способ ограничения притока пластовых вод

Формула изобретения

1. Способ ограничения притока пластовых вод, включающий закачку в пласт раствора алюминиевой соли серной кислоты, отличающийся тем, что после закачки соли дополнительно закачивают раствор хлорида кальция при соотношении закачиваемых реагентов 1 (0,3 1,0).

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве алюминиевой соли используют сульфат алюминия и/или двойной сульфат алюминия с однозарядным катионом, например, алюминия-аммония сульфат.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности, к способам ограничения притока пластовых вод для повышения нефтеотдачи пластов.

Известен способ ограничения притока пластовых вод, включающий закачку в пласт соли алюминия и карбамида [1] Способ обеспечивает образование в поровом пространстве пласта геля гидроксида алюминия в результате взаимодействия соли алюминия и продуктов разложения карбамида. Недостатками способа являются его применимость только на высокотемпературных пластах и необходимость остановки скважины для протекания процесса гелеобразования.

Наиболее близким техническим решением, взятым за прототип, является способ ограничения притока пластовых вод, включающий закачку в пласт раствора сульфата алюминия [2] При взаимодействии реагента с минерализованной водой и изменении pH среды образуется осадок гидроксида алюминия, который закупоривает водопромытые интервалы или снижает их проницаемость.

Недостатком способа является низкая эффективность при малой карбонатности пород, слагающих пласт, и низкой минирализации пластовых вод. Способ не эффективен при использовании на неоднородных высокопроницаемых и трещинноватых коллекторах.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в ограничении притока пластовых вод и выравнивании профиля приемистости нагнетательных скважин за счет закачки в пласт раствора сульфата алюминия и/или двойного сульфата алюминия с однозарядным катионом и последующей закачки раствора хлорида кальция, при соотношении реагирующих веществ 1-(0,3-1,0). Закачка раствора хлорида кальция позволяет регулировать процесс выделения осадка в объеме пласта и предотвращает его преждевременное размывание нагнетаемой водой.

Эффективность нового способа обусловлена протеканием в пластовых условиях следующих процессов. Растворы сульфата алюминия и двойных сульфатов с однозарядными катионами в воде имеют кислую среду за счет гидролиза солей. После закачки в пласт кислота начинает реагировать с карбонатными составляющими породы и происходит ее нейтрализация. Изменение pH раствора способствует выделению осадка гидроксида алюминия, который снижает проницаемость водопромытых интервалов. Последующая закачка раствора хлорида кальция приводит к более интенсивному локализованному выпадению осадка Al(OH)₃ и формированию осадка сульфата кальция. При этом образование обоих осадков протекает как кооперативный процесс и способствует формированию геля гидроксида алюминия, структурированного микрокристаллами сульфата кальция.

При использовании известного технического решения локальное осадкообразование возможно только после длительной остановки нагнетательной скважины, т.к. формирование геля гидроксида алюминия и осадка сульфата кальция в условиях естественной минерализации пластовой воды протекает медленно, а нагнетаемая вода будет размывать оторочку реагента.

Существенными отличительными признаками предлагаемого технического решения являются:

закачка в пласт раствора алюминиевой соли серной кислоты, а затем дополнительно раствора хлорида кальция. Карбонатность породы и минерализация пластовых вод, как правило, существенно снижаются в результате закачки подтоварной и пресной воды, поэтому реагирование алюминиевой соли серной кислоты в объеме пласта замедлено. Дополнительная закачка в пласт раствора хлорида кальция позволяет ускорить процесс образования осадков сульфата кальция и гидроксида алюминия, что способствует увеличению вязкости растворов, росту фильтрационного сопротивления в водопромытых интервалах и предотвращает преждевременное размывание осадков нагнетаемой водой;

соотношение реагирующих веществ берут равным 1-(0,3-1,0). Варьируя это соотношение, можно регулировать скорость выделения осадков в объеме пласта и тем самым добиваться эффективного воздействия на пласты различной проницаемости и неоднородности, включая трещинноватые. Кроме того, учитывая реагирование соли алюминия с породой и минерализованной водой, закачка стехиометрического количества хлорида кальция не является обязательной и необходима только в случае кинжальных прорывов воды;

в качестве алюминиевой соли серной кислоты берут сульфат аммония или двойной сульфат алюминия однозарядным катионом, например алюминия-аммония сульфат. Двойные сульфаты алюминия и их кристаллогидраты (квасцы) обладают теми же основными химическими свойствами, что и сульфат алюминия. В воде они частично гидролизуются, что обеспечивает pH раствора <7, а при увеличении pH и добавлении хлорида кальция выделяют осадки гидроксида алюминия и сульфита кальция.

Эффективность предлагаемого способа исследовали в лабораторных условиях путем измерения массы осадка, образующегося при смешении растворов алюминиевой соли серной кислоты и хлорида кальция, а также его влияния на перераспределение фильтрационных потоков в неоднородной модели пласта. Для сравнения был испытан также способ по прототипу.

Пример 1. Определение осадкообразующей эффективности. Брали 50 мл 2%-ного раствора соли алюминия, приливали к нему раствор хлорида кальция (по прототипу минерализованную воду с содержанием хлорида кальция 2,5 г/л) равного объема, а затем 10%-ным раствором аммиака доводили pH всего раствора до 5,5 и получали осадок. Через 24 часа осадок отфильтровали, сушили и определяли его массу. Результаты представлены в таблице 1.

Пример 2. Определение эффективности по ограничению притока пластовых вод (выравнивания фильтрационных потоков).

Эффективность предлагаемого технического решения оценивали по изменению соотношения скоростей фильтрации жидкости в колонках разной проницаемости и приросту коэффициента нефтевытеснения, которые рассчитывались соответственно по изменению дебитов жидкости и по дополнительно извлеченной нефти. Дополнительно извлеченная нефть и дебит по жидкости определяли на установке для исследования процессов нефтевытеснения химреагентами и фильтрации в пористых средах, сконструированной на базе стандартной установки типа УИПК.

Подготовку модели пласта и жидкостей к эксперименту проводили в соответствии с СТП 0148070-013-91. Методика проведения лабораторных исследований по вытеснению нефти химреагентами.

Исследования проводили на модели пласта, состоящей из двух пропластков различной проницаемости и представленных насыпными колонками длиной 40 и диаметром 3,7 см. Пропластки последовательно насыщали минерализованной водой, а затем нефтью. Далее нефть вытесняли минерализованной водой, а затем нефтью. Далее нефть вытесняли минерализованной водой до 100%-ной обводненности продукции. После этого проводили закачку растворов алюминиевых солей серной кислоты объемом 10-30% V_пор различных концентраций и раствора хлорида кальция объемом 10% V_пор, содержащего расчетное количество соли. Соотношение реагирующих веществ выбрали равным 1-(0,2-1,3). Аналогичным образом был испытан способ по прототипу. Результаты представлены в таблице.

Анализ приведенных в таблицах 1 и 2 данных показывает, что предлагаемый способ позволяет существенно увеличить эффективность воздействия на неоднородный пласт с целью ограничения притока пластовых вод.

В примере 1, в опытах 2-6 показана область применения нового способа, в опытах 1 и 7 запредельные соотношения, при которых способ малоэффективен. Способ при прочих равных условиях позволяет существенно увеличить массу выделяемого осадка по сравнению со способом по прототипу. Граничные условия определены, исходя из следующих результатов. При соотношении реагентов больше предельного 1-0,3 масса осадка незначительно превышает величину, получаемую для способа по прототипу. При соотношении реагентов меньше 1-1, т.е. меньше стехиметрического (опыт 7), возможно незначительное увеличение массы осадка по сравнению с предельным значением за счет более полного высаждения осадков. Но это не рационально, т.к. в реальных пластовых условиях соли алюминия будут, кроме того, реагировать с породой и минерализованной водой, что обеспечит полное выделение осадков.

В примере 2 (опыты 2-5) показана эффективность предлагаемого способа по выравниванию скоростей фильтрации в неоднородных моделях пласта и соответствующие приросты коэффициента нефтевытеснения. При соотношении реагентов больше 1-0,3 (опыт 1) предлагаемый способ дает результаты сравнимые с результатами использования способа по прототипу. При соотношении реагентов меньшем 1-10 (опыт 6) эффективность способа достаточно велика, но дополнительного прироста коэффициента нефтевытеснения относительно опытов 4 и 5 не наблюдается, т.е. избыточное количество CaCl₂ не оказывает положительного действия. В опыте 4 показана возможность совместного использования двух различных сульфатных солей алюминия. Способ по прототипу в условиях проведения опытов малоэффективен.

Таким образом, полученные результаты показывают эффективность использования предлагаемого способа по ограничению притока пластовых вод и увеличению нефтеотдачи пластов.

На практике способ реализуют следующим образом. С учетом приемистости нагнетательной скважины, особенностей опытного участка и его геологии рассчитывают необходимые количества алюминиевой соли серной кислоты и хлорида кальция и выбирают концентрации растворов. Раствор соли алюминия закачивают в пласт при давлении нагнетания, продавливают его пресной или минерализованной для предотвращения осадкообразования в ПСП скважины и далее закачивают раствор хлорида кальция. После этого скважину эксплуатируют в заданном режиме.