Гелеобразующий состав для ограничения водопритока в скважину

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ ГЕЛЕОБРАЗУЮЩИЙ СОСТАВ ДЛЯ ОГРАНИЧЕНИЯ ВОДОПРИТОКА В СКВАЖИНУ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт механики металлополимерных систем имени В.А. Белого Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Кудина Елена Федоровна Шаповалов Виктор Михайлович Печерский Геннадий Геннадьевич(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт механики металлополимерных систем имени В.А. Белого Национальной академии наук Беларуси(56)953193, 1982.2150571 1, 2000.2283423 1, 2006.883240, 1981.0145151 1, 1985. РОГОВА Т.С. Обоснование технологии выравнивания профиля приемистости нагнетательных скважин на нефтяных месторождениях композициями на основе щелочных силикатнополимерных гелей Автореф. дисс. М., 2007. КУДИНА Е. Ф. и др. Материалы. Технологии. Инструменты. - 2007. - Т. 12.1. - С. 63-68.(57) 1. Гелеобразующий состав для ограничения притока вод в скважину, содержащий силикат натрия и пресную воду, отличающийся тем, что дополнительно содержит акриламид, инициатор полимеризации акриламида и неорганическую соль, выбранную из группы, включающей калий фосфорнокислый однозамещенный, калий фосфорнокислый двузамещенный, натрий фосфорнокислый однозамещенный и натрий фосфорнокислый двузамещенный, при следующем соотношении компонентов, мас.силикат натрия 1,90-2,00 акриламид 1,90-2,00 инициатор полимеризации акриламида 0,40-0,50 неорганическая соль 0,50-0,60 пресная вода остальное. 2. Гелеобразующий состав по п. 1, отличающийся тем, что в качестве инициатора полимеризации акриламида содержит персульфат калия или персульфат аммония. Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к составам для ограничения водопритока в нефтяные и газовые скважины. Ограничение водопритока из высокопроницаемых пропластков добиваются путем обработки околоствольной зоны добывающих скважин специальными тампонирующими 15157 1 2011.12.30 составами, которые образуют в водонасыщенных каналах фильтрации водоизолирующие экраны, препятствующие притоку воды. Основными требованиями, предъявляемыми к тампонажным составам, являются стабильность во времени химическая инертность по отношению к металлу, горным породам и пластовым флюидам регулируемые сроки гелеобразования вязкость раствора должна находиться в определенных пределах, чтобы не создавать высокие гидравлические нагрузки на пласты способность разрушаться после выполнения задачи технологичность приготовления и закачки состава в пласт низкая стоимость используемых реагентов. Использование для водоизоляционных работ составов на полимерной основе позволяет контролировать процесс гелеобразования во времени и повысить изоляционные свойства применяемых составов. Известен полимерный тампонажный состав 1, который содержит 7 -ный водный раствор продуктов гидролиза волокон из сополимера акрилонитрила и метилакрилата, фруктозу и сульфонол. Недостатками состава являются короткое время гелеобразования для подготовки полимерной основы состава необходимо проведение процесса гидролиза волокон щелочью, что требует дополнительных производственных площадей и оборудования. Для изоляции водопритока в высокотемпературных пластах (Т 70 С) используют состав на основе водного раствора полимера акриламида, сшивателя и регулятора гелеобразования 2. В качестве сшивателя используют ацетат хрома или уротропин с гидрохиноном, а в качестве регулятора гелеобразования - соли слабых органических кислот. Недостаток композиции заключается в использовании дорогостоящих реагентов и большая сложность определения оптимального состава композиции для проведения водоизолирующих работ в различных геотермальных условиях. В странах СНГ широко применяются гелеобразующие композиции на основе гипана. Он хорошо растворим в пресной воде, инертен к нефти, а в контакте с пластовой водой,содержащей соли поливалентных металлов, коагулирует с образованием эластичной отвердевающей массы. Для ускорения начальных сроков гелеобразования к водному раствору гипана добавляют сшитый полиакриламид АК-639 3. Существенными недостатками данного способа являются неоднородность свойств образующейся массы и высокая стоимость реализации способа. Наиболее экологичными и дешевыми являются составы на основе силикатов щелочных металлов (натрия и калия). Известен состав для изоляции пластовых вод в скважине на основе силиката щелочного металла, в который добавляют кремнефтористый натрий для повышения закупоривающих свойств 4. Недостатком данного состава является плохая растворимость кремнефтористого натрия в воде, а также высокая плотность состава,для прокачки которого приходится создавать дополнительное избыточное давление. Известен состав, содержащий водорастворимый полимер акрилового ряда (ПАА), силикат натрия, регулятор гелеобразования, наполнитель (древесные опилки, пластифицированные карбамидом крошку пористого упругоэластичного материала) и воду 5. Данный состав недостаточно эффективен вследствие низкой селективности по проницаемости, не зависящей от скорости закачки. Так как закупоривающий материал не разрушается, это может привести к полному блокированию как трещин и каверн, так и поровой матрицы. Известен способ повышения изолирующей способности состава на основе силикатов щелочных металлов за счет регулирования сроков гелеобразования и прочности. В водный раствор силиката натрия добавляют смесь карбамида и электролита 6. При смешивании водного раствора карбамида и электролита с водным раствором жидкого стекла выделяется газ - аммиак. Повышение температуры гелеобразования до 70-80 С этот процесс усиливает. При использовании больших объемов такого состава может быть нанесен ущерб окружающей среде. Кроме этого, при недостаточном перемешивании состава происходит выпадение осадка в виде хлопьев, что приводит к потере прочности геля. 2 15157 1 2011.12.30 Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является изолирующий состав для борьбы с обводнением добывающих скважин 7, содержащий полиакриламид, формальдегид, соляную кислоту и жидкое стекло. Недостатками прототипа являются низкая технологичность состава из-за наличия формальдегида (ядовитого вещества с резким, раздражающим запахом, водные растворы которого также ядовиты) и соляной кислоты, которая увеличивает скорость коррозии металлических деталей нефтепромыслового оборудования, низкие деформационно-прочностные характеристики тампонажного геля. Задачи, на решение которых направлено изобретение снижение токсичности и экологической опасности применения тампонажного состава путем исключения ядовитого компонента (формальдегида) длительное сохранение низкой исходной вязкости и увеличение времени гелеобразования при повышенных пластовых температурах, что способствует закачке в скважину без осложнений больших объемов состава повышение деформационно-прочностных характеристик тампонажного геля, чтобы исключить его разрушение при значительных перепадах давления снижение коррозионной активности состава во избежание коррозионного повреждения скважинного оборудования увеличение продолжительности водоизоляционного эффекта. Поставленные задачи решаются за счет того, что в известном тампонажном составе,состоящем из полиакриламида, формальдегида, соляной кислоты и жидкого стекла, согласно изобретению, заменен полиакриламид на акриламид вместо формальдегида используется инициатор полимеризации акриламида в качестве регулятора гелеобразования вместо соляной кислоты используется неорганическая соль, при следующем соотношении компонентов,(в расчете на безводные вещества) силикат натрия 1,90-2,00 акриламид 1,90-2,00 инициатор полимеризации акриламида 0,40-0,50 неорганическая соль 0,50-0,60 пресная вода остальное. Кроме этого, в гелеобразующем составе в качестве неорганической соли может быть использован калий фосфорнокислый однозамещенный, калий фосфорнокислый двузамещенный, натрий фосфорнокислый однозамещенный, натрий фосфорнокислый двузамещенный. Помимо этого, в гелеобразующем составе в качестве инициатора полимеризации акриламида может быть использован персульфат калия или персульфат аммония. Состав готовят следующим образом. В емкость с водой при постоянном перемешивании засыпают порошок акриламида(МРТУ 6-09-356-63). После этого в образовавшийся раствор вводят инициатор полимеризации (персульфат калия ГОСТ 4146-74 или персульфат аммония ГОСТ 20478-75) и перемешивают смесь до гомогенного состояния. Затем добавляют неорганическую соль (калий фосфорнокислый однозамещенный ГОСТ 4198-75, или калий фосфорнокислый двузамещенный ГОСТ 2493-75, или натрий фосфорнокислый однозамещенный ГОСТ 245-76, или натрий фосфорнокислый двузамещенный ГОСТ 4172-76) и проводят перемешивание до полного растворения соли и получения гомогенного состава. В последнюю очередь вливают необходимый объем водного раствора силиката натрия - жидкое стекло (ГОСТ 13078-81), перемешивают до получения однородного состава. Наиболее важными эксплуатационными характеристиками заявляемого состава являются время гелеобразования и деформационно-прочностные характеристики образующихся гелей. Время гелеобразования образцов состава оценивали как период от начала их термостатирования при температуре, моделирующей пластовую (70 С), до момента потери те 3 15157 1 2011.12.30 кучести. Оценку прочностных характеристик образующихся гелей проводили по методу пенетрации проникновения металлического стержня с известной площадью поперечного сечения в исследуемый образец под измеряемой нагрузкой (кН/м 2). Полученные результаты были обработаны методами математической статистики. Рецептуры образцов гелеобразующего состава приведены в таблице 1, их характеристики приведены в таблице 2. Акриламид, вводимый в композицию, выполняет роль реагента, полимеризующегося при повышенных температурах, который образует структурную матрицу геля. Замена полиакриламида на акриламид приводит к образованию высокоэластичного геля и позволяет повысить прочностные параметры образующегося геля по сравнению с прототипом. Увеличение содержания акриламида в составе выше 2,00 при оптимальных концентрациях других компонентов приводит к снижению времени гелеобразования и удорожанию композиции (табл. 1, 2 - образец 1). Уменьшение содержания акриламида ниже 1,90 вызывает снижение времени гелеобразования и деформационно-прочностных характеристик образующегося геля (табл. 1, 2 - образец 2). Уменьшение содержания инициатора полимеризации акриламида ниже 0,40(табл. 1, 2 - образец 3) не приводит к полимеризации всего акриламида, в результате чего снижаются прочность, эластичность, упругость геля, наблюдается его синерезис, часть геля легко размывается водой. Увеличение содержания инициатора свыше 0,50 вызывает незначительное повышение прочности образующегося геля при резком сокращении времени гелеобразования (табл. 1, 2 - образец 4). При содержании силиката натрия в композиции менее 1,90 не удается достичь высоких деформационно-прочностных характеристик тампонажного геля (табл. 1, 2 - образец 5). Содержание силиката натрия сверх оптимальных значений (более 2,00 ) приводит к значительному увеличению прочности образующегося геля, но одновременно происходит резкое снижение времени гелеобразования при повышенных температурах (табл. 1, 2 образец 6). Введение в состав неорганической соли в оптимальных концентрациях пролонгирует процесс гелеобразования и позволяет получить более эластичный гель. В то же время избыток неорганической соли (свыше 0,60 ) снижает время гелеобразования табл. 1, 2 образец 7). При отсутствии или недостатке неорганической соли также уменьшается время потери текучести состава, и тампонажный гель теряет эластичность (табл. 1, 2 образец 8). Заявляемый состав отличается от прототипа увеличенным временем гелеобразования при повышенных (моделирующих пластовую) температурах (50-90 С), а также высокой эластичностью, упругостью, механической прочностью тампонажного геля, способностью к восстановлению формы после механических нагрузок. Объем композиции, закачиваемой в скважину, выбирают в зависимости от радиуса создаваемого в пласте водоизолирующего барьера. Композиция характеризуется повышенной работоспособностью в диапазоне температур 50-90 С. Таблица 1 Составы разработанных тампонажных растворов Заявляемый состав Компоненты,мас.1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Жидкое стекло 1,90 2,00 1,96 1,96 1,85 2,03 1,93 1,97 2,00 1,96 1,95 Акриламид 2,15 1,85 1,96 2,00 1,96 1,95 1,97 1,99 1,94 1,96 2,00 Соль 0,57 0,60 0,59 0,58 0,60 0,55 0,62 0,35 0,55 0,59 0,55 Инициатор по 0,45 0,49 0,38 0,52 0,50 0,45 0,47 0,50 0,44 0,47 0,44 лимеризации Пресная вода 94,93 95,06 95,11 94,94 95,09 95,02 95,01 95,19 95,07 95,02 95,06 4 15157 1 2011.12.30 Таблица 2 Показатель Прототип Время потери текучести при 70 С,мин Прочность геля, кН/м 2 Свойства разработанных составов Заявляемый состав 1 2 3 4 5 6 7 8 Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 5