способ приготовления гелеобразующего состава для ограничения водопритока и регулирования проницаемости пласта

Формула изобретения

1. Способ приготовления гелеобразующего состава для ограничения водопритока и регулирования проницаемости пласта, включающий смешивание материала растительного происхождения с водным раствором силиката натрия, отличающийся тем, что в качестве материала растительного происхождения используют измельченный или механически активированный торф, а в качестве водного раствора силиката натрия используют дисперсию, полученную растворением механически активированного силикатсодержащего материала в водном растворе щелочи при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Механически активированный силикатсодержащий материал	17-60
Щелочь	1-10
Измельченный или механически активированный торф	1-25
Вода	остальное

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве механически активированного силикатсодержащего материала используют механически активированный строительный песок.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве механически активированного силикатсодержащего материала используют механически активированный бой стекла.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к способам получения гелеобразующих составов для ограничения водопритока и регулирования проницаемости пластов.

Известен способ приготовления гелеобразующего состава для повышения нефтеотдачи пласта [1], включающий растворение измельченного алюмосиликатного катализатора нефтехимического производства Цеокара-10 в водном растворе щелочи при нагревании при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Цеокар-10	5-10
щелочь	5
вода	85-90

и добавление к фильтрату указанной смеси раствора соляной кислоты. Недостатком данного состава является низкая механическая устойчивость гелей, получаемых при добавлении к составу раствора кислоты, а также недостаточная промышленная база для обеспечения потребностей нефтяной промышленности отработанными алюмосиликатными катализаторами.

Известен дисперсный гелеобразующий состав для регулирования проницаемости пласта заводнением, включающий пектинсодержащий порошок, получаемый механической активацией пектинсодержащего растительного сырья, щелочь и воду [2] при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Порошкообразный наполнитель растительного происхождения, включающий указанный пектинсодержащий порошок	1,0-3,0
Щелочь	1,5-3,0
Вода	остальное.

Также известен щелочной состав [3] на основе торфа для вытеснения нефти, изоляции притока пластовых вод и перераспределения потоков воды, содержащий торф, щелочь и воду, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Торф	0,1-99
Щелочь	0,1-99
Вода	остальное.

Недостатком двух данных составов является сложность регулирования их вязкости, которое осуществляется только за счет изменения массовой доли твердой фазы.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ разработки нефтяных месторождений с помощью гелеобразующего состава, получаемого на основе водного раствора силиката натрия, полимера и древесной муки [4], получаемого при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Силикат натрия	0,2-10
Концентрированная кислота	0,2-1,0
Полимер	0,01-0,5
Древесная мука	0,01-3,0
Пресная вода	остальное.

Способ получения указанного гелеобразующего состава недостаточно эффективен из-за низкой механической стабильности получаемых на его основе гелей; также он недостаточно технологичен в приготовлении в связи с высокой стоимостью используемых в качестве исходного материала глыб силиката натрия, получаемых в автоклавных условиях. К недостаткам состава относится также тот факт, что запасы древесной пыли (муки), получаемой в качестве отхода деревообрабатывающих производств, ограничены и не могут удовлетворить потребности нефтедобывающей промышленности в полном объеме.

Решаемая заявляемым техническим решением задача и ожидаемый технический результат заключаются в повышении эффективности и технологичности способа получения гелеобразующего состава для ограничения водопритока и регулирования проницаемости пласта за счет повышения механической стабильности получаемых гелей, применяемых в разработке пласта. Используются дешевые материалы растительного происхождения и силикатсодержащие материалы.

Поставленная задача решается тем, что способ приготовления гелеобразующего состава для ограничения водопритока и регулирования проницаемости пласта, включающий смешивание материала растительного происхождения с водным раствором силиката натрия, отличается тем, что в качестве материала растительного происхождения используют измельченный или механически активированный торф, а в качестве водного раствора силиката натрия используют дисперсию, полученную растворением механически активированного силикатсодержащего материала в водном растворе щелочи при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Механически активированный силикатсодержащий материал	17-60
Щелочь	1-10
Измельченный или механически активированный торф	1-25
Вода	остальное.

В качестве механически активированного силикатсодержащего материала используют механически активированный речной или строительный песок.

В качестве механически активированного силикатсодержащего материала применяют механически активированный бой стекла.

Механическая активация силикатсодержащего материала и торфа производится одним из известных устройств, предназначенных для этой цели, например, с использованием вибрационно-центробежной мельницы ВЦМ-10 или ВЦМ-30, разработанной в Институте химии твердого тела и механохимии СО РАН.

Измельчение торфа производится, например, с помощью дезинтегратора Nossen 8255 (производства Германии) с диаметром ротора 300 мм и частотой вращения измельчающих тел 3000 оборотов в минуту; характер воздействия - ударный. В отличие от механоактивирующих дезинтеграторов, например типа DESI 11 и DESI 12 с числом оборотов ротора в минуту соответственно 12000 и 24000 (по патенту РФ №2064006 на способ получения топливных брикетов исходные материалы подвергают механоактивации в дезинтеграторе DESI при скорости вращения рабочих органов от 16000 до 18000 оборотов в минуту в течение 3-6 секунд), дезинтегратор Nossen 8255 служит для измельчения твердых веществ без механоактивации.

Заявляемое техническое решение соответствует критерию «изобретательский уровень», так как совместное применение измельченного или механически активированного торфа и механически активированного силикатсодержащего материала в заявляемой совокупности признаков - со щелочным водным раствором - обеспечивает повышение седиментационной устойчивости заявляемого гелеобразующего состава и значительно повышает механическую стабильность (прочность) геля, образующегося после обработки заявляемого состава кислотой по сравнению с гелями, получаемыми из составов на основе силиката натрия (например, по прототипу).

Способ осуществляется следующей последовательностью операций. Осуществляется механическая активация силикатсодержащего материала одним из известных устройств (например, с использованием вибрационно-центробежной мельницы ВЦМ-10 или ВЦМ-30, разработанной в Институте химии твердого тела и механохимии СО РАН).

Водный раствор щелочи добавляется к навеске механически активированного силикатсодержащего материала, после чего дисперсия перемешивается при нагревании (60-95°С) в течение 2-10 часов.

Торф вводится в состав дисперсии в измельченной форме одним из следующих способов:

- измельченный торф совместно с механически активированным силикатсодержащим материалом растворяют в водном растворе щелочи;

- при механической активации совместно с силикатсодержащим материалом с последующим совместным растворением механически активированного торфа и механически активированного силикатсодержащего материала в водном растворе щелочи;

- при раздельной механической активации торфа и силикатсодержащего материала с последующим совместным растворением механически активированного торфа и механически активированного силикатсодержащего материала в водном растворе щелочи;

- при раздельной механической активации торфа и силикатсодержащего материала с последующим растворением механически активированного торфа в суспензии, полученной при растворении навески механически активированного песка в водном растворе щелочи.

В качестве торфа может быть использован торф различного происхождения (верховой, низинный, смешанный). В качестве силикатсодержащего материала используется речной песок (ГОСТ №8736-93), песок строительный речной (ГОСТ №2138-91), бой стекла (ГОСТ Р 52233-2004).

Основными исследуемыми параметрами являлись реологические свойства гелеобразующего состава и геля, образующегося при добавлении к гелеобразующему составу раствора концентрированной кислоты. Математическая обработка результатов измерений производилась в соответствии с моделью Гершеля-Балкли , описывающей зависимость напряжения сдвига ( ) от скорости сдвига ( ), где ₀ - предельное напряжение сдвига, К - консистентность, n - показатель неньютоновости.

Существенно, чтобы реологические свойства гелеобразующего состава и геля, образующегося при добавлении к гелеобразующему составу раствора концентрированной кислоты, заметно различались. В качестве критерия сравнения была выбрана эффективная вязкость гелеобразующего состава и геля при определенной скорости сдвига ( =0,1 с^-1), которая вычислялась по формуле . Ее значения для геля должны быть выше эффективной вязкости гелеобразующего состава на один-два порядка.

Пример 1. Производится механическая активация смеси 25 г (17 мас.%) речного песка и 25 г (17 мас.%) верхового торфа в ВЦМ при следующих параметрах: ускорение воздействующих тел 120 м/с², время обработки 2,0 мин. Указанную смесь помещают в реактор с раствором 5 г NaOH (3,3 мас.%) в 95 г (62,7 мас.%) воды. Реактор подогревается на водяной бане до 90°С, смесь перемешивается в течение 6 часов. Состав представляет собой суспензию частиц механически активированного песка и нерастворенных частиц торфа в щелочном растворе силикатов и гуматов натрия.

Эффективная вязкость геля, полученного при добавлении раствора концентрированной (36%) соляной кислоты при =0,1 с^-1 составляет =73,9 Па·с (при 25°С). Эффективная вязкость гелеобразующего состава в этих же условиях =1,8 Па·с.

Пример 2. Производится механическая активация 25 г (17 мас.%) речного песка и механическая активация 25 г верхового торфа (17 мас.%) в ВЦМ при следующих параметрах: ускорение воздействующих тел 180 м/с, время обработки 1,0 мин. Указанные компоненты совместно помещают в реактор с раствором 5 г (3,3 мас.%) NaOH в 95 г (62,7 мас.%) воды. Реактор подогревается на водяной бане до 90°С, смесь перемешивается в течение 6 часов. Состав представляет собой суспензию частиц механически активированного песка и нерастворенных частиц торфа в щелочном растворе силикатов и гуматов натрия.

Эффективная вязкость геля, полученного при добавлении раствора концентрированной (36%) соляной кислоты при =0,1 с^-1 составляет =285 Па·с (при 25°С). Эффективная вязкость гелеобразующего состава в этих же условиях =3,1 Па·с.

Пример 3. Производится механическая активация в ВЦМ 100 г (47,62 мас.%) речного песка при следующих параметрах: ускорение воздействующих тел 200 м/с ², время обработки 0,7 мин, после чего его помещают в реактор с раствором 5 г (2,38 мас.%) NaOH в 95 г (45,24 мас.%) воды. Реактор подогревается на водяной бане до 90°С, смесь перемешивается в течение 6 часов. К полученной суспензии песка добавляют навеску 10 г (4,76 мас.%) верхового торфа, измельченного в дезинтеграторе Nossen 8255 при следующих параметрах: частота вращения измельчающих тел 3000 оборотов в минуту, время обработки 2 мин.

Эффективная вязкость геля, полученного при добавлении раствора концентрированной (36%) соляной кислоты при =0,1 с^-1 составляет =195,4 Па·с (при 25°С). Эффективная вязкость гелеобразующего состава в этих же условиях =4,3 Па·с.

Получаемые гели механически стабильны: они восстанавливают свои реологические свойства через некоторое время после механических воздействий, в частности реологических измерений. На фигурах 1-3 представлены зависимости эффективной вязкости от скорости сдвига для прямого хода измерений (повышение скорости сдвига) и обратного хода (понижение скорости сдвига) для примеров 1-3 соответственно. Видно, что снижение вязкости геля после механического воздействия незначительно, что свидетельствует о его механической стабильности.

Снижение концентрации механически активированного силикатсодержащего материала в составе относительно заявленной приводит к тому, что концентрация силиката натрия, образующегося при его растворении в щелочном растворе, недостаточна для образования геля; избыточная концентрация песка и торфа приводит к тому, что реологические характеристики гелеобразующего состава становятся сопоставимыми с реологическими свойствами геля.

Таким образом, приведенные примеры и фигуры показывают, что заявляемым способом - при использовании указанных компонентов в заявленном интервале концентраций - удается решить поставленную задачу, то есть получить применимые в нефтяной промышленности гелеобразующие составы из дешевых минеральных материалов и материалов растительного происхождения, позволяющие получать механически стабильные гели.

Источники информации

1. Патент РФ №2202037. МКИ Е21В 43/22. Гелеобразующий состав для повышения нефтеотдачи пластов и способ его приготовления. Опубл. 04.10.2003 г.

2. Патент РФ №2211316. МКИ Е21В 43/22. Дисперсный гелеобразующий состав для разработки нефтяных месторождений заводнением. Опубл. 27.08.2003 г.

3. Патент РФ №2280669. МПК С09К 8/42. Щелочной состав на основе торфа для вытеснения нефти, изоляции притока пластовых вод и перераспределения потоков нефтевытесняющей воды. Опубл. 27.07.2006.

4. Патент РФ №2128768. МКИ Е21В 33/13. Способ разработки послойно-неоднородных месторождений. Опубл. 10.04.1999 г.