гелеобразующий кислотный состав для водоизоляции карбонатных коллекторов

Формула изобретения

1. Гелеобразующий кислотный состав для водоизоляции карбонатных коллекторов, включающий водорастворимый неорганический сульфат, водорастворимое соединение кремния и воду, отличающийся тем, что в качестве водорастворимого неорганического сульфата состав содержит сульфат алюминия, а в качестве водорастворимого соединения кремния - кремнефтористоводородную кислоту при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:

Сульфат алюминия - 4,3 - 8,7

Кремнефтористоводородная кислота - 3,3 - 6,7

Вода - Остальное

2. Состав по п.1, отличающийся тем, что он дополнительно содержит ингибитор коррозии в количестве 0,1 - 0,5 мас.%.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и предназначено для регулирования профилей приемистости в нагнетательных скважинах и ограничения водопритоков в нефтяных скважинах с карбонатными коллекторами.

Известен состав для обработки призабойной зоны пласта, содержащий кремнефтористоводородную кислоту, соляную кислоту и воду (патент РФ N 768944, E 21 B 43/27, от 1977 г.).

Недостатком этого состава являются низкие водоизолирующие свойства.

Известен также состав, применяемый в способе выравнивания профиля приемистости, включающий водные растворы хлорида кальция и сернокислого алюминия, а также щелочной раствор, инициирующий образование гидроокиси алюминия в виде гелеобразного осадка, препятствующего вымыванию из пласта образующегося сернокислого кальция (гипса) (патент РФ N 2093673, E 21 B 43/32, от 1995 г.).

Недостатком данного состава являются недостаточно высокие водоизолирующие свойства, так как при смешивании закачиваемых растворов хлорида кальция и сульфата алюминия образуется мелкодисперсный осадок сульфата кальция, затрудняющий дальнейшее прокачивание состава, снижающий его фильтруемость и, как следствие, недостаточно глубокое проникновение в поры пласта, исключающее создание водоизолирующего экрана достаточной глубины.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является состав для ограничения притока пластовых вод, который включает в себя, в мас.%: водорастворимый неорганический сульфат 3-16, водорастворимое соединение кремния 0,1 - 3,0 и воду - остальное (патент РФ N 2078919, E 21 B 43/32, от 1995 г. ).

В качестве кремнесодержащих соединений в известном составе используют силикаты, фторсиликаты и алкилсиликонаты щелочных металлов, эфиры кремниевой кислоты и их комбинации, а также эмульсии кремнеорганических полимеров. В качестве неорганических сульфатов использовали сульфаты натрия и аммония, а также серную кислоту.

Однако указанный известный состав обладает недостаточно высокими водоизолирующими свойствами в условиях неоднородных высокопроницаемых и трещиноватых коллекторов, так как этот состав характеризуется "мягким" осадко- и гелеобразованием, что приводит в результате к меньшему объему образующихся осадков и гелей.

Кроме того, рекомендуемые к использованию в известном составе кремнесодержащие соединения являются очень дорогими, что сдерживает широкое применение этого состава.

Целью настоящего изобретения является повышение водоизолирующих свойств состава в условиях неоднородных высокопроницаемых и трещиноватых карбонатных коллекторов за счет обеспечения создания этим составом большего по глубине изолирующего экрана.

Поставленная цель достигается тем, что в известном составе для водоизоляции карбонатных коллекторов, включающем водорастворимый неорганический сульфат, водорастворимое соединение кремния и воду, новым является то, что в качестве водорастворимого неорганического сульфата состав содержит сульфат алюминия, а в качестве водорастворимого соединения кремния - кремнефтористоводородную кислоту при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:

сульфат алюминия - 4,3 - 8,7

кремнефтористоводородная кислота - 3,3-6,7

вода - остальное.

Механизм действия предлагаемого состава заключается в следующем.

Предлагаемый кислотный состав представляет собой равновесную смесь сульфата алюминия, кремнефтористоводородной кислоты и продуктов их взаимодействия (фторсиликата алюминия и серной кислоты в водном растворе):

Al₂(SO₄)₃ + 3H₂SiF₆ = Al₂(SiF₆)₃ + 3H₂SO₄.

Кислоты, входящие в такую равновесную смесь, активно реагируют с поровой поверхностью карбонатных пород коллекторов, образуя при этом нерастворимые осадки фторида кальция (CaF₂), малорастворимую соль сульфата кальция (CaSO₄) и гели кремниевой кислоты (поликремниевые кислоты):







Сульфат алюминия в процессе гидролиза образует гелеобразный осадок гидроксида алюминия, который осаждается в виде геля при изменении водородного показателя (pH) в процессе реакции кислот с карбонатной породой пласта:





По мере продвижения состава по пласту образующиеся осадки различной дисперсности и плотности распределяются по всему объему пласта, охваченному воздействием состава, а образующиеся гели гидроксида алюминия и кремниевой кислоты препятствуют размыванию последних. В сочетании с реакцией гипсообразования эти процессы способствуют проявлению синергетического эффекта, гели структурируются микрокристаллами гипса, действию которого подвержен весь объем пласта от места закачки состава до границы его продвижения. Это позволяет использовать предлагаемый состав в отличие от известного состава на неоднородных высокопроницаемых и трещиноватых коллекторах.

Помимо реакций с породой предлагаемый кислотный состав в промытых водой интервалах пласта будет взаимодействовать с солями кальция, магния, натрия, калия, содержащимися в пластовых водах, образуя труднорастворимые осадки фторсиликатов, фторидов и сульфатов, а также гели гидроксида алюминия:













Свободная кремниевая кислота может соосаждаться с гидроксидами алюминия: Al(ОН)₂⁺ + (SiO₂)^-.

Растворимые соли: Al₂(SO₄)₃, CaCl₂, KCl(NaCl), выступающие в роли электролитов, ускоряют осаждение кремниевой кислоты, а образующийся сульфат кальция дополнительно структурирует образующиеся гели, переводя их в прочные студни с высокой структурой.

Осадки и гели гидроксида алюминия и кремниевые гели и студни, отличающиеся хорошей адсорбционной способностью, снижают подвижность воды в водонасыщенных пропластках, препятствуя дальнейшему прорыву воды по водопромытым интервалам пласта и способствуя тем самым перераспределению направлений фильтрационных потоков в пластовых условиях, обеспечивая в целом эффективное проведение водоизоляционных работ на добывающих и нагнетательных скважинах.

Кроме того, предлагаемый состав обладает высокой проникающей способностью обусловленной невысокой вязкостью, и легко прокачивается в пористую среду, в которой осадко- и гелеобразование протекает постепенно в процессе реагирования состава с карбонатной породой, а дополнительное образование геля кремниевой кислоты усиливает изолирующий эффект данного состава.

Изменяя концентрацию ингредиентов, входящих в заявляемый кислотный состав, можно регулировать количество образующихся осадков и гелей, глубину проникновения состава в пласт и время гелеобразования.

Исследовательским путем установлено, что только при заявляемом соотношении ингредиентов в новом составе обеспечивается достижение поставленной цели изобретения.

Для приготовления предлагаемого состава в лабораторных условиях были использованы следующие вещества:

- алюминий сернокислый технический по ТУ 2141-127-05807960-96;

- кислота кремнефтористоводородная техническая, отход производства фосфорных удобрений, фтористого водорода и хладона по ТУ 113-08-555-84;

- ингибитор коррозии марки КИ-1 по ТУ 6-01-4689387-34-90 - вода техническая с жесткостью не более 5 мг-экв/л.

Технология приготовления состава проста, сводится к смешиванию двух реагентов с добавлением пресной воды.

Пример 1.

Для приготовления 100 см³ состава в лабораторных условиях технический 26%-ный водный раствор сульфата алюминия в количестве 14,1 см³ смешивают с 14,9 см³ 20%-ого водного раствора кремнефтористоводородной кислоты, в которую предварительно добавлено 0,1% ингибитора коррозии КИ-1, и далее добавляют 70 см³ пресной воды. Смесь перемешивают и получают состав со следующим соотношением ингредиентов, мас.%:

Al₂(SO₄)₃ - 4,3; H₂SiF₆ - 3,3; КИ-1 -0,1 и вода - остальное.

Пример 2.

Для приготовления 100 см³ состава в лабораторных условиях технический 26%-ный водный раствор сульфата алюминия в количестве 27,9 см³ смешивают с 27,9 см³ 20%-ного водного раствора кремнефтористоводородной кислоты и с 44,2 см³ пресной воды. Смесь перемешивают и получают состав со следующим соотношением ингредиентов, мас.%:

Al₂(SO₄)₃ - 6,5; H₂SiF₆ - 5,0; вода - остальное.

Составы с другим содержанием ингредиентов готовят аналогичным образом.

В ходе лабораторных исследований определяли следующие свойства предлагаемого состава: плотность, вязкость, влияние на скорость коррозии стали, время гелеобразования в присутствии CaCO₃, влияние на фильтрационно - емкостные свойства пористой среды.

Данные о зависимости времени гелеобразования предлагаемого состава от концентрации ингредиентов приведены в таблице 1.

В заявляемых интервалах концентраций Al₂(SO₄)₃ и H₂SiF₆ воздействие предлагаемого состава на пласт наиболее эффективно. Диапазон заявляемых концентраций определен исходя из прочности и времени образования геля при взаимодействии состава с карбонатной породой. Так при содержании Al₂(SO₄)₃ и H₂SiF₆ в составе более 8,7% и 6,7% соответственно, гель не образуется в связи с экранированием поверхности поровых каналов карбонатных пород фторидом кальция, образующимся в большом количестве при высоких концентрациях кремнефтористоводородной кислоты (опыт 7, таблица 1). При содержании Al₂(SO₄)₃ и H₂SiF₆ в составе менее 4,3% и 3,3% соответственно гелеобразование замедлено, а образующийся гель имеет слабую структуру (опыт 1, таблица 1).

Эффективность предлагаемого кислотного состава оценивали по изменению фильтрационно-емкостных свойств пористой среды при фильтрации воды и состава через водонасыщенные известняки Сибирского месторождения на установке УИПК.

Результаты лабораторных исследований по изменению проницаемости керна при прокачке предлагаемого и известного состава на установке УИПК представлены в таблице 2. Полученные результаты показывают, что предлагаемый кислотный состав позволяет существенно повысить эффективность воздействия его на неоднородный и высокопроницаемый карбонатный пласт с целью проведения водоизоляционных работ.

Как видно из таблицы 2, при концентрации Al₂(SO₄)₃ 4,3 - 7,6% и H₂SiF₆ 3,3 - 5,8% после прокачки этих составов через высокопроницаемый водонасыщенный карбонатный керн и выдержке на реакции 12 часов проницаемость последних снижается на 86% - 99%. Тогда как проницаемость кернов после прокачки известного по прототипу состава снизилась на 51-93%, причем исходная проницаемость кернов при прокачке известного состава была значительно ниже проницаемости кернов при прокачке предлагаемого состава.

Таким образом, использование предлагаемого состава в промысловых условиях позволит обеспечить создание большого по глубине изолирующего экрана, характеризующегося высокой структурой даже в условиях неоднородных высокопроницаемых и трещиноватых коллекторов.