состав для изоляции водопритока в скважину

Формула изобретения

Состав для изоляции водопритока в скважину, включающий гидролизованный полиакриламид, формальдегид, жидкое стекло, неорганическую кислоту и воду, отличающийся тем, что он содержит в качестве сшивающего агента соль поливалентного металла при следующем соотношении компонентов, мас.

Гидролизованный полиакриламид 0,05 1,0

Формальдегид 1 2

Жидкое стекло 2 8

Неорганическая кислота 2 8

Соль поливалентного металла 0,001 0,05

Вода Остальноеи

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к составам для водопритока в скважину.

Известно применение составов, содержащих для изоляции водопритока жидкое стекло (Обзоры иностранных патентов, Сер."Добыча", М. ВНИИОЭНГ, 1972, с.17), в частности состав для тампонирования водонасыщенного пласта, содержащий жидкое стекло и коагулирующую добавку [1]

Известен состав для тампонирования водонасыщенного пласта, содержащий твердый силикат щелочного металла 70-99,5 мас. и амфотерный металл и его окисел или гидроокись 0,5-30 мас. [2]

Недостатком данных составов является их невысокая прочность, приводящая к недостаточной эффективности изоляции водонасыщенного пласта. Известны составы для изоляции водопритока, содержащие в качестве сшивающего агента соль поливалентного металла, например состав, содержащий 0,3-1,0% раствор полиакриламида (ПАА), 0,001-0,03% хромовых квасцов в качестве сшивающего агента и воду [3] Однако этот состав имеет невысокую структурную вязкость и слабую адгезию к породе пласта.

Известен состав, содержащий 0,2-0,59% ПАА, 0,05-0,5% хроматов щелочных металлов, 0,5-0,95% лигносульфоната и воду [4] Недостатком известного состава являются невысокие изоляционные свойства в водоносных пропластках.

Наиболее близким к предлагаемому является состав, содержащий 1,0-4,0% раствор ПАА, 1,0-2,0% формальдегида, 2,0-8,0% жидкого стекла, 2,0-8,0% соляной кислоты и воду [5] Недостатком известного состава являются его невысокие изоляционные свойства в высокообводненных пластах.

Задачей предлагаемого изобретения является значительное снижение проницаемости высокообводненных пропластков за счет увеличения структурной вязкости состава, а также расширение диапазона pH (от 0,5 до 10), при которых образуются вязкоупругие составы.

Поставленная задача решается тем, что состав для изоляции водопритока в скважину, содержащий гидролизованный ПАА, формальдегид, жидкое стекло, соляную кислоту и воду, отличающийся тем, что он дополнительно содержит в качестве сшивающего агента соль поливалентного металла при следующем соотношении компонентов, мас.

Гидролизованный полиакрилата 0,05-1,0

Формальдегид 1,0-2,0

Жидкое стекло 2,0-8,0

Неорганическая кислота 2,0-8,0

Соль поливалентного металла 0,001-0,05

Вода остальное

Сопоставительный анализ с прототипом позволяет сделать вывод, что предлагаемый состав для изоляции водопритока отличается от известного введением дополнительного сшивателя соли поливалентного металла. В качестве соли поливалентного металла используют соли трехвалентного хрома и алюминия (сульфаты, ацетата хрома и алюминия, хромовые и алюминиевые квасцы и др.), соли шестивалентного хрома (хроматы и бихроматы щелочных металлов), а также перманганаты и другие поливалентные соли.

В известном составе структурная вязкость состава увеличивается, во-первых, в результате превращения в кислой среде растворимого силиката натрия (жидкое стекло водный раствор силиката натрия) в монокремниевую кислоту, а затем, в результате полимеризации последней в поликремниевую кислоту, с образованием геля кремниевой кислоты, во-вторых, в результате реакции поликонденсации формальдегида с амидными группами ПАА с образованием метилольных производных ПАА через метиловые связи модифицированного полимера трехмерной структуры.

Увеличение вязкости в заявляемом составе происходит, во-первых, как и в известном составе в результате превращения растворимого силиката натрия в кислой среде в гель поликремниевой кислоты, а также в результате конденсации формальдегида с амидными группами ПАА с образованием сшитого полимера трехмерной структуры, во -вторых, дополнительно за счет связывания катионом поливалентного металла карбоксильных групп ПАА, в результате чего образуется модифицированный полимер, сшитый до вязкоупругого состояния.

В отличие от известного в заявляемом составе дополнительно используют другой механизм сшивки: в известном поликонденсацию формальдегида амидных групп ПАА, а в заявляемом наряду с поликонденсацией сшивку катионом поливалентного металла карбоксильных групп ПАА. Кроме того, в известном составе поликонденсация проходит только в кислой среде при pH 1-3, а в заявляемом составе в широком диапазоне pH от 1 до 10, т.е. как в кислой, нейтральной, так и в щелочной среде.

Введением соли поливалентного металла достигается универсальность состава. Широкий диапазон сшивки катионом поливалентного металла (pH от 3 до 10) особенно важен при закачке таких композиций в высокообводные пропластки, в скважины, имеющие большую приемистость (до 600 1000 м³/сут), где возможен прорыв пластовых и закачиваемых вод и повышение pH выше 3, т.е. повышается надежность и вероятность образования упругого геля заявляемого состава в высокообводненных пропластах.

Кроме того, при закачке заявляемого состава в карбонатные коллектора имеется большая вероятность повышения pH реакционной массы до 7 (нейтральная среда), в этом случае образуется благоприятные условия для дополнительной сшивки карбоксильных групп полимера катионом кремния (Si₄₊), в результате чего образуется модифицированный полимер трехмерной структуры, структурная вязкость которого увеличивается за счет ярко выраженного синергетического эффекта вязкостей в результате дополнительной сшивки катионом кремния карбоксильных групп полимера.

Из вышеуказанного видно, что жидкое стекло в заявленном составе выступает в роли структурообразователя в зависимости от условий как в кислой, так и в нейтральной среде.

Поэтому структурная вязкость заявляемого состава увеличивается за счет ярко выраженного синергетического эффекта вязкостей в результате дополнительной сшивки катионом кремния (Si₄₊) карбоксильных групп ПАА.

Кроме того, с увеличением pH в предлагаемом диапазоне концентрацией сшивателей и других компонентов в заявляемом составе уменьшается скорость синерезиса, поэтому увеличивается термостабильность состава в условиях повышенных температур до 80 100^oC.

Исследования показали, что при повышении pH композиции до pH=6-8 заявляемый состав в течение месяца сохраняет вязкоупругие свойства при 100^oC.

Если соль поливалентного металла взята в окисленной форме, например, хромат или бихромат, то в присутствии формальдегида происходит окислительно

восстановительная реакция, в результате которой происходит восстановление иона хрома. Катион хрома, имеющий валентность 6+, не участвует в реакции сшивания ПАА, восстанавливаясь же, переходит в ион хрома, имеющий валентность 3+, таким образом превращается в сшивающий агент.

Применение предлагаемого состава для изоляции пластовых вод в скважине позволит за счет увеличения структур вязкости состава и за счет расширения диапазона pH (0,5 до 10), при которых образуются вязкоупругие составы, снизить проницаемость пластов и добиться изоляции притока воды для увеличения добычи нефти.

В качестве полимера используют гидролизованные полиакриламиды (ПАА) различных марок. В качестве жидкого стекла используют водные 30% растворы силиката натрия марки "Силином-30" (ТУ -2/45-002-13002578-93).

Данные составы, представленные в таблице, иллюстрируют структурную вязкость известных и заявляемых составов.

Пример. Структурная вязкость заявляемых составов и составов -прототипов определяют на реовискозиметре Хеплера по времени погружения шарика (t, с) под действием приложенной нагрузки (P, г/см²) и выражаются эффективной вязкостью раствора (М, Пас), которая вычисляется по формуле:

M kPt

где k постоянная измерительного узла реовискозиметра.

Для приготовления составов используют гидролизованные ПАА молекулярной массы 15 млн (П-1) и 10 млн (П-2) и степенью гидролиза 15 и 5% соответственно, в качестве сшивателей бихромат натрия, сульфат хрома, хромовые квасцы и отходы хромовых квасцов.

Предлагаемые составы готовят путем смешивания в заданных соотношениях водного раствора ПАА, жидкого стекла, соляной кислоты, формалина и соли поливалентного металла.

Составы прототипа готовят путем смешивания водного раствора ПАА, жидкого стекла, соляной кислоты и формалина. В случае отсутствия формалина можно использовать уротропин, который в кислой среде разлагается с выделением формальдегида.

В качестве кислоты используют неорганические кислоты: соляную, серную, фосфорную и другие. Как заявляемые составы, так и составы-прототипы выдерживают при температуре 80^oC. После выдержки приготовленных составов в течение 24 ч определяют вязкость образовавшихся гелей на реовискозиметре Хеплера. Результаты замеров приведены в таблице.

Данные в таблице показывают, что при введении в состав соли поливалентного металла гель образуется как в кислой, так и в нейтральной среде, причем с увеличением pH от 1-3 до 7-8 структурная вязкость увеличивается в 3-4 и более раз по сравнению с составом -прототипом (ср. оп. 1-3 с 4,5 с 6, 7-13 с 4, 14 с 15, 16 с 17, 18 с 19, 20-22 с 4.).

В нашем примере при введении бихромата натрия структурная вязкость заявляемого состава увеличивается за счет связывания катионом хрома (Cr₃₊) карбоксильных групп гидролизованного ПАА. Кроме того, с повышением pH до 7 образуются благоприятные условия для дополнительной сшивки карбоксильных групп катионом кремния (Si₄₊) в результате чего образуется сшитый полимер трехмерной структуры, вязкость которого увеличивается за счет ярко выраженного синергетического эффекта вязкости в результате дополнительной сшивки (ср. оп. 23 с 3 и 24 с 13). При содержании в заявляемом составе ПАА менее 0,05% (ср. оп. 1 и 2); жидкого стекла менее 2% (ср. оп. 7 и 8); соляной кислоты менее 2% формальдегида менее 1,0% соли поливалентного металла менее 0,001 мас. (ср. оп. 11 и 12) вязкость состава низкая и несущественно отличается от вязкости состава -прототипа. Поэтому за нижний предел содержания компонентов в заявляемом составе принимает для гидролизованного полимера 0,05, жидкого стекла 2,0, соляной кислоты 1,0, формальдегида 1,0, соли поливалентного металла 0,001 мас.

За верхний период предел содержания компонентов в заявляемом составе принимаем, исходя из технико -экономических соображений (высокая стоимость состава и большой расход реагентов) и незначительного повышения вязкости, для ПАА 1,0 (см. оп. 5 и 6), жидкого стекла 8,0 (см. оп. 9 и 10), неорганической кислоты 8,0 (ср. оп. 9 и 10), формальдегида 2,0 (см. оп. 14 и 15) и соли поливалентного металла 0,05 мас. (оп. 13). Таким образом, введение соли поливалентного металла в известный состав, содержащий ПАА, жидкое стекло, неорганическую кислоту, формальдегид и воду, существенно увеличивает структурную вязкость при этом расширяется диапазон pH от 1-3 до 10, в котором образуются вязкоупругие составы, т.е. не только в кислой, но и в нейтральной и щелочной средах.

Технология применения заявляемого состава проста и заключается в закачке в пласт до снижения приемистости скважины на 20-50% продавке состава из ствола скважины в пласт с водой, выдержки в пласте в течение 16-24 ч и ввод скважины в эксплуатацию для нефтяных скважин или запуск скважины под закачку для нагнетательных скважин.