гелеобразующий состав

Формула изобретения

Гелеобразующий состав, включающий силикатсодержащий компонент, соляную кислоту и воду, отличающийся тем, что в качестве силикатсодержащего компонента содержит шлам - отход производства глинозема, полученный со стадии промывки шлама алюминатного раствора, состава, мас.%: 2CaO·SiO₂ 82-85; Na₂O·Al ₂O₃·2SiO₂·H₂ O 5-8; 3CaO·Al₂O₃·xSiO₂ (6-2x)H₂O 2-3; СаСО₃ 3-4; 2CaO·Fe ₂O₃ 3-4; Na₂O·CaO·SiO ₂ 1-2, где х - 2-4 при следующем соотношении компонентов, мас.%:

указанный шлам	5-11
соляная кислота (в пересчете на 100% сухого вещества)	20-50
вода	остальное

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к нефтяной промышленности, в частности к составам для проведения водоизоляционных работ, и может быть использовано для регулирования фильтрационных потоков нефтяных и газовых пластов, ограничения водопритоков в нефтяных и газовых скважинах, ликвидации заколонных перетоков воды и газа, отключения отдельных обводнившихся интервалов пласта, при капитальном ремонте скважин.

Наибольший эффект в регулировании фильтрационных потоков обводненных пропластков достигается при использовании гелеобразных композиций. Наиболее перспективным является применение гелеобразующих композиций.

Известны гелеобразующие составы на основе различных химических реагентов, в частности: полимеров [1], солей алюминия [2, 3], силикатов щелочных металлов [4], алюмосиликатов [5].

Недостатками известных составов являются их низкая эффективность из-за сложности регулирования скорости гелеобразования, низкой структурной устойчивости, а также высокая стоимость гелеобразующих компонентов, что существенно ограничивает область применения составов.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому, т.е. прототипом, является гелеобразующий состав [5], включающий соляную кислоту, воду и компонент из класса алюмосиликатов, в качестве которого используется нефелин, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Нефелин	4-10
Соляная кислота	20-50
Вода	остальное

Недостатками этого состава являются недостаточная прочность получаемых гелей, низкая растворимость алюмосиликата в растворе соляной кислоты.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение эффективности водоизоляции, снижение обводненности добываемой скважинной продукции и увеличение добычи нефти и газа.

Поставленная задача решается тем, что гелеобразующий состав, включающий силикатсодержащий компонент, соляную кислоту и воду, в качестве силикатсодержащего компонента содержит шлам - отход производства глинозема, полученный со стадии промывки шлама алюминатного раствора, состава, мас.%: 2CaO·SiO₂ - 82-85; Na₂O·Al ₂O₃·SiO₂·H₂O- 5-8; 3CaO·Al₂O₃·xSiO₂ ·(6-2х)H₂O - 2-3; СаСО₃ -3-4; 2CaO·Fe ₂O₃ - 3-4; Na₂O·CaO·SiO ₂ - 1-2, где х - 2-4, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Указанный шлам	5-11
Соляная кислота (в пересчете на 100% сухого вещества)	20-50
Вода	остальное

Использование в предлагаемом составе указанного шлама, хорошо растворяемого в соляной кислоте, повышает устойчивость геля, образующегося непосредственно в обводненном поровом пространстве, оказывает более продолжительное сопротивление режиму фильтрации через участки с высокой проницаемостью и направляет вытесняющий агент в новые зоны, тем самым увеличивается охват пласта вытеснением.

Применение указанного шлама дает ранее неизвестный эффект повышения прочности геля. Это обусловлено тем, что шлам содержит оксид кальция - СаО и некоторое количество оксида алюминия - Al₂O₃. Благодаря проявлению алюминием амфотерных свойств в системе образуется гидрооксид алюминия, способствующий созданию пространственной структуры, упрочняющей образуемый гель. Благодаря присутствию СаО и Al ₂O₃ возможно также образование гидроалюминатиов кальция, которые также вносят свой вклад в формирование прочности полученного геля.

Границы концентраций шлама в составе композиции обусловлены результатами лабораторных экспериментов. При понижении его содержания время гелеобразования и прочность композиции значительно понижаются, а при повышении - количество нерастворившегося осадка неоправданно растет.

Границы концентраций соляной кислоты обусловлены ее реакционной способностью. Если концентрация будет меньше указанной, то время гелеобразования значительно уменьшается, что технологически неоправданно, если выше - время гелеобразоваиия и неоправданный расход кислоты значительно увеличиваются.

В качестве компонентов гелеобразующей композиции используются:

- шлам, образующийся на стадии промывки шлама алюминатного раствора при производстве глинозема после процессов спекания нефелинового концентрата и известняка, выщелачивания полученного спека, сгущения и промывки шлама алюминатного раствора, который является многотоннажным отходом производства и имеет следующий химический состав, %: SiO₂ - 30,3-32; СаО - 58,05-59; MgO - 1,1-1,5; Fe ₂O₃ - 2,1-2,6; Al₂O₃ - 2,1-2,6; Na₂O - 0,8-1; K₂O - 0,6-0,8, СТП 55145272.33-001-2001. Минералогический состав представлен, мас.%: 2CaO·SiO₂ - 82-85; Na₂O·Al ₂O₃·SiO₂·H₂O - 5-8; 3CaO·Al₂O₃·xSiO₂ ·(6-2x)H₂O - 2-3; СаСО₃ - 3-4; 2CaO·Fe ₂O₃ - 3-4; Na₂O·CaO·SiO ₂ - 1-2, где х - 2-4;

- соляная кислота, выпускаемая по ТУ 6-01-04689381-85-92, жидкость прозрачного цвета, плотностью 1,11-1,55 г/см³ (22-31%-ной концентрации);

- вода пресная.

Гелеобразующая композиция готовится обычным смешением шлама с раствором соляной кислоты и изначально имеет широкий диапазон времени гелеобразования 1-48 ч - (1,1-1,6 м²/с).

В лабораторных условиях исследовались время гелеобразования состава и его прочность.

Для определения времени гелеобразования в пробирку с соляной кислотой плотностью 1,11 г/см³ 22%-ной концентрации и водой добавляют навеску белитового шлама минералогического состава, мас.%: 2CaO·SiO₂ - 83; Na₂ O·Al₂O₃·2SiO₂·H ₂O - 6; 3CaO·Al₂O₃·xSiO ₂·(6-2х)H₂O - 2,5; СаСО₃ - 3,6; 2CaO·Fe₂O₃ - 3; Na₂O·CaO·SiO ₂ - 1,2, где х - 2 и перемешивают в течение 20 мин.

Приготовленные композиции помещают в термостат при исследуемой температуре. Временем гелеобразования считается потеря текучести раствора (табл.1).

Таблица 1
Время гелеобразования композиции
№ примера	Гелеобразующийся состав, об.%	Время гелеобразования, ч-мин
Белитовый шлам	22%-ная соляная кислота	вода
1	11	32	57	10-32
2	5	34	61	44-40
3	8	42	50	21-35
4
(состав по прототипу)	8 (нефелин)	42	50	18

Таблица 2
Результаты исследования по изучению вязкости гелеобразующих композиций
Скорость сдвига, 1/с	Динамическая вязкость, сП
примеры
1	2	3	4 (по прототипу)
0,33	28700	20230	26900	24240
1,0	9790	7510	8200	8000
9,0	1470	1210	1300	1170
48,0	390	170	280	210
145,0	140	110	130	120

Прочность образующихся гелей определялась по предельному напряжению разрушения с помощью ротационного вискозиметра. Измерения проводились при температуре 30°С и атмосферном давлении (табл.2 и 3).

Таблица 3
Предельное напряжение сдвига для составов
№ примера	Прочность 0, Па
1	13
2	7,8
3	9,8
4 (по прототипу)	8,6

Из полученных экспериментальных данных видно, что предлагаемые гелеобразующие составы имеют более высокую прочность по сравнению с прототипом.

Таким образом, на основании результатов лабораторных исследований гелеобразующего состава для регулирования проницаемости пластов следует, что заявляемый состав:

1) структурируется во всем объеме, образуя высокопрочный гель;

2) имеет низкую начальную вязкость, высокую фильтруемость в пласт и регулируемое время гелеобразования;

3) состоит из доступных и дешевых компонентов.

Пример 1 (прототип, пример 4 в табл.1). 8 мас.% нефелина, 42 мас.% соляной кислоты (в пересчете на 100% сухого вещества) растворяли в 50 мас.% воды, перемешивая с помощью магнитной мешалки в течение 20 минут. Затем раствор сливали с осадка. Время гелеобразования при 30°С составляет 18 часов (табл.1). Динамическая вязкость образовавшегося геля составила при скорости сдвига 0,33 об/с - 24242 сП (табл.2) с прочностью 8,6 Па (табл.3).

Пример 2. Смесь, содержащую 8 мас.% белитового шлама, 42 мас.% соляной кислоты (в пересчете на 100% сухого вещества), растворяли в 50 мас.% воды, перемешивая с помощью магнитной мешалки в течение 20 минут. Затем раствор сливали с осадка. Время гелеобразования при 30°С составляет 21 час 35 мин (табл.1). Динамическая вязкость образовавшегося геля составила при скорости сдвига 0,33 об/с - 26900 сП (табл.2) с прочностью 9,8 Па (табл.3).

Пример 3. Смесь, содержащую 5 мас.% белитового шлама, 34 мас.% соляной кислоты (в пересчете на 100% сухого вещества), растворяли в 61 мас.% воды, перемешивая с помощью магнитной мешалки в течение 20 минут. Затем раствор сливали с осадка. Время гелеобразования при 30°С составляет 44 час 40 мин (табл.1). Динамическая вязкость образовавшегося геля составила при скорости сдвига 0,33 об/с - 20233 сП (табл.2) с прочностью 7,8 Па (табл.3).

При промышленной реализации предлагаемого изобретения получение гелеобразующего состава проводится следующим образом.

В емкость цементировочного агрегата заливается 1500 кг (50 мас.%) воды, в которой разводится 1260 кг (42 мас.%) соляной кислоты (в пересчете на сухое вещество), после тщательного перемешивания полученной смеси к ней добавляется 240 кг (8 мас.%) белитового шлама. Полученная смесь перемешивается не менее 20 минут путем круговой циркуляции. Затем полученная смесь через насосно-компрессорные или бурильные трубы закачивается в пласт и оставляется для ее структурирования и упрочнения геля в порах пласта.

Концентрация кислоты подбиралась таким образом, чтобы время гелеобразования было больше, чем время между смешиванием композиции и прохождением этой композиции до забойной зоны скважины.

Источники информации

1. Сургучев М.Л. Вторичные и третичные методы увеличения нефтеотдачи пластов. - М.: Недра, 1985 г.

2. Пат. РФ № 2061856 «Способ разработки нефтяных месторождений с разнопроницаемыми пластами», 10.06.96.

3. Пат. РФ № 2066743 «Состав для повышения нефтеотдачи пластов», 20.09.96.

4. Пат. РФ № 2065442 «Способ изоляции водопритоков с помощью гелирования растворов производных кремневой кислоты», 20.08.96.

5. Пат. РФ № 2089723 «Способ разработки нефтяных месторождений», 11.12.97 (прототип).