способ обработки пласта нефтяных месторождений

Формула изобретения

Способ обработки пласта нефтяных месторождений путем закачки в пласт водного раствора анионного полимера, неорганической или органической кислоты, растворимой в воде, и соли поливалентного металла, отличающийся тем, что закачиваемая композиция дополнительно содержит алифатический или ароматический спирт или продукты их содержащие, причем перед введением соли поливалентного металла в водный раствор полимера дозируют спирт и доводят pH реакционной массы до 0,5 - 2,5 путем добавления кислоты, а водный раствор анионного полимера, спирта и соли поливалентного металла берут при следующем содержании компонентов, мас.%:

Водорастворимый анионный полимер - 0,005 - 5,0

Алифатический или ароматический спирт - 0,1 - 60,0

Соль поливалентного металла - 0,002 - 0,20

Вода - Остальное

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к способам обработки пласта нефтяных месторождений.

Известен способ, по которому в пласт закачивают водный раствор 0,01-1,0%-ного полиакриламида (ПАА) и сшивателя, в качестве которого используют раствор 0,005-0,05%-ных хроматов или бихроматов одновалентного катиона с pH 1,0-4,0 [1] . Этот способ, имея высокие фильтрационные и водоизолирующие свойства, имеет ограниченную область применения, так как эффективен только на месторождениях с большим содержанием химического природного восстановителя (сероводорода, двухвалентного железа и др.).

Известен способ, по которому закачивается суспензия, содержащая 0,1-2,0 мас. % (ПАА) и диэтилен (пропилен/гликоля) 1 мас.%, которая отверждается при 49^oC за 1 ч [2].

Наиболее близким к предлагаемому является способ, который включает закачку 0,01-5,0 мас.% водорастворимого анионного полимера, 0,003-0,2 мас.% поливалентного металла и воды, причем перед введением соли поливалентного металла в водный раствор полимера pH водного раствора доводят до 0,5-2,5 путем добавления кислоты [3].

Хотя композиции, закачиваемые по этому способу имеют улучшенные фильтрационные свойства, известный способ имеет значительные недостатки.

Во-первых, по вышеуказанному способу вязкоупругие композиции имеют невысокую вязкость и выдерживают температурный режим не выше 60^oC, при более высокой температуре составы быстро теряют свою прочность (выдерживают не более 2-5 сут).

Во-вторых, по этому способу в качестве сшивателя используют только соли с низшей валентностью (в восстановленной форме), например, трехвалентного катиона. Для использования солей в окисленной форме (с вышей валентностью) необходимо использовать восстановитель.

Кроме того, по известному способу затруднено приготовление композиций в холодное время года (при минусовой температуре) из-за довольно быстрого их замерзания.

Задачей предлагаемого изобретения является снижение проницаемости обводненных пропластков для увеличения нефтеотдачи пласта и интенсификации добычи нефти за счет увеличения структурной вязкости композиций, увеличения термостойкости их, а также возможности приготовления композиций в холодное время года (ниже 0^oC), что очень важно в промысловых условиях, например, в условиях Севера и Сибири.

Поставленная задача решается тем, что предложен способ обработки пласта путем закачки в пласт водного раствора анионного полимера, неорганической или органической кислоты, растворимой в воде, и соли поливалентного металла, отличающийся тем, что закачиваемая композиция дополнительно содержит алифатический или ароматический спирт или продукты их содержащие, причем перед введением соли поливалентного металла в водный раствор полимера дозируют спирт и добавляют pH реакционный массы до 0,5-2,5 путем добавления кислоты, а водный раствор анионного полимера, спирта и соли поливалентного металла берут при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Водорастворимый полимер - 0,005 - 5,0

Алифатический или ароматический спирт - 0,1 - 60,0

Соль поливалентного металла - 0,002 - 0,20

Вода - Остальное

В качестве водорастворимого полимера используют гидролизованный полиакриламид (АПП) и производные целлюлозы, например, карбоксиметилцеллюлозу (КМЦ); в качестве соли поливалентного металла, как соли трехвалентного хрома, алюминия (сульфаты, хлориды, хромкалиевые квасцы, отходы хромовых квасцов и др.), так и соли с более высокой валентностью: хроматы, бихроматы, перманганаты одновалентных катионов, триоксиды хрома и другие соли, например, хроматы и бихроматы калия и натрия, перманганат калия и др.

В качестве алифатического спирта используют как одновалентные спирты: этиловый, пропиловый, бутиловый, изопропиловый и др.; а также двойные спирты (диолы) - гликоли: этиленгликоль, диэтиленгликоль, пропиленгликоль и др., так и многоатомные спирты, например, глицерин, а также продукты, их содержащие, например, кубовый остаток от производства бутиловых спиртов, антиспекатель, содержащий полигликоли, отходы производства - полиглицерины и др.

В качестве ароматических спиртов используют фенол и продукты его содержащие, например, фенольная смола - отход производства фенола и ацетона.

В качестве кислоты используют неорганические кислоты, например, соляную, серную и др. , а также органические кислоты, растворимые в воде, например, уксусную, муравьиную и др.

В отличие от прототипа по заявляемому способу закачиваемая композиция дополнительно содержит алифатический или ароматический спирт или продукты, их содержащие.

Исследования показали, что при введении спирта (см. табл. 1) в композицию по заявляемому способу образуются гели, имеющие более высокую структурную вязкость, сохраняющие прочность в условиях высоких температур (100^oC) значительно дольше, чем композиция, не содержащие спирт. Такое поведение можно объяснить структурой водно-спиртового раствора и сольватацией полимера. Структура водно-спиртовых смесей характеризуется тем, что с помощью водородных связей из молекул воды и спирта формируются ассоциаты, которые заполняют пространство между макромолекулами полимера вместо свободных молекул воды в водных растворах полимера.

Причем с повышением содержания спирта вязкость структурированного геля для всех спиртов увеличивается.

Кроме того, на свойства геля влияет число углеводородных атомов спирта, т.е. длина радикала. Например, среди низших одноатомных спиртов более благоприятно на прочность геля влияет добавление изопропилового спирта (см. табл. 1), а среди низших двухатомных - диэтиленгликоля.

Однако с повышением температуры благоприятное действие одноатомных спиртов уменьшается.

Известно, что низшие одноатомные спирты имеют температуру кипения ниже 100^oC (этанол = 78,3^oC, изопропанол = 82,4^oC и др.). С повышением температуры устойчивость состояния водно-спиртовых растворов уменьшается, в связи с этим и уменьшается прочность полученных гелей, содержащих одноатомные спирты. Благоприятное действие одноатомных спиртов на прочность гелей сказывается до 70-80^oC. Поэтому в условиях высоких пластовых температур (100^oC) повышается роль многоатомных спиртов, так как они имеют высокую температуру кипения, которая составляет у низших диолов 188-244^oC, у глицерина (триола) = 290^oC. В условиях высоких температур это способствует повышению стабильности водно-спиртовых растворов полимера и повышает прочность гелей, полученных на их основе.

Важным свойством спиртов, особенно гликолей, а также глицерина, является их способность понижать температуру замерзания, так, например, водно-гликолевые растворы при различном содержании этиленгликоля (ЭГ) значительно понижают температуру замерзания растворов (20% ЭГ до -8,3^oC; 30% ЭГ до -16^oC; 40% ЭГ -26^oC; 50% ЭГ до -37^oC; 60% ЭГ до -40^oC; 66,7% ЭГ до -75^oC; а глицерин остается жидким до -100^oC. Поэтому водно-спиртовые растворы низших гликолей и глицерина или продуктов, их содержащих, можно использовать на промысле в холодное время года для приготовления композиций. Применение органического антифриза позволит готовить незамерзающие композиции по предлагаемому способу в условиях минусовых температур.

Следующей отличительной положительной особенностью заявляемого способа является то, что можно использовать водно-спиртовые растворы при pH 0,5-2,5 в качестве восстановителя для получения сшивателя путем восстановления катиона поливалентного металла, например, трехвалентного хрома из солей поливалентных металлов в окисленной форме - хроматов и бихроматов.

В результате восстановления катиона поливалентного металла спиртом образуются ди- и поликарбоновые кислоты и трехвалентный катион хрома, которые в присутствии водорастворимого полимера при повышении pH выше 3 регулируют между собой с образованием сшитого полимера, модифицированного ди- или поликарбоновой кислотой.

Модифицированный сшитый полимер имеет лучшие изолирующие свойства и термостабильность, чем известные составы.

Применение предлагаемого способа позволит за счет увеличения структурной вязкости и прочности гелей в условиях повышенного температурного режима снизить проницаемость обводненных пропластков для увеличения нефтеотдачи и интенсификации добычи нефти, а также позволит готовить закачиваемые композиции в любое время года.

Приготовление композиций по заявляемому и известному способам осуществляют так.

По способу-прототипу композиции для закачки готовят путем растворения полимера в воде до содержания 0,005-5,0 мас.%, введения в раствор кислоты до pH 0,5-2,5, а затем дозировки 1-5% водного раствора соли поливалентного металла при механическом перемешивании.

По заявляемому способу готовят для закачки композиции так же, как по известному способу, но перед введением 1-5% водного раствора соли поливалентного металла и кислоты в раствор полимера дозируют спирт.

Структурную вязкость и прочность композиций при температуре 70-100^oC иллюстрируют данные табл. 1-2.

Пример 1.

Структурную вязкость композиций заявляемому способу и способу-прототипу определяют на вискозиметре Хеплера по времени погружения шарика (t c) под действием приложенной нагрузки (p, г/см²) и выдерживается эффективной вязкостью композиции (M, Пас), которая вычисляется по формуле: M = KPt, где K - постоянная вискозиметра.

Для приготовления композиций используют гидролизованные полиакриламиды молекулярной массы 10 млн. (П-1) и 15 млн. (П-2) и степенью гидролиза 5 и 15% соответственно, или карбоксиметил-целлюлозу (КМЦ).

В качестве сшивателей используют сульфат алюминия (СА), хромкалиевые квасцы (ХКК), отходы хромовых (ОХК), бихромат калия (БХК).

В качестве алифатического спирта используют этиловый (ЭС), изопропиловый (ИПС), кубовый остаток от производства бутиловых спиртов (КБС), этиленгликоль (ЭГ), диэтиленгликоль (ДЭГ), полигликоль (ПГ), антиспекатель (АС) - отход производства, содержащий полигликоли; глицерин (ГЛ), полиглицерины (ПГЛ) - отход производства; ароматические спирты - фенол (Ф) и фенольная смола (ФС).

В качестве кислоты используют соляную, серную, уксусную кислоты.

После выдержки приготовленных композиций в течение 24 ч определяют вязкости образовавшихся гелей на реовискозиметре Хеплера при pH 7, доводя pH дозировкой водного раствора едкого натрия.

Результаты замеров вязкостей композиций как по заявляемому способу, так и способу-прототипу, приведены в табл. 1.

Данные табл. 1 показывают, что при введении алифатического или ароматического спирта в водный раствор полимера и соли поливалентного металла структурная вязкость композиций увеличивается (ср. с. 3 с 4; 5 с 6; 7 с 8; 9, 22 с 10; 11 с 12; 13-20 с 6; 23-25 с 26; 27 с 28; 29-34 с 6) по сравнению с композициями по способу-прототипу.

Однако при содержании в композиции по заявляемому способу полимера менее 0,005 (ср. с 1 и 2), спирта менее 0,1 (ср. с. 13, 14 с 6); соли поливалентного металла менее 0,002 мас.% (ср.с. 19 и 20) в заявляемой композиции структурная вязкость ее несущественно отличается от структурной вязкости композиции по способу-прототипу. Поэтому нижним пределом содержания компонентов композиции по заявляемому способу является для полимера 0,005, спирта 0,1, соли поливалентного металла 0,002 мас.%. За верхний предел содержания компонентов в композиции по заявляемому способу принимаем, исходя из снижения структурной вязкости, а также снижения термостабильности и других факторов, для полимера 5,0 (см. с. 7 и 11), для спирта 60,0 (см. с. 17 и 18), для соли поливалентного металла (см. с. 21 и 22) 0,2 мас.%.

Таким образом, введение алифатического или ароматического спирта в композицию по заявляемому способу увеличивает структурную вязкость композиции.

Пример 2.

Термостабильность композиций по заявляемому способу и по способу-прототипу определяют путем выдерживания композиций при 70 и 100^oC в термошкафу в течение нескольких суток. При этом после каждых суток выдержки композиций определяют структурную вязкость их на реовискозиметре Хеплера.

Термостабильность композиций (ТС) оценивают по следующей формуле:



где

M_o и M_t - вязкость композиций исходной (при 20^oC) и после выдержки ее при требуемой температуре в течение определенного времени.

Чем больше ТС, тем выше термостабильность композиций.

Результаты исследования термостабильности композиций после 3-х сут выдержки их при 70 и 100^oC приведены в табл. 2.

Из приведенных данных по термостабильности композиций видно, что введение алифатического или ароматического спирта в композицию по известному способу резко повышает термостабильность их с 2,8-7,0% до 41,8-91,5% (ср. с. 2-6, 20, 21 с 1, 6 с 7, 13-15 с 12).

Пример 3

Возможность приготовления композиций по заявляемому способу в условиях низких температур (ниже 0^oC) определяют путем выдержки композиций в морозильной камере при температуре -18^oC в течение 3-х сут. При этом после каждых суток выдержки композиций определяют состояние реакционной массы. Результаты исследования композиций после 3-х суток выдержки их при -18^oC приведены в табл. 3.

Результаты данных табл. 3 показывают возможность приготовления композиций по заявляемому способу в условиях минусовых температур. Композиции водные быстро замерзают в отличие от водно-спиртовых (ср. с. 12 с 3, 4 и 5 с 6) композиций.

Таким образом, введение алифатического или ароматического спирта в композиции по заявляемому способу увеличивает их структурную вязкость, повышает термостабильность композиций и дает возможность приготовлять вышеуказанные композиции на промысле в холодное время года, т.е. предлагаемый способ существенно эффективнее способа-прототипа.

Технология приготовления композиции по заявляемому способу в промысловых условиях проста.

Готовят водный раствор 0,005-5,0 мас.% полимера, добавляют в этот раствор 0,1-60 мас. % алифатического или ароматического спирта и неорганической кислоты до pH 0,5-2,5, затем при перемешивании дозируют 1,0-5,0% раствор соли поливалентного катиона до концентрации сшивателя в растворе 0,002-0,2 мас.%

Приготовленную смесь закачивают в пласт добывающей или нагнетательной скважины от одного до сотен метров кубических на 1 м перфорации или толщины пласта.