (в пересчете на безводный концентрация алюминия хлористого составляет 2.0% мас.), 4.0% мас. карбамида, 6.0% мас. уротропина, 20.0% мас. глицерина и 64.4% мас. воды. Состав выдерживают при температуре 23°С. Результаты исследований физико-химических и реологических свойств состава и полученного геля приведены в таблице 1.
Пример 11. 100.0 г глицерина, 10.0 г борной кислоты, 60.0 г уротропина, 60.0 г полигидроксохлорида алюминия АКВА-АУРАТ 30 (АА-30)и 80.0 г карбамида добавляют к 390.0 г пресной воды. Перемешивают и затем добавляют 300.0 г раствора ПВС с концентрацией 10.0% мас. После тщательного перемешивания получают 1000.0 г состава, содержащего 3.0% мас. ПВС, 1.0% мас. борной кислоты, 6.0% мас. полигидроксохлорида алюминия АКВА-АУРАТ 30 (АА-30) (в пересчете на безводный концентрация алюминия хлористого составляет 4.7% мас.), 8.0% мас. карбамида, 6.0% мас. уротропина, 10.0% мас. глицерина и 66.0% мас. воды. Состав выдерживают при температуре 23°С. Время образования геля составляет 1.75 часа. Результаты исследований физико-химических и реологических свойств состава и полученного геля приведены в таблице 1.
Пример 12. 200.0 г глицерина, 10.0 г борной кислоты, 60.0 г уротропина, 60.0 г полигидроксохлорида алюминия АКВА-АУРАТ 30 (АА-30) и 80.0 г карбамида добавляют к 290.0 г пресной воды. Перемешивают и затем добавляют 300.0 г раствора ПВС с концентрацией 10.0% мас. После тщательного перемешивания получают 1000.0 г состава, содержащего 3.0% мас. ПВС, 1.0% мас. борной кислоты, 6.0% мас. полигидроксохлорида алюминия АКВА-АУРАТ 30 (в пересчете на безводный концентрация алюминия хлористого составляет 4.7% мас.), 8.0% мас. карбамида, 6.0% мас. уротропина, 20.0% мас. глицерина и 56.0% мас. воды. Состав выдерживают при температуре 23°С. Время образования геля составляет 2 часа. Результаты исследований физико-химических и реологических свойств состава и полученного геля приведены в таблице 1.
Пример 13. 50.0 г сорбита, 10.0 г борной кислоты, 60.0 г уротропина, 60.0 г РАС AC/100S и 80.0 г карбамида добавляют к 240.0 г пресной воды. Перемешивают и затем добавляют 500.0 г раствора ПВС с концентрацией 6.0% мас. После тщательного перемешивания получают 1000.0 г состава, содержащего 3.0% мас. ПВС, 1.0% мас. борной кислоты, 6.0% мас. РАС AC/100S (в пересчете на безводный концентрация алюминия хлористого составляет 4.7% мас.), 8.0% мас. карбамида, 6.0% мас. уротропина, 5.0% мас. сорбита и 71.0% мас. воды. Состав выдерживают при температуре 23°С. Время образования геля составляет 4.65 часа. Результаты исследований физико-химических и реологических свойств состава и полученного геля приведены в таблице 1.
Пример 14. 200.0 г глицерина, 10.0 г борной кислоты, 20.0 г уротропина, 60.0 г полигидроксохлорида алюминия АКВА-АУРАТ 30 (АА-30) и 200.0 г карбамида добавляют к 310.0 г пресной воды. Перемешивают и затем добавляют 200.0 г раствора ПВС с концентрацией 10.0% мас. После тщательного перемешивания получают 1000.0 г состава, содержащего 2.0% мас. ПВС, 1.0% мас. борной кислоты, 6.0% мас. полигидроксохлорида алюминия АКВА-АУРАТ 30 (в пересчете на безводный концентрация алюминия хлористого составляет 4.7% мас.), 20.0% мас. карбамида, 2.0% мас. уротропина, 20.0% мас. глицерина и 49.0% мас. воды. Состав выдерживают при температуре 23°С. Время образования геля составляет 52 часа. Результаты исследований физико-химических и реологических свойств состава и полученного геля приведены в таблице 1.
Пример 15. 50.0 г сорбита, 10.0 г борной кислоты, 80.0 г уротропина, 60.0 г полигидроксохлорида алюминия АКВА-АУРАТ 30 (АА-30) и 200.0 г карбамида добавляют к 300.0 г пресной воды. Перемешивают и затем добавляют 300.0 г раствора ПВС с концентрацией 10.0% мас. После тщательного перемешивания получают 1000.0 г состава, содержащего 3.0% мас. ПВС, 1.0% мас. борной кислоты, 6.0% мас. полигидроксохлорида алюминия АКВА-АУРАТ 30 (АА-30) (в пересчете на безводный концентрация алюминия хлористого составляет 4.7% мас.), 20.0% мас. карбамида, 8.0% мас. уротропина, 5.0% мас. сорбита и 57.0% мас. воды. Состав выдерживают при температуре 23°С. Время образования геля составляет 1 час.Результаты исследований физико-химических и реологических свойств состава и полученного геля приведены в таблице 1.
Пример 16. 200.0 г глицерина, 10.0 г борной кислоты, 40.0 г уротропина, 60.0 г полигидроксохлорида алюминия АКВА-АУРАТ 30 (АА-30) и 80.0 г карбамида добавляют к 110.0 г пресной воды. Перемешивают и затем добавляют 500.0 г раствора ПВС с концентрацией 10.0% мас. После тщательного перемешивания получают 1000.0 г состава, содержащего 5.0% мас. ПВС, 1.0% мас. борной кислоты, 6.0% мас. полигидроксохлорида алюминия АКВА-АУРАТ 30 (в пересчете на безводный концентрация алюминия хлористого составляет 4.7% мас.), 8.0% мас. карбамида, 4.0% мас. уротропина, 20.0% мас. глицерина и 56.0% мас. воды. Состав выдерживают при температуре 23°С. Время образования геля составляет 9 часов. Результаты исследований физико-химических и реологических свойств состава и полученного геля приведены в таблице 1.
Пример 17. 50.0 г сорбита, 10.0 г борной кислоты, 40.0 г уротропина, 60.0 г полигидроксохлорида алюминия АКВА-АУРАТ 30 (АА-30) и 200.0 г карбамида добавляют к 340.0 г пресной воды. Перемешивают и затем добавляют 300.0 г раствора ПВС с концентрацией 10.0% мас.. После тщательного перемешивания получают 1000.0 г состава, содержащего 3.0% мас. ПВС, 1.0% мас. борной кислоты, 6.0% мас. полигидроксохлорида алюминия АКВА-АУРАТ 30 (АА-30) (в пересчете на безводный концентрация алюминия хлористого составляет 4.7% мас.), 20.0% мас. карбамида, 4.0% мас. уротропина, 5.0% мас. сорбита и 61.0% мас. воды. Состав выдерживают при температуре 23°С. Результаты исследований физико-химических и реологических свойств состава и полученного геля приведены в таблице 1.
Пример 18. 20.0 г маннита, 10.0 г борной кислоты, 60.0 г уротропина, 60.0 г полигидроксохлорида алюминия АКВА-АУРАТ 30 (АА-30) и 140.0 г карбамида добавляют к 210.0 г пресной воды. Перемешивают и затем добавляют 500.0 г раствора ПВС с концентрацией 6.0% мас. После тщательного перемешивания получают 1000.0 г состава, содержащего 3.0% мас. ПВС, 1.0% мас. борной кислоты, 6.0% мас. полигидроксохлорида алюминия АКВА-АУРАТ 30 (в пересчете на безводный концентрация алюминия хлористого составляет 4.7% мас.), 14.0% мас. карбамида, 6.0% мас. уротропина, 2.0% мас. маннита и 68.0% мас. воды. Состав выдерживают при температуре 23°С. Результаты исследований физико-химических и реологических свойств состава и полученного геля приведены в таблице 1.
3
Лабораторные исследования фильтрационных характеристик и нефтевытесняющей способности предлагаемого состава для повышения нефтеотдачи и ограничения водопритока проводили на установке по изучению фильтрационных характеристик (производство ООО «КАТАКОН», Россия), состоящей из двух параллельных колонок, объемом 125 см.
3
2
При исследовании фильтрационных характеристик и нефтевытесняющей способности составов использовали насыпные модели пласта, приготовленные из дезинтегрированного кернового материала Усинского месторождения, модель пластовой воды Усинского месторождения с минерализацией 62.1-74.7 г/дм и дегазированную нефть Усинского месторождения (термостабилизированная нефть с добавлением 30% керосина). Проницаемость моделей находилась в пределах от 0.447 до 3.343 мкм, проницаемость параллельных колонок различалась в 1.02-2.84 раза. Время термостатирования было подобрано с учетом кинетики образования геля в «свободном объеме» и составляло 12-24 часа, противодавление - 2 МПа.
2
в
Эффективность применения гелеобразующих составов изучали в процессе вытеснения остаточной нефти водой из двух параллельных колонок с различной проницаемостью. Исследование влияния гелеобразующего состава на процесс вытеснения нефти проводили следующим образом. Сначала осуществляли вытеснение нефти водой до полной обводненности продукции из обеих колонок при температуре 17-27°С. Каждые 5-15 минут замеряли температуру, давления на входе и выходе из колонок, объемы вытесненной нефти и воды из каждой колонки. По полученным данным рассчитывали градиент давления grad Р, атм/м, скорость фильтрации V, м/сут, подвижность жидкостей κ/μ, мкм/(мПа⋅с) и коэффициент вытеснения нефти водой К, %. После вытеснения нефти водой одновременно в обе колонки закачивали оторочку гелеобразующего состава, продвигали на заданное расстояние водой и термостатировали определенное время для образования геля. Затем продолжали нагнетание воды. Измерение указанных выше параметров - температуры, давления на входе и выходе, объемов вытесненной нефти и воды из каждой колонки - производили постоянно, каждые 5-15 минут. Кроме того, определяли рН жидкости на выходе из колонок и концентрацию карбамида, входящего в состав композиции. По полученным данным рассчитывали градиент давления, скорость фильтрации, подвижность жидкостей, абсолютный коэффициент вытеснения нефти - составом и водой.
Экспериментальные исследования фильтрационных характеристик и нефтевытесняющей способности предлагаемого наноструктурированного низкотемпературного гелеобразующего состава на неоднородных моделях пласта в условиях, моделирующих пластовые пермо-карбоновой залежи Усинского месторождения, при естественном режиме эксплуатации (17-27°С) показали, что его использование приводит к перераспределению (выравниванию) фильтрационных потоков и приросту коэффициента нефтевытеснения, особенно значительному в более низко проницаемых моделях пласта - до 50.8-52.4%, (табл. 2). О перераспределении (выравнивании) фильтрационных потоков свидетельствует изменение отношения подвижностей жидкости в колонках неоднородных моделей пласта (табл. 2), максимально от 1240:1 до 1.0:1.2.
В качестве примеров на фиг. 5, 6 приведены результаты влияния закачки предлагаемого низкотемпературного гелеобразующего состава на фильтрационные характеристики и коэффициент нефтевытеснения модели неоднородного пласта (табл. 2). После закачки предлагаемого состава 5 (№2, табл. 2), содержащего 3.0% мас. ПВС, 1.0% мас. борной кислоты, 6.0% мас. АА-30, 8.0% мас. карбамида, 4.0% уротропина, 20.0% мас. глицерина и 58.0% мас. воды, фиг. 5, в модели пласта в условиях, моделирующих доотмыв остаточной нефти в скважине пермо-карбоновой залежи Усинского месторождения, при 17°С образуется блокирующий экран, выдерживающий перепад давления больше 60-80 атм/м. При фильтрации жидкости после образования геля в модели пласта наблюдалось выравнивание профиля притока и увеличение коэффициента нефтевытеснения по 1-й и 2-й колонкам на 23.1 и 52.4%, соответственно, что существенно больше, чем по прототипу.
После закачки предлагаемого состава 8 (№3, табл. 2), содержащего 2.0% мас. ПВС, 1.0% мас. борной кислоты, 6.0% мас. РАС AC/100S, 8.0% мас. карбамида, 4.0% уротропина и 5.0% мас. сорбита и 74.0% мас. воды, фиг. 6, в модели пласта в условиях, моделирующих доотмыв остаточной нефти в скважине пермо-карбоновой залежи Усинского месторождения, при 27°С образуется блокирующий экран, выдерживающий перепад давления больше 60-113.5 атм/м. При фильтрации жидкости после образования геля в модели пласта наблюдалось выравнивание профиля притока и увеличение коэффициента нефтевытеснения по 1-й и 2-й колонкам на 16.95 и 50.8%, соответственно, что существенно больше, чем по прототипу.
В среднем по всем моделям увеличение коэффициента нефтевытеснения по 1-й и 2-й колонкам составило 13.9 и 35.4%, соответственно, что в 2.5-3.1 раза больше, чем по прототипу (5.6 и 11.3%). При этом максимальные давления, которые выдерживал блокирующий экран, составляли 75-116 атм, что в 2.1-2.9 раза выше, чем у прототипа.
По результатам лабораторных исследований, при проведении экспериментов по вытеснению нефти на двух параллельных колонках с разной проницаемостью, с общим входом и раздельным выходом, при использовании предлагаемого гелеобразующего состава зафиксировано не только общее увеличение коэффициента вытеснения нефти в модели, но и выявлена связь начальной проницаемости колонок с приростом коэффициента вытеснения нефти, (фиг. 7): зависимость линейная, с величиной достоверности апроксимации 0.9214.
Для более проницаемых моделей прирост коэффициента нефтевытеснения существенно увеличивается, что позволяет предположить высокую эффективность применения предлагаемого состава при наличии высокопроницаемых разломов, трещин и промытых каналов. Поэтому предполагается применения данного состава на холодных добывающих и нагнетательных скважинах со сложным геологическим строением пласта, наличием высокопроницаемых разломов и трещин.
Таким образом, из результатов экспериментальных исследований, представленных в таблице 1 и примерах, следует, что добавление полиолов, влияющих на скорость и равновесие реакций, обеспечивающих гелеобразование в предлагаемом составе, позволяет регулировать время гелеобразования состава и получать гели при более низких концентрациях реагентов, приводит к снижению температуры потери текучести предлагаемого состава, увеличению его плотности и вязкости. Изменяя вид и концентрацию полиола, можно регулировать время гелеобразования предлагаемого состава - снижать или увеличивать время гелеобразования в 1.2 - 2.2 раза.
Гели, полученные из предлагаемого состава, по сравнению с гелями, полученными из прототипа, имеют улучшенные реологические свойства - более высокие значения вязкости (выше в 1.2-4.1 раза) и упругости (больше максимально в 1.4-1.9 раза). Предельное напряжение сдвига гелей, полученных из предлагаемых составов с добавлением полиолов при тех же концентрациях ПВС, увеличивается в 1.3-1.5 раза.
В результате исследований фильтрационных характеристик и проведенных расчетов было установлено, что увеличение коэффициента нефтевытеснения в среднем по всем моделям в 2.5-3.1 раза больше, чем по прототипу (по предлагаемому составу - 13.9 и 35.4%, по прототипу 5.6 и 11.3%), при этом максимальные давления, которые выдерживал блокирующий экран, составляли 75-116 атм, что в 2.1-2.9 раза выше, чем у прототипа. Использование предлагаемого состава позволяет добиться более эффективного ограничения водопритока, увеличения охвата пласта заводнением и повышения нефтеотдачи пластов с низкой температурой за счет улучшения вязкоупругих свойств и тампонирующих характеристик геля, образующего водоизолирующий экран.
Кроме того, установлено, что прирост коэффициента вытеснения нефти линейно увеличивается с ростом начальной проницаемости колонок и модели в целом (с величиной достоверности апроксимации 0.9214). То есть для более проницаемых моделей прирост коэффициента нефтевытеснения существенно увеличивается, что позволяет предположить высокую эффективность применения предлагаемого состава при наличии высокопроницаемых разломов, трещин и промытых каналов. Поэтому предполагается применения данного состава на холодных добывающих и нагнетательных скважинах со сложным геологическим строением пласта, наличием высокопроницаемых разломов и трещин.
Добавление полиолов приводит к повышению эффективности состава для увеличения нефтеотдачи пластов с низкой температурой путем изоляции или ограничения водопритока к нефтяным скважинам, за счет улучшения реологических свойств и тампонирующих характеристик геля, образующего водоизолирующий экран, возможности регулировать время гелеобразования состава, а также увеличения коэффициента нефтевытеснения, особенно для высоко неоднородных, трещиноватых коллекторов.
Предлагаемый состав с улучшенными структурно-механическими свойствами перспективен для образования отклоняющих экранов в нефтяных пластах, перераспределения фильтрационных потоков, увеличения нефтеотдачи и ограничения водопритока, а также для гидроизоляции подземных выработок и гидротехнических сооружений.