состав многофункционального реагента для физико-химических медотов увеличения нефтеотдачи (мун)
Классы МПК: | E21B43/22 с применением химикалий или бактерий E21B33/138 глинизация стенок скважины, закачивание цемента в поры и трещины породы C09K8/508 высокомолекулярные соединения |
Автор(ы): | Николаев Николай Михайлович (RU), Кокорев Валерий Иванович (RU), Карпов Валерий Борисович (RU), Дарищев Виктор Иванович (RU), Харланов Сергей Анатольевич (RU), Филенко Денис Геннадьевич (RU), Силин Михаил Александрович (RU), Магадова Любовь Абдулаевна (RU), Потешкина Кира Анатольевна (RU), Магадов Валерий Рашидович (RU), Губанов Владимир Борисович (RU) |
Патентообладатель(и): | Открытое акционерное общество "Российская инновационная топливно-энергетическая компания" (ОАО "РИТЭК") (RU), Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Российский государственный университет нефти и газа имени И.М. Губкина" (RU) |
Приоритеты: |
подача заявки:
2013-06-28 публикация патента:
10.10.2014 |
Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности, к составам для разработки обводненной нефтяной залежи в неоднородном терригенном коллекторе заводнением. Термотропный гелеобразующий состав для изоляции водопритока к скважинам и повышения нефтеотдачи содержит соли алюминия в виде 2,5-20,0 мас.% хлорида или полиоксихлорида алюминия и пресную или минерализованную воду. При этом состав дополнительно содержит соль уксусной кислоты, в качестве которой используется 2,0-10,0 мас.% ацетата натрия, и может содержать 0,0-30,0 мас.% карбамида и 0,0-2,5 мас.% мелкодисперсного полиакриламида с диаметром частиц 40-80 мкм. Техническим результатом является повышение эффективности изоляции водопритока и повышения нефтеотдачи. 1 з.п. ф-лы, 6 пр., 3 табл.
Формула изобретения
1. Термотропный гелеобразующий состав для изоляции водопритока к скважинам и повышения нефтеотдачи, содержащий соли алюминия и воду, отличающийся тем, что дополнительно содержит соль уксусной кислоты, в качестве которой используется ацетат натрия, и может содержать карбамид и мелкодисперсный полиакриламид с диаметром частиц 40-80 мкм, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Хлорид или | |
полиоксихлорид алюминия | 2,5-20,0 |
Ацетат натрия | 2,0-10,0 |
Карбамид | 0,0-30,0 |
Мелкодисперсный полиакриламид | |
с диаметром частиц 40-80 мкм | 0,0-2,5 |
Пресная или минерализованная вода | остальное |
2. Состав по п.1 отличающийся тем, что в зависимости от соотношения солей процесс гидролиза значительно замедляется, вплоть до нескольких суток, что необходимо для удаленного доступа реагента в пласт.
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к составам для разработки обводненной нефтяной залежи в неоднородном терригенном коллекторе заводнением.
Известен способ разработки нефтяного месторождения путем закачки в нефтяной пласт гелеобразующего состава на основе солей алюминия и карбамида, причем в качестве солей алюминия используются жидкие алюмосодержащие отходы при следующих соотношениях, масс.%: жидкие алюмосодержащие отходы 20,0-75,0; карбамид 15,0-50,0; вода остальное [Алтунина Л.К., Кувшинов В.А., Стасьева Л.А. Способ разработки нефтяного месторождения. Патент РФ № 2120544 (E21B 43/22), опубликован 20.10.1998. - аналог].
Недостатком известного способа является нестабильность качества получаемого геля из-за неоднородности применяемых алюмосодержащих отходов, а также применение высоких концентраций реагентов.
Известен состав для изоляции водопритока к скважинам и повышения нефтеотдачи пластов при обработке обводненных скважин заводнением, содержащий соли алюминия, карбамид, полиакриламид и воду при следующем соотношении компонентов, масс.%: полиакриламид 0,5-2,5; хлорид алюминия 0,4-17,0; карбамид 1,5-30,0; вода остальное [Алтунина Л.К., Крылова О.А., Кувшинов В.А. и др. Состав для изоляции водопритока к скважинам и повышения нефтеотдачи. Патент РФ № 2076202 (E21B 43/22), опубликован 27.03.1997. - прототип].
Недостатком данного термотропного гелеобразующего состава является крупный размер частиц полиакриламида (ПАА) (более 100 мкм), не позволяющий нерастворенным частицам ПАА пройти в поровые каналы, поэтому требуется длительное время на приготовление раствора, связанное с растворением ПАА, которому препятствует низкий pH раствора, поскольку соли алюминия при гидролизе выделяют кислоты; низкие структурно-механические свойства комбинированного геля, состоящего из неорганических частиц гидроокиси алюминия и молекул органического водорастворимого полимера при пластовых температурах выше 80°C; а также недостаточно длительное время гелирования, что существенно ограничивает область применения данного состава.
Изобретение направлено на создание термотропного гелеобразующего состава для разработки обводненной нефтяной залежи в терригенном коллекторе путем закачки в нагнетательные скважины термотропной гелеобразующей композиции, содержащей хлорид или полиоксихлорид алюминия и воду, глубоко проникающей в пласт.
Результат достигается тем, что состав дополнительно содержит водорастворимую соль уксусной кислоты, например, ацетат натрия, и может содержать мочевину и мелкодисперсный ПАА. В результате реакции между хлоридом или полиоксихлоридом алюминия и ацетатом натрия происходит образование ацетата и/или ацетохлорида, и/или гидроксиацетата, и/или гидроксиацетатохлорида алюминия. Продукты реакции хорошо растворимы в холодной воде и гидролизуются при нагреве. В зависимости от соотношения солей гидролиз, возможно, значительно замедлить, вплоть до нескольких суток, что необходимо для удаленного доступа реагента в пласт, а получаемый гель обладает по сравнению с прототипом улучшенными структурно-механическими характеристиками; добавление в состав карбамида позволяет регулировать процесс гелеобразования и придавать ему селективные свойства за счет гидролиза карбамида с образованием аммиака, который хорошо растворим не только в воде, но и в углеводородах, поэтому в нефтенасыщенном пласте, из-за растворения аммиака в нефти, образования геля не происходит [Муляк В.В., Чертенков М.В., Силин М.А., Магадова Л.А. Способ разработки обводненной нефтяной залежи. Патент РФ № 2475635 (E21B 43/22), опубл. 20.02.2013], а добавление мелкодисперсного ПАА позволяет использовать состав не только в низкопроницаемых коллекторах, но и в пластах со средней и высокой проницаемостью.
Признаками изобретения «Состав многофункционального реагента для физико-химических МУН» являются:
1. Соль алюминия.
2. В качестве соли алюминия используется шестиводный хлорид алюминия.
3. В качестве соли алюминия используется полиоксихлорид алюминия - аквааурат.
4. Карбамид.
5.ПАА.
6. В качестве ПАА используется измельченный до 40-60 мкм высокомолекулярный гидролизованный ПАА- Chimeco TR- 1516.
7. В качестве ПАА используется измельченный до 60-80 мкм низкомолекулярный водонабухающий ПАА - АК-639.
8. Уксуснокислая соль.
9. В качестве уксуснокислой соли используется сухой технический ацетат натрия.
10. Пресная или минерализованная вода. Признаки 1-5 и 10 являются общими с прототипом, а признаки 6-9 существенными отличительными признаками изобретения.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Предлагается термотропный гелеобразующий состав для изоляции водопритока к скважинам и повышения нефтеотдачи, содержащий соли алюминия и воду, который дополнительно содержит соль уксусной кислоты, в качестве которой используется ацетат натрия, и может содержать карбамид и мелкодисперсный полиакриламид с диаметром частиц 40-80 мкм, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Хлорид или полиоксихлорид алюминия | 2,5-20,0 |
Ацетат натрия | 2,0-10,0 |
Карбамид | 0,0-30,0 |
Мелкодисперсный полиакриламид | |
с диаметром частиц 40-80 мкм | 0,0-2,5 |
Пресная или минерализованная вода | остальное |
Для исследований использовались:
1. Хлорид алюминия - кристаллический продукт белого или с желтоватым оттенком цвета, гигроскопичен, растворим в воде, спирте, эфире, хлороформе, выпускается по ГОСТ 3759-75.
2. Аквааурат 30 - полиоксихлорид алюминия - кристалический порошок желтоватого цвета, массовая доля оксида алюминия не менее 30%, массовая доля хлора - не менее 35%, выпускается по ТУ 2163-069-00205067-2007.
3. Карбамид - кристаллический продукт белого цвета, массовая доля азота, в пересчете на сухое вещество, не менее 46,2%, выпускается по ГОСТ 2081-92.
4. Ацетат натрия - бесцветное кристаллическое вещество, допускаются оттенки от светло-желтого до светло-коричневого цвета, массовая доля основного вещества - не менее 50%, выпускается по ТУ 2432-043-07510508-2003.
5. ПАА Chimeco TR-1516, ТУ 2216-083-17197708-2003, представляет собой высокомолекулярный частично гидролизованный водорастворимый полимер анионного типа на основе акриламида, молекулярный вес 14,5÷15,5 миллионов у.е, степень гидролиза 13,0÷17,7%, нерастворимый в воде остаток, не более 0,5 мас.%, размер частиц после помола составляет 40-60 мкм.
6. ПАА водопоглощающий, серия АК-639, марка В-415 представляет собой порошок белого или близкого к белому цвета, выпускается по ТУ 2216-016-55373366-2007, показатели качества приведены ниже:
Показатель | По ТУ |
Массовая доля нелетучих веществ, %, не менее | 88 |
Массовая доля остаточного акриламида, %, не более | 0,03 |
Равновесное поглощение в дистиллированной воде, г/г, не менее | 600 |
Массовая доля растворимой части, %, не более | 15 |
размер частиц после помола составляет 60-100 мкм.
7. Минерализованная вода плотностью 1,211 г/см3, с содержанием катионов Ca++ и Mg ++ 25 800 мг/л.
8. Минерализованная вода плотностью 1,012 г/см3, с содержанием катионов Ca ++ и Mg++ 1000 мг/л.
9. Пресная вода.
Примеры приготовления термотропной гелеобразующей композиции
Пример 1
В стеклянном стакане на 250 мл в 191,0 г (95,5 мас.%) минерализованной воды плотностью 1,211 г/см3 растворяется 5,0 г (2,5 мас.%) шестиводного хлорида алюминия и 4,0 г (2,0 мас.%) ацетата натрия. В результате смешиваемые реагенты полностью растворяются в воде, при этом получается однородный полупрозрачный раствор низкой вязкости.
Пример 2
В стеклянном стакане на 250 мл в 174,0 г (87,0 мас.%) пресной воды растворяется 14,0 г (7,0 мас.%) полиоксихлорида алюминия (аквааурата) и 12,0 г (6,0 мас.%) ацетата натрия. В результате смешиваемые реагенты полностью растворяются в воде, при этом получается однородный полупрозрачный раствор низкой вязкости.
Пример 3
В стеклянном стакане на 250 мл в 162,0 г (81,0 мас.%) минерализованной воды плотностью 1,012 г/см3 растворяется 20,0 г (10,0 мас.%) шестиводного хлорида алюминия, 8,0 г (4,0 мас.%) ацетата натрия и 10,0 г (5,0 мас.%) карбамида. В результате смешиваемые реагенты полностью растворяются в воде, при этом получается однородный полупрозрачный раствор низкой вязкости.
Пример 4
В стеклянном стакане на 250 мл в 130,0 г (65,0 мас.%) пресной воды растворяется 20,0 г (10,0 мас.%) полиоксихлорида алюминия (аквааурата), 8,0 г (4,0 мас.%) ацетата натрия и 40,0 г (20,0 мас.%) карбамида. В результате смешиваемые реагенты полностью растворяются в воде, при этом получается однородный полупрозрачный раствор низкой вязкости. В полученный раствор при перемешивании на лопастной мешалке вводится 2,0 г (1,0 мас.%) мелкодисперсного ПАА Chimeco TR-1516, полученный состав перемешивается до однородности.
Пример 5
В стеклянном стакане на 250 мл в 75,0 г (37,5 мас.%) минерализованной воды плотностью 1,012 г/см3 растворяется 40,0 г (20,0 мас.%) шестиводного хлорида алюминия, 20 г (10,0 мас.%) ацетата натрия, 60 г (30,0 мас.%) карбамида. В результате смешиваемые реагенты полностью растворяются в воде, при этом получается однородный полупрозрачный раствор низкой вязкости. В полученный раствор при перемешивании на лопастной мешалке вводится 5,0 г (2,5 мас.%) мелкодисперсного АК-639, полученный состав перемешивается до однородности.
Пример 6 (по прототипу)
В стеклянном стакане на 250 мл в 138,0 г (69,0 мас.%) пресной воды растворяется 20,0 г (10,0 мас.%) полиоксихлорида алюминия (аквааурата) и 40,0 г (20,0 мас.%) карбамида. В результате смешиваемые реагенты полностью растворяются в воде, при этом получается однородный полупрозрачный раствор низкой вязкости. В полученный раствор при перемешивании на лопастной мешалке вводится 2,0 г (1,0 мас.%) ПАА Chimeco TR-1516, полученный состав перемешивается до однородности.
Однородность приготовленных составов оценивалась визуально. Оценка размеров частиц ПАА, в мкм, в растворе проводилась при температуре 20°C при помощи микроскопа Микромед 2. Для исследования приготовленный состав, содержащий ПАА, выдерживался в течение 30 мин.
Приготовленные составы нагревались в термошкафу в закрытых тефлоновых стаканах при температуре 90°C. Консистентность полученного геля оценивалась по классификатору консистентности, представленному в таблице 1.
Результаты физико-химических исследований термотропных составов представлены в таблице 2.
Таблица 1 | |
Классификатор консистентности гелеобразующей композиции | |
Структурные характеристики композиции | Код |
Исходный раствор | A |
Вязкий раствор | B |
Очень пластичный, высокоподвижный гель | C |
Очень пластичный, подвижный гель | D |
Очень пластичный, умеренно подвижный гель | E |
Пластичный, подвижный гель | F |
Пластичный, умеренно подвижный гель | G |
Пластичный, малоподвижный гель | H |
Высокодеформируемый, неподвижный гель | I |
Умеренно деформируемый, неподвижный гель | J |
Малодеформируемый, неподвижный гель | K |
Твердый гель | L |
Таблица 2 | |||||||
Результаты физико-химических исследований термотропных составов | |||||||
№ п/п | Компоненты составов / № № примеров | Содержание в термотропном составе, мас.% | |||||
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 Прототип | ||
1 | Вода пресная | - | 87,0 | - | 65,0 | - | 69,0 |
2 | Вода минерализованная, 20°C=1,012 г/см3 | - | - | 81,0 | - | 37,5 | - |
3 | Вода минерализованная, 20°C=1,211 г/см3 | 95,5 | - | - | - | - | - |
4 | Оксихлорид алюминия | - | 7,0 | - | 10,0 | - | 10,0 |
5 | Хлорид алюминия шестиводный | 2,5 | 10,0 | 20,0 | |||
6 | Ацетат натрия | 2,0 | 6,0 | 4,0 | 4,0 | 10,0 | - |
7 | Карбамид | - | - | 5,0 | 20,0 | 30,0 | 20,0 |
8 | ПААТК-1516 | - | - | - | 1,0 | - | 1,0 |
9 | ПАА АК-639 | - | - | - | - | 2,5 | - |
Исследования геля при 20°C | |||||||
Однородность (да/нет) | да | да | да | да | да | нет | |
Размер набухших частиц ПАА | менее 100 мкм | менее 100 мкм | более 100 мкм | ||||
Исследования геля при 90°C | |||||||
Время образования геля, час | 12 | 4 | 48 | 5 | 8 | 4 | |
Консистентность геля по класификатору консистенции | D | L | L | L | L | I |
Нижний предел концентрации реагентов определялся способностью образовывать гель, а верхний - экономической целесообразностью.
Время гелеобразования при одинаковой температуре исследования зависит от концентрации реагентов. Из таблицы 1 следует, что для состава 4 и состава по прототипу (состав 6) с одинаковой концентрацией хлорида алюминия и карбамида, время образования геля также одинаково.
Образование геля объясняется реакцией гидролиза карбамида при температуре выше 60°C:
(NH2)2-CO+H2O 2NH +CO
МНз+H2O -> NH40H
3NH4OH+AlCl 3 3NH4Cl+Al(OH)3
Однако состав 4, дополнительно содержащий ацетат натрия, имеет более прочную структуру геля, так консистентность состава 4 по классификатору консистенции - L (твердый гель), в то время как гель по прототипу имеет консистенцию I (высокодеформируемый, неподвижный гель).
Составы, не содержащие карбамид (составы 1-2) также образуют гели: в результате реакции между хлоридом или полиоксихлоридом алюминия и ацетатом натрия происходит образование ацетата и/или ацетохлорида, и/или гидроксиацетата, и/или гидроксиацетатохлорида алюминия, продукты реакции гидролизуются при нагреве с образованием геля гидроксида алюминия и дигидроксиацетата алюминия. Наличие в составе геля дигидроксиацетата алюминия увеличивает консистенцию геля по сравнению с гелем гидроксида алюминия, это наблюдается также и в составах, содержащих и ацетат натрия и карбамид (составы 3-5).
Предлагаемые составы, содержащие ПАА, отличаются от прототипа тем, что полученные суспензии однородны, подвижны, имеют малый размер частиц (менее 100 мкм) и могут быть закачены в высокопроницаемый, в т.ч. трещиноватый терригенный коллектор, в то время как в составе по прототипу набухшие частицы имеют размер, значительно превышающий 100 мкм, что создаст проблемы при закачке суспензии, а растворение ПАА в кислой минеральной среде потребует значительного времени.
Для оценки тампонирующих свойств термотропных гелеобразующих составов были проведены фильтрационные исследования.
Для выполнения фильтрационных экспериментов была использована фильтрационная установка высокого давления HP-CFS и наполненные песком термостатированные насыпные модели пласта (длина моделей составляла 47,5 см; диаметр 3,09 см; площадь поперечного сечения 7,5 см2).
В таблице 3 представлены результаты фильтрационных исследований на водонасыщенных моделях терригенного пласта по оценке тампонирующего эффекта термотропного гелеобразующего состава.
Опыты были проведены при температуре 90°C, для оценки тампонирующих свойств в водонасыщенные модели было закачено по 2 Vпор гелеобразующего состава (составы 4 и 6 и из таблицы 2).
Таблица 3 | ||||
Результаты фильтрационных исследований | ||||
№ п/п | Состав жидкости воздействия | Количество компонента | Проницаемость образца по пластовой воде, =1,012 г/см3, мкм | |
до воздействия | после воздействия | |||
2. 3. | Закачка состава 4 (таблица 1) Закачка состава 6 (таблица 1) | 2 объема пор 2 объема пор | 1,850 1,790 | 0,053 0,235 |
Как следует из таблицы, предлагаемый состав обладает большим тампонирующим эффектом, чем состав по прототипу.
Класс E21B43/22 с применением химикалий или бактерий
Класс E21B33/138 глинизация стенок скважины, закачивание цемента в поры и трещины породы
Класс C09K8/508 высокомолекулярные соединения