СОСТАВ МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНОГО РЕАГЕНТА ДЛЯ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ МЕДОТОВ УВЕЛИЧЕНИЯ НЕФТЕОТДАЧИ (МУН)
COMPOSITION OF MULTI-FUNCTIONAL REAGENT FOR PHYSICAL AND CHEMICAL ADVANCED RECOVERY METHODS (ARM)

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к составам для разработки обводненной нефтяной залежи в неоднородном терригенном коллекторе заводнением.
Известен способ разработки нефтяного месторождения путем закачки в нефтяной пласт гелеобразующего состава на основе солей алюминия и карбамида, причем в качестве солей алюминия используются жидкие алюмосодержащие отходы при следующих соотношениях, масс.%: жидкие алюмосодержащие отходы 20,0-75,0; карбамид 15,0-50,0; вода остальное [Алтунина Л.К., Кувшинов В.А., Стасьева Л.А. Способ разработки нефтяного месторождения. Патент РФ №2120544 (E21B 43/22), опубликован 20.10.1998. - аналог].
Недостатком известного способа является нестабильность качества получаемого геля из-за неоднородности применяемых алюмосодержащих отходов, а также применение высоких концентраций реагентов.
Известен состав для изоляции водопритока к скважинам и повышения нефтеотдачи пластов при обработке обводненных скважин заводнением, содержащий соли алюминия, карбамид, полиакриламид и воду при следующем соотношении компонентов, масс.%: полиакриламид 0,5-2,5; хлорид алюминия 0,4-17,0; карбамид 1,5-30,0; вода остальное [Алтунина Л.К., Крылова О.А., Кувшинов В.А. и др. Состав для изоляции водопритока к скважинам и повышения нефтеотдачи. Патент РФ №2076202 (E21B 43/22), опубликован 27.03.1997. - прототип].
Недостатком данного термотропного гелеобразующего состава является крупный размер частиц полиакриламида (ПАА) (более 100 мкм), не позволяющий нерастворенным частицам ПАА пройти в поровые каналы, поэтому требуется длительное время на приготовление раствора, связанное с растворением ПАА, которому препятствует низкий pH раствора, поскольку соли алюминия при гидролизе выделяют кислоты; низкие структурно-механические свойства комбинированного геля, состоящего из неорганических частиц гидроокиси алюминия и молекул органического водорастворимого полимера при пластовых температурах выше 80°C; а также недостаточно длительное время гелирования, что существенно ограничивает область применения данного состава.
Изобретение направлено на создание термотропного гелеобразующего состава для разработки обводненной нефтяной залежи в терригенном коллекторе путем закачки в нагнетательные скважины термотропной гелеобразующей композиции, содержащей хлорид или полиоксихлорид алюминия и воду, глубоко проникающей в пласт.
Результат достигается тем, что состав дополнительно содержит водорастворимую соль уксусной кислоты, например, ацетат натрия, и может содержать мочевину и мелкодисперсный ПАА. В результате реакции между хлоридом или полиоксихлоридом алюминия и ацетатом натрия происходит образование ацетата и/или ацетохлорида, и/или гидроксиацетата, и/или гидроксиацетатохлорида алюминия. Продукты реакции хорошо растворимы в холодной воде и гидролизуются при нагреве. В зависимости от соотношения солей гидролиз, возможно, значительно замедлить, вплоть до нескольких суток, что необходимо для удаленного доступа реагента в пласт, а получаемый гель обладает по сравнению с прототипом улучшенными структурно-механическими характеристиками; добавление в состав карбамида позволяет регулировать процесс гелеобразования и придавать ему селективные свойства за счет гидролиза карбамида с образованием аммиака, который хорошо растворим не только в воде, но и в углеводородах, поэтому в нефтенасыщенном пласте, из-за растворения аммиака в нефти, образования геля не происходит [Муляк В.В., Чертенков М.В., Силин М.А., Магадова Л.А. Способ разработки обводненной нефтяной залежи. Патент РФ №2475635 (E21B 43/22), опубл. 20.02.2013], а добавление мелкодисперсного ПАА позволяет использовать состав не только в низкопроницаемых коллекторах, но и в пластах со средней и высокой проницаемостью.
Признаками изобретения «Состав многофункционального реагента для физико-химических МУН» являются:
1. Соль алюминия.
2. В качестве соли алюминия используется шестиводный хлорид алюминия.
3. В качестве соли алюминия используется полиоксихлорид алюминия - аквааурат.
4. Карбамид.
5.ПАА.
6. В качестве ПАА используется измельченный до 40-60 мкм высокомолекулярный гидролизованный ПАА- Chimeco TR- 1516.
7. В качестве ПАА используется измельченный до 60-80 мкм низкомолекулярный водонабухающий ПАА - АК-639.
8. Уксуснокислая соль.
9. В качестве уксуснокислой соли используется сухой технический ацетат натрия.
10. Пресная или минерализованная вода. Признаки 1-5 и 10 являются общими с прототипом, а признаки 6-9 существенными отличительными признаками изобретения.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Предлагается термотропный гелеобразующий состав для изоляции водопритока к скважинам и повышения нефтеотдачи, содержащий соли алюминия и воду, который дополнительно содержит соль уксусной кислоты, в качестве которой используется ацетат натрия, и может содержать карбамид и мелкодисперсный полиакриламид с диаметром частиц 40-80 мкм, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Хлорид или полиоксихлорид алюминия
2,5-20,0
Ацетат натрия
2,0-10,0
Карбамид
0,0-30,0
Мелкодисперсный полиакриламид
с диаметром частиц 40-80 мкм
0,0-2,5
Пресная или минерализованная вода
остальное
Для исследований использовались:
1. Хлорид алюминия - кристаллический продукт белого или с желтоватым оттенком цвета, гигроскопичен, растворим в воде, спирте, эфире, хлороформе, выпускается по ГОСТ 3759-75.
2. Аквааурат 30 - полиоксихлорид алюминия - кристалический порошок желтоватого цвета, массовая доля оксида алюминия не менее 30%, массовая доля хлора - не менее 35%, выпускается по ТУ 2163-069-00205067-2007.
3. Карбамид - кристаллический продукт белого цвета, массовая доля азота, в пересчете на сухое вещество, не менее 46,2%, выпускается по ГОСТ 2081-92.
4. Ацетат натрия - бесцветное кристаллическое вещество, допускаются оттенки от светло-желтого до светло-коричневого цвета, массовая доля основного вещества - не менее 50%, выпускается по ТУ 2432-043-07510508-2003.
5. ПАА Chimeco TR-1516, ТУ 2216-083-17197708-2003, представляет собой высокомолекулярный частично гидролизованный водорастворимый полимер анионного типа на основе акриламида, молекулярный вес 14,5÷15,5 миллионов у.е, степень гидролиза 13,0÷17,7%, нерастворимый в воде остаток, не более 0,5 мас.%, размер частиц после помола составляет 40-60 мкм.
6. ПАА водопоглощающий, серия АК-639, марка В-415 представляет собой порошок белого или близкого к белому цвета, выпускается по ТУ 2216-016-55373366-2007, показатели качества приведены ниже:
Показатель
По ТУ
Массовая доля нелетучих веществ, %, не менее
88
Массовая доля остаточного акриламида, %, не более
0,03
Равновесное поглощение в дистиллированной воде, г/г, не менее
600
Массовая доля растворимой части, %, не более
15
размер частиц после помола составляет 60-100 мкм.
3
++
++
7. Минерализованная вода плотностью 1,211 г/см, с содержанием катионов Ca и Mg 25 800 мг/л.
3
++
++
8. Минерализованная вода плотностью 1,012 г/см, с содержанием катионов Ca и Mg 1000 мг/л.
9. Пресная вода.
Примеры приготовления термотропной гелеобразующей композиции
Пример 1
3
В стеклянном стакане на 250 мл в 191,0 г (95,5 мас.%) минерализованной воды плотностью 1,211 г/см растворяется 5,0 г (2,5 мас.%) шестиводного хлорида алюминия и 4,0 г (2,0 мас.%) ацетата натрия. В результате смешиваемые реагенты полностью растворяются в воде, при этом получается однородный полупрозрачный раствор низкой вязкости.
Пример 2
В стеклянном стакане на 250 мл в 174,0 г (87,0 мас.%) пресной воды растворяется 14,0 г (7,0 мас.%) полиоксихлорида алюминия (аквааурата) и 12,0 г (6,0 мас.%) ацетата натрия. В результате смешиваемые реагенты полностью растворяются в воде, при этом получается однородный полупрозрачный раствор низкой вязкости.
Пример 3
3
В стеклянном стакане на 250 мл в 162,0 г (81,0 мас.%) минерализованной воды плотностью 1,012 г/см растворяется 20,0 г (10,0 мас.%) шестиводного хлорида алюминия, 8,0 г (4,0 мас.%) ацетата натрия и 10,0 г (5,0 мас.%) карбамида. В результате смешиваемые реагенты полностью растворяются в воде, при этом получается однородный полупрозрачный раствор низкой вязкости.
Пример 4
В стеклянном стакане на 250 мл в 130,0 г (65,0 мас.%) пресной воды растворяется 20,0 г (10,0 мас.%) полиоксихлорида алюминия (аквааурата), 8,0 г (4,0 мас.%) ацетата натрия и 40,0 г (20,0 мас.%) карбамида. В результате смешиваемые реагенты полностью растворяются в воде, при этом получается однородный полупрозрачный раствор низкой вязкости. В полученный раствор при перемешивании на лопастной мешалке вводится 2,0 г (1,0 мас.%) мелкодисперсного ПАА Chimeco TR-1516, полученный состав перемешивается до однородности.
Пример 5
3
В стеклянном стакане на 250 мл в 75,0 г (37,5 мас.%) минерализованной воды плотностью 1,012 г/см растворяется 40,0 г (20,0 мас.%) шестиводного хлорида алюминия, 20 г (10,0 мас.%) ацетата натрия, 60 г (30,0 мас.%) карбамида. В результате смешиваемые реагенты полностью растворяются в воде, при этом получается однородный полупрозрачный раствор низкой вязкости. В полученный раствор при перемешивании на лопастной мешалке вводится 5,0 г (2,5 мас.%) мелкодисперсного АК-639, полученный состав перемешивается до однородности.
Пример 6 (по прототипу)
В стеклянном стакане на 250 мл в 138,0 г (69,0 мас.%) пресной воды растворяется 20,0 г (10,0 мас.%) полиоксихлорида алюминия (аквааурата) и 40,0 г (20,0 мас.%) карбамида. В результате смешиваемые реагенты полностью растворяются в воде, при этом получается однородный полупрозрачный раствор низкой вязкости. В полученный раствор при перемешивании на лопастной мешалке вводится 2,0 г (1,0 мас.%) ПАА Chimeco TR-1516, полученный состав перемешивается до однородности.
Однородность приготовленных составов оценивалась визуально. Оценка размеров частиц ПАА, в мкм, в растворе проводилась при температуре 20°C при помощи микроскопа Микромед 2. Для исследования приготовленный состав, содержащий ПАА, выдерживался в течение 30 мин.
Приготовленные составы нагревались в термошкафу в закрытых тефлоновых стаканах при температуре 90°C. Консистентность полученного геля оценивалась по классификатору консистентности, представленному в таблице 1.
Результаты физико-химических исследований термотропных составов представлены в таблице 2.
Таблица 1
Классификатор консистентности гелеобразующей композиции
Структурные характеристики композиции
Код
Исходный раствор
A
Вязкий раствор
B
Очень пластичный, высокоподвижный гель
C
Очень пластичный, подвижный гель
D
Очень пластичный, умеренно подвижный гель
E
Пластичный, подвижный гель
F
Пластичный, умеренно подвижный гель
G
Пластичный, малоподвижный гель
H
Высокодеформируемый, неподвижный гель
I
Умеренно деформируемый, неподвижный гель
J
Малодеформируемый, неподвижный гель
K
Твердый гель
L
Таблица 2
Результаты физико-химических исследований термотропных составов
№ п/п
Компоненты составов / №№ примеров
Содержание в термотропном составе, мас.%
1
2
3
4
5
6 Прототип
1
Вода пресная
-
87,0
-
65,0
-
69,0
2
Вода минерализованная, ρ20°C=1,012 г/см<sup>3</sup>
-
-
81,0
-
37,5
-
3
Вода минерализованная, ρ20°C=1,211 г/см<sup>3</sup>
95,5
-
-
-
-
-
4
Оксихлорид алюминия
-
7,0
-
10,0
-
10,0
5
Хлорид алюминия шестиводный
2,5
10,0
20,0
6
Ацетат натрия
2,0
6,0
4,0
4,0
10,0
-
7
Карбамид
-
-
5,0
20,0
30,0
20,0
8
ПААТК-1516
-
-
-
1,0
-
1,0
9
ПАА АК-639
-
-
-
-
2,5
-
Исследования геля при 20°C
Однородность (да/нет)
да
да
да
да
да
нет
Размер набухших частиц ПАА
менее 100мкм
менее 100мкм
более 100 мкм
Исследования геля при 90°C
Время образования геля, час
12
4
48
5
8
4
Консистентность геля по класификатору консистенции
D
L
L
L
L
I
Нижний предел концентрации реагентов определялся способностью образовывать гель, а верхний - экономической целесообразностью.
Время гелеобразования при одинаковой температуре исследования зависит от концентрации реагентов. Из таблицы 1 следует, что для состава 4 и состава по прототипу (состав 6) с одинаковой концентрацией хлорида алюминия и карбамида, время образования геля также одинаково.
Образование геля объясняется реакцией гидролиза карбамида при температуре выше 60°C:
2
2
2
(NH)-CO+HO→2NH↑+CO↑
2
4
МНз+HO ->• NH0H
4
3
4
3
3NHOH+AlCl→3NHCl+Al(OH)↑
Однако состав 4, дополнительно содержащий ацетат натрия, имеет более прочную структуру геля, так консистентность состава 4 по классификатору консистенции - L (твердый гель), в то время как гель по прототипу имеет консистенцию I (высокодеформируемый, неподвижный гель).
Составы, не содержащие карбамид (составы 1-2) также образуют гели: в результате реакции между хлоридом или полиоксихлоридом алюминия и ацетатом натрия происходит образование ацетата и/или ацетохлорида, и/или гидроксиацетата, и/или гидроксиацетатохлорида алюминия, продукты реакции гидролизуются при нагреве с образованием геля гидроксида алюминия и дигидроксиацетата алюминия. Наличие в составе геля дигидроксиацетата алюминия увеличивает консистенцию геля по сравнению с гелем гидроксида алюминия, это наблюдается также и в составах, содержащих и ацетат натрия и карбамид (составы 3-5).
Предлагаемые составы, содержащие ПАА, отличаются от прототипа тем, что полученные суспензии однородны, подвижны, имеют малый размер частиц (менее 100 мкм) и могут быть закачены в высокопроницаемый, в т.ч. трещиноватый терригенный коллектор, в то время как в составе по прототипу набухшие частицы имеют размер, значительно превышающий 100 мкм, что создаст проблемы при закачке суспензии, а растворение ПАА в кислой минеральной среде потребует значительного времени.
Для оценки тампонирующих свойств термотропных гелеобразующих составов были проведены фильтрационные исследования.
2
Для выполнения фильтрационных экспериментов была использована фильтрационная установка высокого давления HP-CFS и наполненные песком термостатированные насыпные модели пласта (длина моделей составляла 47,5 см; диаметр 3,09 см; площадь поперечного сечения 7,5 см).
В таблице 3 представлены результаты фильтрационных исследований на водонасыщенных моделях терригенного пласта по оценке тампонирующего эффекта термотропного гелеобразующего состава.
пор
Опыты были проведены при температуре 90°C, для оценки тампонирующих свойств в водонасыщенные модели было закачено по 2 V гелеобразующего состава (составы 4 и 6 и из таблицы 2).
Таблица 3
Результаты фильтрационных исследований
№ п/п
Состав жидкости воздействия
Количество компонента
Проницаемость образца по пластовой воде, ℘=1,012 г/см<sup>3</sup>, мкм
до воздействия
после воздействия
2.3.
Закачка состава 4 (таблица 1)Закачка состава 6 (таблица 1)
2 объема пор2 объема пор
1,8501,790
0,0530,235
Как следует из таблицы, предлагаемый состав обладает большим тампонирующим эффектом, чем состав по прототипу.