состав для регулирования разработки нефтяных месторождений

Формула изобретения

Состав для биополимерного воздействия на призабойную зону нефтяных скважин, состоящий из водного раствора полимера, жидкого стекла и соляной кислоты, отличающийся тем, что в качестве полимера используют экзополисахарид, продуцируемый штаммом Azotobacter vinelandii (Lipman) ФЧ-1, ВКПМ В-5933 в виде культуральной жидкости, и состав содержит дополнительно поверхностно-активное вещество неонол АФ 9-12 при следующем соотношении компонентов в составе, мас.%:

Указанный экзополисахарид - 5 - 20

Неонол АФ 9-12 - 0,02 - 0,1

Жидкое стекло - 5 - 20

Соляная кислота - 0,05 - 0,08

Вода - Остальное до 100н

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к биотехнологии в нефтяной промышленности и может найти применение при разработке неоднородных по проницаемости и нефтенасыщенности нефтяных коллекторов.

Большинство нефтяных месторождений характеризуются низкими значениями конечной нефтеотдачи, что обусловлено различием коллекторских свойств нефтесодержащих пластов, неоднородностью по проницаемости и нефтенасыщенности различных пропластков, особенностями реологических характеристик нефти.

Одним из способов увеличения нефтеотдачи в этих случаях является использование составов (нефтевытесняющих агентов) для изоляции пластовых вод в нефтяных скважинах за счет заполнения пор пласта различными химическими реагентами, тампонирующими веществами.

Оптимальными могут считаться нефтевытесняющие агенты, вязкость которых в обычных условиях (на поверхности и в процессе закачки) имеет низкие значения, они хорошо фильтруются в пористой среде. В пластовых условиях их реологические свойства должны изменяться, вязкость должна увеличиваться многократно. Для достижения значительных результатов по изменению профилей приемистости необходимо обеспечить проникновение композиции преимущественно в высокопроницаемые, высокообводненные пропластки.

Важно, чтобы закачиваемый в пласт нефтевытесняющий агент не ухудшал фильтрационных характеристик низкопроницаемой нефтенасыщенной зоны пласта.

Для обеспечения указанных требований возможно использование различных составов на основе полимеров и биополимеров.

Известны составы для изоляции пластовых вод в нефтяных скважинах на основе водных растворов полимеров и тампонирующих добавок. В качестве тампонирующих добавок используют древесную муку (пат. РФ 2057914), мел (ав. свид. СССР 1044768), песок, глинопорошок, известковый порошок (пат. РФ 2090746, 2065945), резиновую крошку (пат. РФ 2085714), золу (пат. РФ 1773101), жидкое стекло (авт. свид. СССР 953193). В качестве полимеров используют полиакриламид, полиоксиэтилен, карбоксиметилцеллюлозу (пат. РФ 2071555) и полисахариды, продуцируемые микроорганизмами (ав. свид. СССР 1617133, 1713920).

Основным недостатком известных составов является использование достаточно большого количества ингредиентов, их невысокая эффективность при использовании в неоднородных по проницаемости пластах. Обычные изолирующие составы на основе древесной муки и полимеров снижают проницаемость трещиноватых и высокопроницаемых зон пласта, но при этом уменьшается проницаемость как для воды, так и для нефти, т.е. составы не обладают селективностью.

Известны составы для выравнивания профиля приемистости в нагнетательных скважинах на основе биополимера, в качестве которого используют водный раствор экзополисахарида, продуцируемого штаммом бактерий Azotobacter vinelandii (Lipman) ВЧ-1 ВКПМ В-5933 в виде культуральной жидкости, в которых в качестве тампонирующей добавки используют крахмал (пат. РФ 2073789), древесную муку (пат. 2168004), квасцы (пат. РФ 2107811), гексарезорциновые смолы и формальдегид (пат. РФ 2073788), глину (пат. РФ 2128283), тампонирующую добавку на основе бумаги, пропитанной аминоформальдегидной и фенолформальдегидной смолами (пат. РФ 2128284). Использование указанного состава не позволяет комплексно воздействовать на призабойную зону нагнетательных скважин при наличии в зоне трещиноватых структур.

Недостатки известных составов на основе полимеров и сшивающих добавок связаны с ограничениями по условиям применимости (пластовые температуры, минерализация пластовых вод, гидрофильность пород коллектора и т.п.), с одной стороны, и недостаточной прочностью образуемых в пласте гелей, с другой. Как правило, технологии применения известных составов на основе полимеров и сшивающих добавок не обеспечивают необходимую селективность, т.е. преимущественное проникновение состава в водонасыщеные зоны с повышенной гидропроводностью. К недостаткам известных составов следует также отнести неудовлетворительное управление кинетикой гелеобразования. В ряде случаев неконтролируемое образование геля начинается сразу после смешения компонентов, что препятствует проникновению состава в расчетные участки призабойной зоны.

Известен состав для регулирования разработки нефтяных месторождений, состоящий из раствора биополимера "Симусан", жидкого стекла, используемого в качестве тампонирующей добавки, и биологического поверхностно-активного вещества КШАС-М (пат. РФ 2136869). Биополимер "Симусан" представляет собой культуральную жидкость микроорганизма Acinetobacter sp, биологический ПАВ КШАС-М представляет собой природную композицию биоПАВ гликолипидной природы, продуцируемой культурой микроорганизмов Pseudomonas acruginosa S-7.

К недостаткам указанного состава следует отнести недостаточную селективность и неудовлетворительное управление кинетикой гелеобразования, т.к. гелеобразование (судя по описанию к патенту) происходит за счет взаимодействия с солями многовалентных металлов пластовой минерализованной воды, концентрация которых a"priori неизвестна, а следовательно, отсутствует возможность управления кинетикой процесса гелеобразования и механическими свойствами образующегося геля.

Наиболее близким к предлагаемому составу является состав для регулирования разработки нефтяных месторождений из водного раствора полимера "Гипан", жидкого стекла, соляной кислоты (пат. РФ 1774689). Полимер "Гипан" - 14-22%-ный водный раствор гидролизованного полиакрилонитрила. Жидкое стекло в качестве тампонирующей добавки является дешевым и доступным сырьем. Использование этого состава позволяет получать высокопрочные гели с заданной кинетикой гелеобразования.

К недостаткам указанного состава следует отнести низкую устойчивость образовавшегося геля к высоким температурам (переход со временем геля кремневой кислоты хSiO₂yH₂O в золь с образованием песка SiO₂ и воды) и к динамическим нагрузкам (хрупкость). При высоких депрессиях и (или) в результате изменения режима работы скважины в геле образуются трещины, что приводит к низкой эффективности состава.

Целью настоящего изобретения является создание состава, лишенного недостатков прототипа, а именно создать состав из доступного сырья, включающего биополимер с высокими реологическими показателями, селективно повышающий фильтрационное сопротивление движению воды в высокопроницаемых промытых зонах.

Поставленная цель достигается за счет использования состава, включающего водный раствор экзополисахарида, продуцируемого штаммом Azotobacter vinelandii (Lipman) ФЧ-1, ВКПМ В-5933 в виде культуральной жидкости, жидкое стекло, в качестве ПАВ неонол АФ 9-12 и соляную кислоту при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Экзополисахарид - 5 - 20

Неонол АФ 9-12 - 0,02 - 0,1

Соляная кислота - 0,05 - 0,08

Вода - Остальное до 100%

Экзополисахарид, продуцируемый штаммом Azotobacter vinelandii (Lipman) ФЧ, обеспечивает гидрофобизацию поверхности жидкого стекла, что, в свою очередь, приводит к селективному ограничению гидропроводности высокопроницаемых, промытых водой зон пласта. Наличие ПАВ позволяет сделать всю систему эластичной и прочной одновременно, замедляет процесс гелеобразования при высоких температурах.

Неонол АФ 9-12 является неионогенным ПАВ и представляет собой техническую смесь полиэтиленгликолевых эфиров моноалкилфенолов формулы С₉H₁₉О₆H₄О(С₂Н₄О)_n Н, где C₉H₁₉ - алкильный радикал изононил, присоединенный преимущественно в пара положении к гидроксильной группе, n - усредненное число молей окиси этилена, присоединенное к одному молю алкилфенолов, усредненная степень оксиэтилирования равна 12.

Соляная кислота вступает в реакцию с жидким стеклом, образуя гелеобразную хрупкую и нестабильную систему, которая быстро разрушается на воду и SiO₂.

При закачке в неоднородный по проницаемости пласт предлагаемого состава происходит селективная изоляция. Во первых, заявляемый состав проникает не только в высокопроницаемые, промытые зоны пласта, делая их непроницаемыми для воды. Во вторых, состав становится практически непроницаемым для воды, сохраняя при этом достаточно эластичную и прочную структуру.

При закачивании заявляемого состава в пласт, поступая в основном в высокопроницаемые обводненные зоны, он внедряется в пласты кроме горизонтального направления и в вертикальное направление, т.е. поперек пластования, что способствует повышению охвата пластов.

Раствор экзополисахарида, продуцируемого штаммом Azotobacter vinelandii (Lipman) ФЧ-1, ВКПМ В-5933 в виде культуральной жидкости, неонол АФ 9-12, жидкое стекло и кислота образуют пространственно-сшитую сетку из макромолекул экзополисахарида и образовавшейся кремневой кислоты с образованием как водородных, так и гидрофильно-гидрофобных связей, что приводит к повышению структурно-механических свойств и приобретению упругих и эластичных свойств состава, образованного в призабойной зоне пласта за счет межмолекулярного физико-химического взаимодействия полимера и геля кремневой кислоты. Экзополисахаридная композиция защемляется в трещинах, образует с наполнителем пространственную структуру, обеспечивая надежную изоляцию пропластков.

За счет наличия в составе неонола АФ 9-12 происходит замедление гелеобразования во времени состава, что обеспечивает наиболее надежное проникновение состава в водопроводящих каналах.

Для доказательства соответствия заявляемого состава критерию "промышленная применимость" приводим конкретные примеры приготовления состава и его использования на промысле.

Пример 1.

Узел приготовления состава состоит из вертикальной цилиндрической емкости, в нижней части которой тангенциально вмонтированы два патрубка для подачи воды. Из резервной емкости подается экзополисахарид, продуцируемый штаммом Azotobacter vinelandii (Lipman) ФЧ-1, ВКПМ В-5933 в виде культуральной жидкости.

Затем добавляют расчетное количество неонола АФ 9-12 и жидкого стекла и соляной кислоты. Перемешивание в емкости осуществляется за счет гидравлического вращения воды внутри емкости. Отбор приготовленного состава и подача его в скважину осуществляется с помощью цементировочного агрегата ЦА-320. Получаемые по примеру составы приведены в табл.1

Вариации концентрации входящих в состав ингредиентов позволяют регулировать время образования геля и его прочностные характеристики (см. табл. 2).

Такой способ биополимерного воздействия на нефтяные залежи возможен исключительно из-за высокой устойчивости экзополисахарида, продуцируемого штаммом Azotobacter vinelandii (Lipman) ФЧ-1, ВКПМ В-5933 в виде культуральной жидкости, к сдвиговой деградации.

В состав экзополисахарида, продуцируемого штаммом Azotobacter vinelandii (Lipman) ФЧ-1, ВКПМ В-5933, входят лауриновая и пальмитиновая кислоты, нейтральные моносахариды, глюкоза, манноза, ксилоза, галактоза (следы), уроновые кислоты. Раствор экзополисахарида термоустойчив до 120^oС, характеризуется биологической стабильностью, устойчив к воздействию микроорганизмов. Заявляемый экзополисахарид проявляет ярко выраженные гидрофильные и гидрофобные свойства и имеет повышенную способность к гелеобразованию. Разбавленные растворы экзополисахарида (5%-ный раствор) обладают большой вязкостью при малых скоростях сдвига. Растворы других полимеров (полимер по прототипу, полиакриламид, полиоксиэтилен, карбоксиметилцеллюлоза) теряют из-за сдвиговой деградации необходимые реологические характеристики.

Данный вывод подтвержден экспериментальными исследованиями, результаты которых сведены в табл. 2.

Существенным техническим приемом заявляемого способа биологического воздействия на неоднородные по проницаемости и нефтенасыщенности нефтяные скважины за счет использования заявляемого состава является наличие экзополисахарида, продуцируемого штаммом Azotobacter vinelandii (Lipman) ФЧ-1, ВКПМ В-5933 в виде культуральной жидкости, который придает жидкому стеклу эластичную и высокую стабильность во времени.

Промысловая апробация заявляемого состава проводилась на Барсуковском месторождении ОАО "Роснефть-Пурнефтегаз". В скважину закачали 12 м³ состава (из расчета 1 м³ на 1 м перфорированной части фильтра).

Результаты исследования сведены в табл. 3 и 4. В качестве прототипа взят состав по патенту 1774689 (Гипан 1,0, жидкое стекло 6,0, соляная кислота 0,4, вода - остальное).