способ изоляции притока пластовых вод

Формула изобретения

Способ изоляции притока пластовых вод, включающий закачку растворов хлористого кальция и соли серной кислоты, содержащих эквивалентные количества гипсообразующих ионов, и раствора силиката натрия, отличающийся тем, что указанные растворы закачивают последовательно, а в раствор силиката натрия плотностью 1,200-1,300 г/см³ вводят 0,3-0,5%-ный раствор полимера - карбоксиметилцеллюлозы при их соотношении 1:0,3, обеспечивающем образование "сшитой" структуры и объемных осадков.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к снижению обводненности газовых, нефтяных и газоконденсатных скважин.

Известен способ изоляции притока пластовых вод, включающий последовательную закачку в пласт двух составов с образованием тампонирующего осадка (гипса) с докреплением изоляционного экрана последующей закачкой силиката натрия (2187628). Способ применяется для повышения нефтеотдачи и аналогичен щелочному заводнению.

Недостатком данного способа является низкая эффективность изоляционного эффекта за счет сильно щелочной среды, получаемой в результате реакции, что в условиях пласта при температуре около 80°С обусловливает низкую реакционную способность и агрегативную устойчивость образующихся осадков.

Наиболее близким техническим решением, взятым за прототип, является способ изоляции притока пластовых вод, включающий закачку растворов хлористого кальция и соли серной кислоты, содержащих эквивалентные количества гипсообразующих ионов, отличающийся тем, что, первоначально закачивают раствор соли серной кислоты, в который предварительно вводят часть хлористого кальция от эквивалентного количества и раствор силиката натрия, далее закачивают раствор, содержащий оставшееся количество хлористого кальция (2114991). К недостаткам прототипа можно отнести следующее: различная реология растворов реагентов, обусловленная повышенной вязкостью суспензии на основе соли серной кислоты, что снижает ее фильтрационные характеристики при обработке низкопроницаемых пород, и неравномерному смешиванию растворов реагентов в пластовых условиях, сложность регулирования времени гелеобразования при закачке в пласт. Кроме того, опубликованные результаты исследований (Р.Х.Алмаев, В.В.Девятов. Влияние щелочных осадкообразующих составов на изменение проницаемости нефтенасыщенных пород, «Геология, геофизика и разработка нефтяных месторождений», 1995, №3) агрегативного состояния продуктов взаимодействия щелочей и хлористого кальция показывают, что в пластовых условиях при высокой температуре (80°С) происходит перекристаллизация образующихся мелкодисперсных взвесей гидроокисей, соизмеримых с размерами пор, что не приводит к уменьшению фазовой проницаемости для фильтрующейся воды и соответственно снижает изоляционный эффект.

Задачей предлагаемого изобретения является создание в водопромытых интервалах пласта устойчивого объемного осадка, препятствующего прорыву пластовых вод.

Технический результат предлагаемого способа ограничения водопритока в скважину - повышение эффективности способа за счет применения силикатно-полимерного раствора, способствующего образованию «сшитых» термостабильных структур и объемных осадков.

Этот результат достигается тем, что способ ограничения водопритока в скважину включает закачку растворов хлористого кальция и соли серной кислоты, содержащих эквивалентные количества гипсообразующих ионов, затем закачку силикатно-полимерного раствора. При такой последовательности радиального расположения различных типов изолирующих материалов в пласте из его глубины по мере увеличения депрессии к стволу скважины синхронно улучшаются изолирующие свойства тампонирующих материалов. В глубине пласта, где депрессия минимальна и на определенном расстоянии от скважины стремится к нулю, изолирующий экран радиусом до 10 м представлен осадками гипса, препятствующими прорыву воды в продуктивный пласт. По мере увеличения депрессии, при приближении к скважине, требования к прочности изолирующего экрана возрастают. В зоне максимальной депрессии, расположенной у стенки скважины радиусом до 1 м, изолирующий экран формируется из объемных осадков кремнегеля и стекловидного силиката кальция, который благодаря комплексу высоких адгезионных и механических характеристик способен противостоять высокому перепаду давлений без прорыва воды через изолирующий экран. Добавка в раствор силиката натрия полимера придает новые свойства образующемуся гелю. В этом случае разветвленные макромолекулярные цепи силикатов и полимера при взаимодействии с щелочно-земельными катионами солей способствуют образованию различных «сшитых» термостабильных структур, обладающих вязко-упругими свойствами, и объемных осадков, которые приводят к значительному снижению фазовой проницаемости пород.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что отличительные признаки нового способа изоляции водопритока являются необходимым и достаточным условием, характеризующим новизну объекта изобретения, а именно:

1) закачка различных типов изолирующих материалов в пласт, синхронно улучшающих изолирующие свойства тампонирующих материалов из его глубины по мере увеличения депрессии к стволу скважины;

2) закачка после гипсообразующих растворов силикатно-полимерного раствора, позволяющего образовывать «сшитые» термостабильные структуры, обладающих вязко-упругими свойствами, и объемные осадки;

3) концентрационные пределы и соотношение компонентов в используемых растворах.

Для реализации разработанного способа используются доступные реагенты и вещества отечественного производства:

- кальций хлористый;

- бисульфат натрия;

- концентрированный раствор силиката натрия (жидкое стекло);

- карбоксиметилцеллюлоза (КМЦ).

Для обработки используются гипсообразующие растворы с концентрациями, согласно стехиометрическим расчетам, дающими при взаимодействии максимальный выход осадка, а именно бисульфат натрия 20-25%, хлористый кальций 15-20% в соотношении 1:1. Для приготовления силикатно-полимерного раствора используют силикат натрия плотностью 1,200-1,300 г/см³ при добавлении 0,3-0,5% раствора КМЦ в соотношении 1:0,3. Указанные концентрационные пределы и соотношения используемых растворов позволяют образовывать в результате взаимодействия наиболее стабильные структуры, обладающие вязко-упругими свойствами, и объемные осадки, позволяющие значительно снизить фазовую проницаемость пород (см. чертеж).

Сущность предлагаемого изобретения состоит в следующем. Гипсообразующие растворы закачивают в пласт порционно через разделительный буфер, предотвращающий преждевременное смешивание реагентов. Сульфат кальция, образующийся в удаленной зоне пласта, перекрывает часть объема поровых каналов. Остальная часть порового канала заполнена образующимися в результате взаимодействия растворами хлористого натрия и соляной кислоты. Выделившаяся соляная кислота поддерживает кислую реакцию среды и выступает инициатором полимеризации последующего силикатно-полимерного раствора. При этом создается изолирующий экран, предотвращающий вымывание мелкодисперсного осадка сернокислого кальция (гипса). Закачка силикатно-полимерного геля выполняет ряд задач, а именно нейтрализует соляную кислоту, образует объемные осадки кремнегеля и при взаимодействии макромолекул силикатов и полимера с щелочно-земельными катионами солей способствует образованию более прочных и стабильных структур в ближней зоне пласта.

Описанные химические процессы проходят по следующей схеме:

NaHSO₄*2H₂O+CaCl₂ CaSO₄*2H₂O +NaCl+HCl

Na₂SiO₃+2HCl H₂SiO₃ +2NaCl

Непрореагировавший в последней порции при закачке раствор CaCl₂ также способствует отверждению силиката натрия с образованием малорастворимого стекловидного силиката кальция по схеме:

CaCl₂+Н₂ О+Na₂SiO₃ 2NaCl+CaO*SiO₂*nH₂O

Выделившийся кремнезоль взаимодействует по схеме:

Si(OH)₄ +CaCl₂+Н₂O CaO*SiO₂*nH₂O+2HCl

Выделившаяся соляная кислота является катализатором твердения CaO*SiO ₂*nH₂O. Этот факт обеспечивает быстрый набор прочности изолируемого участка.

Устойчивость полимеров к действию катионов поливалентных металлов зависит от содержания гидроксильных и карбоксильных групп. С увеличением процентного содержания таких групп увеличивается переход химических реагентов в нерастворимое состояние при взаимодействии с катионами кальция и магния. Обмен катионов может происходить по следующей схеме:

ROCH₂COONa ROCH₂COOH ROCH₂COOMe_1/n

При этом поливалентные катионы способны связывать несколько карбоксильных групп, способствуя укрупнению молекул и снижению растворимости.

Способ проверен в лабораторных условиях. Для лабораторных исследований в поровой среде использовались набивные модели сеноманского песка длиной 18 см, предварительно насыщенные сеноманской пластовой водой. Устанавливалась исходная проницаемость моделей по воде. Для сравнения искусственная кольматация образцов производилась осадкообразующими составами с различными значениями прокачанных объемов и по предлагаемой рецептуре с силикатполимерным раствором. Объем закачанных реагентов определялся в зависимости от измеренного объема пор набивной модели. После создания изоляционного экрана измерялась проницаемость образца по воде при тех же значениях давления, но с противоположной закачке реагентов стороны модели (см. таблицу).

Таблица
№ модели	Кол-во циклов	Рецептура растворов	Остаточная проницаемость по воде, мкм
22	3	Гипсообразующие растворы в соотношении 1:1	0,010
23	3	Гипсообразующие растворы* в соотношении 1:1 Силикатно-полимерный гель**	0,0050
Предлагаемый			0,010-0,0050
Прототип			0,0152-0,16218
* Гипсообразующие растворы хлористого кальция и соли серной кислоты ** Раствор силиката натрия плотностью 1,300 г/см 3, 0,5%-ный раствор карбоксиметицеллюлозы в соотношении 1:0,3

Таким образом, остаточная проницаемость породы коллектора после применения предложенного способа минимум в 3 раза меньше, чем у прототипа. Соответственно поступление воды в скважину при прочих равных условиях в 3 раза меньше.