состав для изоляции водопритока в добывающую скважину и регулирования профиля приемистости нагнетательных скважин

Формула изобретения

Состав для изоляции водопритока в добывающую скважину и регулирования профиля приемистости нагнетательных скважин, содержащий водорастворимый полимер, щелочь и воду, отличающийся тем, что дополнительно содержит ацетоноформальдегидную смолу, в качестве полимера он содержит полиакриламид или полиэтиленоксид, в качестве щелочи он содержит едкий натр, или калий, или каустическую соду при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Полиакриламид или полиэтиленоксид	0,05-0,5
Едкий натр, или калий, или каустическая сода	1,0-5,0
Ацетоноформальдегидная смола	2,0-90,0
Вода	Остальное

Описание изобретения к патенту

Предложение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к составам для изоляции водопритока в добывающую скважину и регулирования профиля приемистости нагнетательных скважин в слоисто-неоднородных и трещиноватых коллекторах.

Известен полимерный тампонажный состав для ограничения водопритока, изоляции зон поглощений в скважинах, содержащий ацетоноформальдегидную смолу, мочевину, метасиликат натрия или калия и воду (Авт. св. №1350331 СССР, МПК Е 21 В 33/138, опубл. 1987 г.).

В известном составе при взаимодействии указанных реагентов происходит процесс образования геля, что позволяет использовать его для изоляции притока воды.

Недостатком состава является то, что при введении метасиликата натрия или калия в ацетоноформальдегидную смолу происходит процесс отверждения, в результате образуется твердая или упругая пластмасса с низкой фильтруемостью, которая не дает возможности проникнуть им в мелкие зазоры и трещины на большое расстояние и создать изоляционный экран большого радиуса, что отрицательно сказывается на закупоривающей способности состава и качестве изоляции.

Кроме того, данный состав подвержен разрушению при депрессии в пласте, в результате нарушается сплошность экрана, сцепление со стенкой скважины и снижается эффективность изоляции.

Известен состав для регулирования проницаемости пласта и изоляции водопритоков, включающий щелочь, водорастворимый полимер и воду (патент №2147671 РФ, МПК⁷ Е 21 В 33/138, 43/32, опубл. 20.04.2000). Для приготовления состава в качестве щелочи используют гумат натрия, в качестве полимера - полиакриламид или карбоксиметил-целлюлозу, в качестве воды используют пресную воду. При смешении состава в пласте с минерализованными водами или специально закаченными оторочками растворов солей двух- и трехвалентных металлов происходит коагуляция и осаждение гуминовых веществ с образованием объемных и рыхлых осадков. Водорастворимый полимер увеличивает объем образующегося осадка и способствует образованию более крупных агрегатов гуминовых веществ, что повышает эффективность действия состава в высокопроницаемых пластах. Однако образованные объемные осадки в обводненных высокопроницаемых зонах и пропластках недостаточно эффективно способствуют изоляции водопритока в добывающую скважину и регулированию профиля приемистости нагнетательных скважин из-за низкой прочности и стабильности состава и отсутствия адгезии.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является состав для изоляции водопритока в добывающую скважину и регулирования профиля приемистости нагнетательных скважин, включающий водорастворимый полимер, щелочь и воду (см. Горбунов А.Т., Бученков Л.Н. Щелочное заводнение // М.: Недра. - 1989. - С.42-48). В качестве водорастворимого полимера используют полиакриламид, в качестве щелочи - едкий натр или кальцинированную соду. Применение смеси полимера и щелочи в соотношении 1:1 при концентрации реагентов в растворе 0,1% позволяет максимально повысить фильтруемость состава за счет снижения вязкости и адсорбции полимера. Образуется неоднородная система, представляющая собой объемные и рыхлые осадки, в которой молекулы полимера связывают отдельные частицы осадка в более плотные агрегаты.

Недостатком известного состава является низкая эффективность изоляции водопритока в добывающую скважину и регулирования профиля приемистости нагнетательных скважин в слоисто-неоднородных и трещиноватых коллекторах за счет отсутствия эластичных свойств и способности к обратимым деформациям получаемого осадка, недостаточно высоких прочностных и адгезионных свойств в пористой среде, обеспечивающих глубокое проникновение в пласт и прочность сцепления состава с породой. Кроме того, при контакте состава с минерализованной пластовой водой резко возрастает его вязкость, и образуются плотные агрегаты, которые не способны проникать на значительную глубину пласта и формировать водоизоляционный экран. Ограничение используемых компонентов состава и их количественного соотношения сужает технологические возможности использования состава.

Технической задачей предложения является повышение прочностных и адгезионных свойств состава при одновременном получении однородной эластичной системы и обеспечении глубокого проникновения состава в высокопроницаемый пласт, более полного перекрытия поровых каналов и перераспределения на низкопроницаемые, неохваченные заводнением зоны, расширение диапазона гелеобразования состава, повышение его стабильности и расширение технологических возможностей состава.

Поставленная задача решается тем, что состав для изоляции водопритока в добывающую скважину и регулирования профиля приемистости нагнетательных скважин, содержащий водорастворимый полимер, щелочь и воду, согласно предложению, дополнительно содержит ацетоноформальдегидную смолу, в качестве полимера он содержит полиакриламид или полиэтиленоксид, в качестве щелочи он содержит едкий натр или калий или каустическую соду при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Полиакриламид или полиэтиленоксид	0,05-0,5
Едкий натр или калий или каустическая сода	1,0-5,0
Ацетоноформальдегидная смола	2,0-90,0
Вода	остальное

При смешении ацетоноформальдегидной смолы с полиакриламидом или полиэтиленоксидом в присутствии едкого натра или калия или каустической соды и воды с минерализацией от 0,5 до 260 г/л происходит дополнительное структурирование метилольных групп с образованием однородной гомогенной системы. В результате протекания этой реакции образуется эластичный гель с широким диапазоном гелеобразования, обеспечивающий глубокое проникновение состава в высокопроницаемый пласт, полное перекрытие поровых каналов и перераспределение на низкопроницаемые, неохваченные заводнением зоны с образованием водоизоляционного экрана, представляющего собой прочную структуру с ярко выраженным синергетическим эффектом при определенном соотношении компонентов, что обеспечивает увеличение нефтеотдачи и ограничение водопритока в скважину. Дополнительное введение ацетоноформальдегидной смолы в состав повышает его стабильность, прочность сцепления с пористой средой.

Состав для изоляции водопритока в добывающую скважину и регулирования профиля приемистости нагнетательных скважин эффективен как на ранней, так и на поздней стадиях разработки нефтяных месторождений со слоисто-неоднородными и трещиноватыми коллекторами.

При приготовлении состава используют следующие реагенты:

в качестве водорастворимого полимера:

- полиакриламид (ПАА) - отечественный по ТУ 6-16-2531-81, ТУ 6-01-1049-81, ТУ 14-6-121-75, импортные с молекулярной массой (3-15)·10⁶;

- полиэтиленоксид (ПЭО) с молекулярной массой (1,5-10)·10⁶;

в качестве щелочи:

- щелочные реагенты (едкий натр или калий (ГОСТ 2263-79), каустическая сода;

ацетоноформальдегидная смола (АЦФ) по ТУ 2228-006-48090685-2002, представляет собой однородную жидкость от светлого до коричневого цвета.

Анализ патентной и научно-технической литературы позволил сделать заключение об отсутствии технических решений, содержащих существенные признаки заявляемого состава, выполняющих аналогичную задачу, следовательно, предлагаемый состав отвечает критериям "новизна" и "изобретательский уровень".

Эффективность заявляемого состава определяют экспериментально по ниже описанным методикам.

Состав готовят следующим образом в различных массовых соотношениях.

Водорастворимый полимер (ПАА или ПЭО) готовят путем дозирования в воду с минерализацией от 0,5 до 260 г/л при перемешивании в течение одного часа. Затем в полученный раствор вводят ацетоноформальдегидную смолу и перемешивают не более 30 минут. В приготовленную композицию добавляют водный раствор едкого натра или калия или каустическую соду, перемешивают в течение 10-20 минут и оставляют на время гелеобразования. После чего измеряют сдвиговую прочность образовавшегося геля.

Время гелеобразования определяют по интервалу времени от момента смешения реагентов до момента потери текучести композиции и образования объемной структуры.

Прочностные и адгезионные свойства образующихся гелей оценивают значением сдвиговой прочности геля при скорости сдвига 1,4 с^-1, измеренным на ротационном вискозиметре "Полимер РПЭ-1М".

Стабильность состава определяют по изменению прочностных свойств во времени: в начальный момент образования объемной структуры и через 12 месяцев.

Ниже приведены примеры, подтверждающие возможность осуществления предложения.

Пример 1 (соответствует п.38). Приготовление состава для изоляции водопритока в добывающую скважину.

Состав готовят при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Полиакриламид	0,2
Едкий натр	2,0
Ацетоноформальдегидная смола марки АЦФ-75	25,0
Вода с минерализацией 0,5 г/л	72,8

ПАА растворяют в воде и перемешивают в течение одного часа. Затем в полученный раствор добавляют ацетоноформальдегидную смолу и перемешивают с помощью механической мешалки в течение 30 минут. Затем в приготовленную композицию добавляют едкий натр и перемешивают в течение 10 минут. Отбирают половину приготовленной композиции для определения стабильности состава. Начальная вязкость состава составляет 25 мПа·с. Время гелеобразования - 2 часа. Сдвиговая прочность геля 1050 Па.

Отобранный состав стабилен, то есть не изменяет свои технологические показатели в течение 12 месяцев, прочность увеличилась в 1,5 раза.

Пример 2 (соответствует п.10). Приготовление состава для регулирования профиля приемистости нагнетательных скважин.

Состав готовят при следующем соотношении компонентов, мас.%:

ПЭО	0,05
Каустическая сода	1,5
Ацетоноформальдегидная смола марки АЦФ-65	2,0
Вода с минерализацией 60 г/л	96,45

ПЭО растворяют в воде и перемешивают в течение одного часа. Затем в полученный раствор добавляют ацетоноформальдегидную смолу и перемешивают с помощью механической мешалки в течение 25 минут. Затем в приготовленную композицию добавляют каустическую соду и перемешивают в течение 15 минут. Отбирают половину приготовленной композиции для определения стабильности состава. Начальная вязкость полученного состава составляет 7,5 мПа·с. Время гелеобразования - 24 часа. Сдвиговая прочность геля - 350 Па.

Отобранный состав сохраняет стабильность, то есть не изменяет свои технологические показатели в течение 12 месяцев, прочность увеличилась в 1,5 раза.

Примеры по пп.13-18, 20-23, 25-34, 36, 38-75, 77-80 производят аналогично примеру 1.

Примеры по пп.10, 12, 29 производят аналогично примеру 2.

Результаты испытаний предлагаемого состава и состава прототипа приведены в таблице 1. Из таблицы 1 видно, что величина сдвиговой прочности геля зависит от количественного содержания компонентов. Оптимальными концентрациями компонентов являются составы 10, 12-18, 20-23, 25-34, 36, 38-75, 77-80, при этом водорастворимого полимера 0,05-0,5 мас.%, щелочи 1,0-5,0 мас.%, ацетоноформальдегидной смолы 2,0-90,0 мас.%, воды - остальное.

При содержании в составе ацетоноформальдегидной смолы менее 2,0 мас.% сдвиговая прочность геля составляет 50 Па (состав 9) и несущественно отличается от прототипа 45 Па (состав 87).

При введении ацетоноформальдегидной смолы сдвиговая прочность предлагаемого состава увеличивается по сравнению с составом прототипа (составы 87, 88) и приводит к дополнительному структурированию и увеличению адгезионных свойств.

При содержании водорастворимого полимера менее 0,05 мас.% и щелочи менее 1,0 мас.% не происходит образование геля и при смешении с ацетоноформальдегидной смолой не приводит к образованию прочного состава (составы 1-8,11) и не обеспечивает эффективности изоляционных работ.

При увеличении содержания в составе ПАА или ПЭО более 0,5 мас.%, ацетоноформальдегидной смолы более 90 мас.% использовать состав нецелесообразно с экономической и с технологической точек зрения: из-за увеличения стоимости состава и снижения времени гелеобразования состава. При закачке в пласт состав не обеспечивает проникновение в пористую среду (составы 19, 24, 35, 37, 76, 81-86).

Из таблицы 1 видно, что дополнительное введение ацетоноформальдегидной смолы позволяет получить состав с улучшенными технологическими свойствами при одновременном получении однородной эластичной системы, что обеспечивает глубокое проникновение состава в высокопроницаемый пласт, более полное перекрытие поровых каналов и перераспределение на низкопроницаемые, неохваченные заводнением зоны. Расширяется диапазон гелеобразования состава и повышается его стабильность.

Для оценки эффективности изоляции и снижения водопритока проведены опыты на насыпных моделях пласта общепринятым методом. Модель пласта представляла собой металлическую трубку длиной 0,5 м, диаметром 0,03 м, набитую кварцевым песком определенной фракции. Модель пласта сначала вакуумировали, насыщали водой, определяли исходную проницаемость по воде, затем закачивали исследуемые составы. Размер оторочки состава от объема пор составлял 30%. Модель выдерживали в течение суток для полного гелеобразования, затем переворачивали и в обратном направлении определяли проницаемость по воде. Тем самым моделировали процесс пуска скважин и добычи нефти из пласта после проведения водоизоляционных работ. Во всех опытах перепад давления между торцами модели пласта составлял 0,1 МПа.

Эффект изоляции (Э) определяли по формуле:

Э=(K₁-K₂)/K₁·100%;

где К₁ - проницаемость по воде до закачки предлагаемого состава, мкм²;

К₂ - проницаемость по воде после закачки предлагаемого состава, мкм².

Результаты исследований представлены в таблице 2, при этом номера закачиваемых составов соответствуют номерам составов в таблице 1 (№ п/п).

Из таблицы 2 видно, что предлагаемый состав в отличие от прототипа обладает высокой эффективностью изоляции (98-100%) против 83-88% по прототипу.

Адгезионные свойства определяют по характеру разрушения образцов модели пласта. При разрушении образцов модели пласта предлагаемый состав не разрушается, а сохраняет структуру сшитого геля и остается прочно сцепленным с моделью пласта. Состав по прототипу не образует связанную структуру с моделью пласта, что дает возможность судить об увеличении адгезии предлагаемого состава.

Таким образом, приведенные результаты испытаний состава для изоляции водопритока в добывающую скважину и регулирования профиля приемистости нагнетательных скважин свидетельствуют о возможности получения однородной эластичной системы (геля), обеспечивающей глубокое проникновение состава в высокопроницаемый пласт, более полного перекрытия поровых каналов и перераспределения на низкопроницаемые, неохваченные заводнением зоны, обладающих высокой прочностью и адгезией к породам пласта при одновременном расширении диапазона гелеобразования состава и повышения его стабильности.

Предложение позволяет повысить качество изоляционных работ по ограничению водопритока в нефтяные скважины и работ по регулированию профиля приемистости нагнетательных скважин, что обеспечивает получение дополнительной добычи нефти.

Таблица 1
№ п/п	Состав, мас %							Начальная вязкость, мПа·с	Прочность, Па	Время гелеобразования, ч	Прочность состава, Па	Примечание
	Водораств. полимер		АЦФ	Щелочь			Вода
	ПАА	ПЭО		Едкий натр	Едкий калий	Кауст. сода
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13
1	0,01	-	2,0	1,0	-	-	96,99	1,2	-	-		Геля нет
2	0,01		25	5,0			69,99	3,0				осадок
3		0,01	30	-		0,5	69,49	6,0				Геля нет
4	0,01		50		5,0		44,99	10,0		3		паста
5	0,01		60	5,0			34,99	23,0		1.5		камень
6		0,01	70			5,0	24,99	62	-	1,0		-"-
7	0,01		80	5,0	-	-	14,99	115	-	6,5		загущение
8	0,01		90	5,0			4,99	248		0,5		камень
9	0,05		1,5	1,5			96,95	6,0	50	36		Гель слабый
10		0,05	2,0			1,5	96,45	7,5	350	24	530	гель
11	0,05		5,0	0,5			94,45	8,0	70	48	150	Гель слабый
12	0,05		5,0	1,5			93,45	8,0	450	24	900	гель
13	0,05		25	3,0			71,95	8,0	1000	5,0	2500	гель
14	0,05		25	5,0			69,95	8,0	1500	5,0	3000	гель
15		0,05	30	5,0			64,95	11,0	1950	4,5	3800	гель
16		0,05	30		5,0		64,95	10,9	1920	4,5	3720	гель
17	0,05		50	2,0			47,95	12,0	1700	6,0	3800	гель
18	0,05		50	5,0			44,95	12,3	4200	3,5	6700	гель
19	0,05		50	6,0			43,95	13	4300	0,16	8500	Твердая масса
20	0,05		60		2,0		37,95	31,0	3700	4,5	6400	гель
21	0.05		60		5,0		34,95	31,0	4800	2	7450	гель
22	0,05		70			2,0	27,95	71	4100	3	7130	гель
23	0,05		70			5,0	24,95	71	4950	2	7600	гель
24	0,05		70			6,0	23,95	71	5000	0,33	7680	Твердая масса
25	0,05		80	1,0			18,95	90	3150	24	3780	гель
26		0,05	80	1,0			18,95	105	3000	24	3600	гель
27	0,05		90	1,0			8,95	110	3650	1,0	5475	гель

Продолжение таблицы 1
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13
28	0,05		90	1,5			8,45	110	4100	0,3	6150	гель
29	0,1		10			2,0	87,9	11,0	210	15	1050	гель
30	0,1		25	2,0			72,9	9,0	750	5,0	3700	гель
31	0,1		30	2,0			67,9	11,0	820	5,0	4100	гель
32	0,1		50	2,0			47,9	12,0	1200	4,0	1820	гель
33	0,1		50	5,0			44,9	12,0	2100	5-6	3150	гель
34	0,1		60		5,0		34,9	30,0	4310	4,0	8620	гель
35	0,1		60		6,0		33,9	35,0	4380	0,5	15330	Твердая масса
36	0,1		70		5,0		24,9	75,0	5000	4,5	9500	гель
37	0,1		70		6,0		23,9	80,0	5100	0,5	15450	Твердая масса
38	0,2		25	2,0			72,8	25	1050	5,0	2575	гель
39	0,2		25	3,0			71,8	25	1540	4,5	3080	гель
40	0,2		25	5,0			69,8	25	2100	3,5	4500	гель
41		0,2	30	2,0			67,8	30	1360	4-5	3050	гель
42	0,2		50	2,0			47,8	35	1600	3,0	3200	гель
43	0,2		60	3,0			36,8	42	2900	3,0	6100	гель
44	0,2		70	3,0			26,8	60	4200	3,0	7950	гель
45	0,2		80	1,5			18,3	105	900	4,0	3600	гель
46	0,2		90	1,5			8,3	110	990	3-4	4200	гель
47	0,3		25	1.0			73,7	26	360	24	1800	гель
48	0,3		25	1.5			73,2	26	700	3,5	2800	гель
49		0,3	25	1.0			73,7	26	364	24	1460	гель
50		0,3	25	1.5			73,2	26	699	3.5	2700	гель
51	0,3		25	3,0			71,7	28	1600	2,5	3890	гель
52	0,3		25	5,0			69,7	28	1800	2,0	4300	гель
53	0,3		30	1,0			68,7	36	400	23,5	2300	гель
54	0,3		30	1,5			68,2	36	910	3,5	3940	гель
55	0,3		30	5,0			64,7	36	1860	2,0	3650	Гель плотный
56	0,3		50			1,5	48,2	45	1000	3,5	2800	гель
57	0,3		50			2,0	47,7	45	1800	2,5	4100	гель
58	0,3		50			3,0	46,7	45	2100	1,5	5200	гель
59	0,3		50		2,0		47,7	45,5	1810	2,5	3850	гель

Продолжение таблицы 1
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13
60	0,3		50			2,0	47,7	45	1800	2,5	3900	гель
61	0,3		60	1,5			38,2	58	1050	3,0	2410	гель
62	0,3		70	1,5			28,2	65	1080	4,0	2600	гель
63	0,3		80	1,5			18,2	105	1100	4,0	2450	гель
64	0,3		90	1,5			8,2	110	1150	3-4	2600	гель
65	0,5		25	1,0			73,5	26	450	8,0	2600	гель
66	0,5		25	3,0			71,5	26	1400	4,0	3900	гель
67	0,5		25	5,0			69,5	26	1461	3,5	4350	гель
68	0,5		30	1,0			68,5	40	460	7-8	2650	гель
69	0,5		30	3,0			66,5	41	1440	3,5	3100	гель
70	0,5		30	5,0			64,5	41	1600	3,0	3760	гель
71	0,5		50	1,0			48,5	48	500	6,0	2500	гель
72	0,5		50	1,5			48,0	48	800	5-5,5	3200	гель
73	0,5		50			1,0	48,5	48	489	6,0	2300	гель
74	0,5		50			1,5	48,0	48	795	5,5	3500	гель
75		0,5	50		5,0		44,5	48	2100	1,5-2	5600	гель
76		0,5	50		6,0		43,5	50	3800	0,5	7350	гель
77	0,5		60	1,5			38,0	61	820	4,5	3200	гель
78	0,5		70	1,5			28,0	78	1100	4,0	4600	гель
79	0,5		80	1,5			18,0	115	1200	4,0	5200	гель
80	0,5		90	1,5			8,0	120	1300	3-4	3600	гель
81	0,7		10	1,0			88,3	24	320	15	1580	гель
82	1,0		10	1,0			88,0	37	410	15	2400	гель
83	1,0		25	1,5			72,5	41	650	6,0	3400	гель
84	1,0		50	1,5			47,5	62	870	6,0	4500	гель
85	-		90	1,0			9,0	-	-	0,5	-	камень
86	0,1		95	1,0			3,9	-	-	0,16	-	камень
Прототип
87	0,1		-	1,0			98,9	210	45	-	55	осадок
88	0,1		-	0,1			99,8	235	65	-	70	осадок

Таблица 2
См. табл. 1 поз.	Состав, мас.%							Проницаемость по воде, мкм 2		Эффект изоляции, %
	Водорастворимый полимер		АЦФ	Щелочь			Вода	до закачки состава	после закачки состава
	ПАА	ПЭО		Едкий натр	Едкий калий	Каустич. сода
10		0,05	2,0	1,5			96,45	1,2	0,02	98
12	0,05		5,0	1,5			93,45	1,5	0,005	99,7
16		0,05	30		5,0		64,95	2,1	0,04	98,1
29	0,1	-	10		-	2,0	87,9	1,6	0	100
30	0,1	-	25	2,0	-	-	72,9	2,6	0,0004	99,98
38	0,2	-	25	2,0	-	-	72,8	0,8	0	100
39	0,2	-	25	3,0	-	-	71,8	14,1	0,0021	99,99
40	0,2	-	25	5,0	-	-	69,8	20,4	0	100
41		0,2	30	2,0	-	-	67,8	16,3	0	100
50		0,3	25	-	1,5	-	73,2	15,1	0	100
60	0,3		50			2,0	47,7	14,7	0,004	99,97
77	0,5		60	1,5			38,0	15,6	0,005	99,96
80	0,5		90	1,5			8,0	16,2	0	100
Прототип
87	0,1	-	-	1,0			98,9	1,3	0,2		84,6
88	0,1			0.1			99,8	3,5	0,8		77,1