Состав для ограничения притока пластовых вод и способ его получения

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СОСТАВ ДЛЯ ОГРАНИЧЕНИЯ ПРИТОКА ПЛАСТОВЫХ ВОД И СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ(71) Заявитель Республиканское унитарное предприятие Производственное объединение Белоруснефть(72) Авторы Макаревич Анна Владимировна Пушнова Галина Михайловна Гулевич Владимир Викторович Паркалов Сергей Викторович Гилязитдинов Тимур Доналович(73) Патентообладатель Республиканское унитарное предприятие Производственное объединение Белоруснефть(57) 1. Состав для ограничения притока пластовых вод, включающий нефтешлам, неионогенное поверхностно-активное вещество и воду, отличающийся тем, что в качестве неионогенного поверхностно-активного вещества содержит маслорастворимое диспергируемое в воде поверхностно-активное вещество Неонол АФ 9-6 или Жиринокс-С при следующем соотношении компонентов, мас. ч. нефтешлам 10 неионогенное поверхностно-активное вещество Неонол АФ 9-6 или Жиринокс-С 1-2 вода 15-20. 2. Способ получения состава для ограничения притока пластовых вод по п. 1, при котором маслорастворимое диспергируемое в воде неионогенное поверхностно-активное вещество Неонол АФ 9-6 или Жиринокс-С разбавляют водой, взятой в объеме, соизмеримом с объемом нефтешлама, с образованием эмульсии, нагревают полученную эмульсию до 70-90 С и вводят в нее при перемешивании нагретый до текучего состояния нефтешлам, а затем оставшуюся часть воды. Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к эмульсионно-суспензионным составам, получаемым с применением нефтешламов и предназначенным для изоляции высокопроницаемых обводненных пропластков в нефтяном пласте и увеличения его охвата заводнением, а также для ограничения притока вод в добывающие скважины. Известен способ изоляции притоков вод в неоднородном нефтяном пласте путем закачки в него нефтяной дисперсии шламов - отходов системы сбора, транспорта и подготовки нефти 1. 16046 1 2012.06.30 Недостатком способа является то, что в качестве разбавителя нефтяного шлама, представляющего собой густую, почти твердую массу, используют нефть. Процесс разбавления шлама нефтью является пожароопасным, так как его проводят при нагревании нефтешламовой смеси. Кроме этого, каждый раз возникает необходимость подбирать опытным путем соотношение между шламом и нефтью, чтобы вязкость закачиваемой в пласт смеси была не более 100-200 мПас. Смесь дополнительно отстаивают с целью осаждения частиц механических примесей, что удлиняет процесс ее подготовки перед закачкой в скважину. Известен также способ утилизации нефтяного шлама 2, включающий его смешение с низкомолекулярным углеводородным растворителем парафинового ряда (н-гексаном, широкой фракцией легких углеводородов (ШФЛУ), газовым конденсатом), фильтрацию и последующее отстаивание полученной системы. После этого углеводородный раствор утилизируют как нефть товарную, а отделившийся при отстаивании осадок (включающий асфальтены, механические примеси и т.п.) смешивают с раствором в толуоле неионогенного поверхностно-активного вещества (НПАВ) - оксиэтилированного алкилфенола ОП 10 или Неонол АФ 9-12 и используют для приготовления водных эмульсионносуспензионных составов, которые, в свою очередь, применяют для изоляции водопритока в добывающие скважины и выравнивания профиля приемистости нагнетательных скважин. Отрицательным является то, что по предлагаемому способу эмульсионносуспензионный состав, пригодный для ограничения водопритоков в нефтяном пласте, изготавливают по сложной многоступенчатой технологии с применением больших объемов дорогостоящих органических, в том числе токсичных (толуол), растворителей. Известен эмульсионный состав для снижения фильтрационной способности пористых сред 3, в том числе для изоляции водопритоков в скважину и выравнивания профилей приемистости, который содержит высоковязкий нефтепродукт (тяжелые нефтяные остатки переработки нефти), оксиэтилированный алкилфенол - Неонол АФ 9-12, а также продукт поликонденсации кубовых остатков при производстве аминов 17-20 и капролактама(представляющий собой раствор в керосине аминосодержащих веществ, циклогексанона и высококипящих продуктов окисления), отход целлюлозно-бумажного производства СКОП с примесью целлюлозных волокон и воду. Состав устойчив в течение длительного времени и его применение обеспечивает снижение фильтрационной способности пористых сред для любых типов коллекторов. Недостатки состава - многокомпонентность и наличие в перечне компонентов отходов специфических химических производств, которые не всегда могут быть доступны для его приготовления. Наиболее близким по технической сущности к заявляемой группе изобретений является эмульсионно-суспензионный состав для изоляции зон поглощения и притока пластовых вод в скважину и способ его приготовления 4 (прототип). Состав включает сгущенный на ленточных прессфильтрах нефтешлам-кек (отход производства подготовки нефти), органический растворитель и НПАВ, например ОП-10 или Неонол АФ 9-12, и воду. Способ приготовления указанного состава заключается в том, что НПАВ растворяют в органическом растворителе (при перемешивании), смешивают полученный раствор со шламом и добавляют полученную смесь в пресную или минерализованную воду. Недостатки прототипа состоят в том, что для приготовления состава используется органический растворитель, причем выбор растворителя ограничен тем, что его плотность должна быть равна плотности воды - пресной или минерализованной, что обеспечивает устойчивость изготавливаемого эмульсионно-суспензионного состава. Кроме этого, способ приготовления состава предусматривает растворение НПАВ (ОП-10 или Неонол АФ 9-12) в органическом растворителе. Однако указанные НПАВ, как известно 5, растворяются ограниченно и не во всех органических растворителях, что может затруднить приго 2 16046 1 2012.06.30 товление однородного состава по заявляемому способу и отрицательно повлиять на стабильность эмульсионно-суспензионной системы. Кроме того, на диспергирование нефтешлама, смешанного с раствором НПАВ в органическом растворителе, расходуется значительный объем воды, что снижает технологичность и экономичность предлагаемого способа переработки нефтешлама в состав для ограничения притока пластовых вод. Задача изобретений состоит в создании высокоэффективного селективного состава для ограничения водопритоков в нефтяном пласте на основе нефтешлама (отхода процесса подготовки нефти), воды и НПАВ - стабилизатора системы, а также экономичного и технологически легко реализуемого способа приготовления такого состава без применения дорогостоящих, пожароопасных и токсичных органических растворителей. Экономичность способа обусловлена низким расходом вспомогательных компонентов (воды и НПАВ) на диспергирование нефтешлама, утилизируемого посредством получения на его основе эмульсионно-суспензионного состава для ограничения водопритоков. Поставленная задача решается за счет того, что в составе для ограничения притока пластовых вод, включающем нефтешлам, неионогенное поверхностно-активное вещество и воду, согласно изобретению, в качестве неионогенного поверхностно-активного вещества содержит маслорастворимое диспергируемое в воде поверхностно-активное вещество Неонол АФ 9-6 или Жиринокс-С, при следующем соотношении компонентов, мас. ч нефтешлам 10 неионогенное поверхностно-активное вещество Неонол АФ 9-6 или Жиринокс-С 1-2 вода 15-20. Поставленная задача решается также за счет того, что в способе получения состава для ограничения притока пластовых вод маслорастворимое диспергируемое в воде неионогенное поверхностно-активное вещество Неонол АФ 9-6 или Жиринокс-С разбавляют водой, взятой в объеме, соизмеримом с объемом нефтешлама, с образованием эмульсии,нагревают полученную эмульсию до 70-90 С и вводят в нее при перемешивании нагретый до текучего состояния нефтешлам, а затем оставшуюся часть воды. Сущность изобретения состоит в том, что для получения состава в эмульсию, содержащую воду и маслорастворимое диспергируемое в воде НПАВ из класса оксиэтилированных алкилфенолов (Неонол АФ 9-6) или оксиэтилированных жирных кислот(Жиринокс-С) 5, вводят нефтешлам при интенсивном перемешивании. Нефтешлам предварительно нагревают до температуры выше температуры плавления содержащихся в нем парафинов (70-90 С), при этом он приобретает текучесть. Текучий нефтешлам при его попадании в водную эмульсию одного из указанных НПАВ диспергируется на мелкие частицы. Молекулы НПАВ, будучи частично растворимыми и в нефтяной, и в водной фазах, адсорбируются на границе раздела этих несмешивающихся фаз (нефтешлам/вода) и распределяются таким образом, что создают структурно-механический барьер слипанию частиц нефтешлама. При охлаждении смеси образуется агрегативно- и кинетически устойчивый эмульсионно-суспензионный состав - дисперсия частиц нефтешлама в водной среде. При закачке такого состава в нефтяной пласт происходит его нагревание под действием повышенной пластовой температуры, кроме того, при попадании в обводненные каналы порового пространства пласта он смешивается с минерализованной пластовой водой. В результате эмульсионно-суспензионный состав теряет агрегативную устойчивость. Частицы нефтешлама слипаются, водная фаза состава вытесняется во внешнюю водную среду, а в поровых каналах пласта формируются пробки из скоагулировавших частиц нефтешлама, препятствующие движению воды. Наоборот, при поступлении состава в поровые каналы, насыщенные нефтью, нефтешлам разбавляется ею и становится текучим. Поэтому не создается препятствий движению нефти. В этом состоит селективное действие эмульсионносуспензионного состава на содержащий остаточную нефть обводненный нефтяной пласт. 3 16046 1 2012.06.30 Для приготовления образцов состава отобрали нефтешлам из шламонакопителя установки подготовки нефти Нефтегазодобывающего управления Речицанефть РУП Производственное объединение Белоруснефть. Обезвоженный нефтешлам имел плотность 0,93 г/см 3 при 20 С, его компонентный состав представлен в табл. 1. Таблица 1 Содержание компонентов нефтешлама, мас.Температура плавления парафимеханические углеводороды асфальтены смолы парафины нов, С примеси 54,24 0,60 12,64 31,68 0,84 90 Использовали жидкие маслорастворимые диспергируемые в воде НПАВ Неонол АФ 9-6 (ТУ 2483-077-05766801-98, производитель - ОАО Нижнекамскнефтехим, Россия,сертификат качества 84986 от 11.02.2010), Жиринокс-С (ТУ 6-36-00205601-29-92, производитель - завод тонкого органического синтеза Барва, Украина). Воду брали пресную техническую из водовода. Образцы состава приготавливали следующим образом. В стеклянную колбу наливали часть заданного рецептурой объема воды, который был соизмерим с объемом нефтешлама, затем добавляли расчетное количество НПАВ. Колбу с полученной эмульсией НПАВ в воде нагревали (выдерживая в суховоздушном термошкафу) до температуры 80-90 С. Заданное количество нефтешлама отвешивали в стеклянном стакане и нагревали в термошкафу до температуры 90 С. Нагретый текучий нефтешлам дозировали в колбу, где находилась эмульсия НПАВ в воде, перемешивая содержимое колбы вращательными движениями в течение 2-3 мин. Затем при перемешивании взбалтыванием в колбу прибавляли оставшуюся воду (комнатной температуры). Для получения образца состава по прототипу сначала приготовили состав, мас. ч нефтешлам (37,5) НПАВ Неонол АФ 9-12 (16,25) органический растворитель плотностью 0,998 г/см 3 - смесь нефраса и четыреххлористого углерода (46,25). Затем состав (в концентрации 2,5 ) смешали с пресной водой. Рецептуры образцов заявляемого состава и состава по прототипу приведены в табл. 2. Таблица 2 Соотношение компонентов, мас. ч. ПАВ Органический ВоНеонол АФ Неонол растворитель да Жиринокс-С 9-6 АФ 9-12 30 3 30 2 30 1 30 0,75 30 0,5 20 2 37 2 20 2 15 2 10 1,5 15 1 15 1 10 3 30 2 30 4 Продолжение таблицы 2 Соотношение компонентов, мас. ч. ПАВ Органический Вода Неонол АФ 9-6 Жиринокс-С Неонол АФ 9-12 растворитель 1 30 0,75 20 2 37 2 20 2 15 2 10 1,5 15 1 15 1 10 16 10 17 10 18 10 19 10 20 10 21 10 22 10 23 10 24 10 25 (прото 10 4,3 12,2 1000 тип) Технические характеристики образцов заявляемого состава и состава по прототипу приведены в табл. 3. Таблица 3 Вязкость при 20 С Размер час образ- тиц дисперсдинамичеца ной фазы, условная, с ская,мкм мПас 1 а) 2 25-50 82 10 3 25-50 78 а) 8 а) 4 50 78 8 5 50-100 72 а) 6 а) 6 100-150 90 15 7 25-50 71 а) 4 б) 8 25-50 10 30 б) 9 25-50 16 55 10 25-50 24 б) 93 б) 11 50 16 53 12 50 15 б) 50 б) 13 50 23 85 а) 14 25 86 12 15 25-50 82 а) 10 а) 16 25-50 80 9 17 50-100 95 а) 18 18 25-50 71 а) 4 19 25-50 11 б) 32 20 25-50 17 б) 58 б) 21 25-50 26 98 22 25-50 19 б) 65 б) 23 25-50 18 60 24 25-50 25 б) 96 25 (про 200-500 58 а) тотип) Диаметр сопла вискозиметра а) 2 мм, б) 4 мм. 5 Относительный объем Фазовая устойнефтешламовой пробчивость при ки после термостати 20 С рования при 65 С,расслаивается устойчива 60 устойчива 60 устойчива 60 малоустойчива 60 малоустойчива 70 устойчива 40 устойчива 70 устойчива 85 устойчива 100 устойчива 80 устойчива 85 устойчива 100 устойчива 60 устойчива 60 устойчива 60 малоустойчива 70 устойчива 40 устойчива 70 устойчива 80 устойчива 80 устойчива 80 устойчива 80 устойчива 100 малоустойчива 16046 1 2012.06.30 Размер частиц дисперсной фазы образцов определяли с помощью микроскопа МИР-3. Вязкость условную измеряли на вискозиметре ВЗ-246 с диаметром сопла 2 и 4 мм по ГОСТ 8420, вязкость динамическую - на реометре 301 (ротационный тест,система конус-плоскость) при скоростях сдвига 50-100 с-1. Фазовую стабильность оценивали, наблюдая за изменением состояния образцов состава(помещенных в стеклянные пробирки) в ходе их выдержки при комнатной температуре. Часть пробирок с образцами нагревали до температуры, имитирующей пластовую(65 С). При этом образцы, представляющие собой дисперсии нефтешлама в воде, теряли агрегативную устойчивость, частицы нефтешлама слипались, в результате формировался гидроизолирующий материал - нефтешламовая пробка. Оценивали объем пробки относительно объема исходной дисперсии. Анализ данных табл. 2 и 3 приводит к заключению, что только при определенных соотношениях компонентов может быть приготовлен эмульсионно-суспензионный состав,который обладает комплексом технических характеристик, позволяющих применить его для ограничения притока вод. Так, при отсутствии (образец 1) или недостатке НПАВ Неонол АФ 9-6 (образцы 5, 6) или Жиринокс-С (образец 17) образовывались грубодисперсные составы, которые имели недостаточную фазовую устойчивость и полностью (образец 1) или частично расслаивались. С другой стороны, использование избытка указанных НПАВ(образцы 2, 14) относительно оптимальных значений (1-2 мас. ч. НПАВ на 10 мас. ч. нефтешлама) не приводило к увеличению устойчивости составов, но удорожало их. Чтобы процесс утилизации нефтешлама путем приготовления на его основе состава для ограничения водопритока был рентабельным, следует стремиться затрачивать на приготовление состава как можно меньше вспомогательных компонентов - не только НПАВ,но и воды. Вместе с тем состав должен быть достаточно текучим, не слишком вязким,иначе будет развиваться высокое гидродинамическое сопротивление при его закачке в скважину. Образцы составов, в которых массовое соотношение нефтешлам - вода было ниже оптимального, обладали слишком высокой вязостью (образцы 10, 13, 21). Образцы составов, на приготовление которых затрачивалось слишком много воды, были маловязкими (образцы 2-4, 7, 14-16, 18). Однако, кроме неэкономичности процесса приготовления, такие составы характеризовались тем, что после нагревания до температуры, имитирующей пластовую, они отделяли нефтешламовую пробку малого объема, что может отрицательно повлиять на гидроизолирующую способность. Наряду с этим было установлено, что образцы, соответствующие по соотношению компонентов заявляемому составу (образцы 8, 9, 11, 12, 19, 20, 22, 23), превосходят прототип. Последний (образец 25) представлял собой низкоконцентрированную по нефтешламу, малоустойчивую, грубодисперсную эмульсионно-суспензионную систему,которая в процессе разложения при нагревании до пластовой температуры образовывала гидроизолирующий материал (нефтешламовую пробку) очень малого объема. Способ получения состава для ограничения притока пластовых вод, согласно изобретению, рассчитан на получение дисперсии прямого типа - масло в воде. Наиболее эффективный способ приготовления дисперсных систем такого типа предусматривает введение ПАВ - стабилизатора в водную фазу с последующим диспергированием в ней масляной фазы (в данном случае нефтешлама) 6. В прототипе порядок совмещения другой. НПАВ смешивают с органическим растворителем и добавляют полученную смесь в нефтешлам, что дает возможность в последующем диспергировать нефтешлам в воде. В заявляемом способе, в отличие от прототипа, за основу взята наиболее эффективная схема получения дисперсии типа масло в воде. Новым является то, что температура компонентов заявляемого состава в процессе диспергирования поддерживается не ниже температуры плавления парафинов, содержащихся в нефтешламе, что позволяет приготовить состав с высокой степенью дисперсности. Кроме этого, на начальном этапе диспергирования бе 6 16046 1 2012.06.30 рутся приблизительно равные объемы нефтешлама и водной фазы, содержащей НПАВ. Это обеспечивает более равномерное распределение дисперсной фазы (частиц нефтешлама) в объеме дисперсионной среды - водной эмульсии НПАВ. То, что заявляемый состав для ограничения водопритока в скважину, получаемый по заявляемому способу, обладает высокой гидроизолирующей способностью, было подтверждено данными динамических фильтрационных исследований. Они имитировали обработку составом обводненного пласта 7. В качестве модели пласта использовали металлическую трубку с терморубашкой длиной 30 см и площадью поперечного сечения 5,1 см 2, оборудованную входным и выходным штуцерами и запорным вентилем на входе. Трубку заполняли молотой карбонатной породой фракции 0,250,5 мм. Были приготовлены три аналогичные модели пласта. Их поровый объем был оценен по объему пластовой воды плотностью 1,15 г/см 3, вошедшей в модели после вакуумирования. Для всех моделей он составил порядка 70-75 см 3. После термостатирования при температуре 65 С, соответствующей наиболее часто встречающейся пластовой, прямой прокачкой через модели прокачивали пластовую воду указанной плотности с целью определения начального коэффициента водопроницаемости (,мкм 2). Значениясоставили 0,354 мкм 2, 0,249 мкм 2 и 0,210 мкм 2 для моделей 1,2 и 3. Затем в модели прямой прокачкой закачивали оторочку состава (рецептура которого соответствовала образцу 12 - табл. 2) в объеме, равном объему пор. После этого модели выдерживали при пластовой температуре в течение трех часов, возобновляли прямую прокачку пластовой воды и снова определяли коэффициент водопроницаемости (1, мкм 2). Вычисляли степень снижения проницаемости (, ) по формуле 1 После обработки моделей 1,2 и 3 заявляемым составом для ограничения водопритока снижение их проницаемости по воде составило соответственно 61 , 77 и 91 . Полученный результат указывает на высокую гидроизолирующую способность материала, образовавшегося в поровом объеме моделей пласта, обработанных составом. Приготовление заявляемого состава для ограничения водопритока по заявляемому способу было апробировано в промышленных условиях. Эмульсионно-суспензионный состав готовили (тремя порциями по 60 м 3) в емкости для утилизации нефтешлама установки подготовки нефти РУП Производственное объединение Белоруснефть. До начала проведения работ место отбора нефтешлама из шламосборника было разогрето при помощи пара, производимого местной котельной, до температуры 95-97 С. Емкость для утилизации нефтешлама заполнили пресной технической водой в объеме,приблизительно равном объему планируемого к утилизации нефтешлама. Затем в емкость ввели заданное рецептурой состава количество НПАВ Неонол АФ 9-6. Смесь нагрели до температуры 80-90 С с помощью пара, подаваемого через форсунки, расположенные в нижней и средней частях емкости. После этого в емкость из шламонакопителя отдозировали разогретый нефтешлам и продолжили перемешивание содержимого емкости в течение 2 ч подаваемым паром и посредством циркуляции насосом, после чего отключили подачу пара и добавили оставшуюся часть воды. Охлаждение смеси осуществляли при перемешивании путем барботажа воздухом через компрессор. После снижения температуры до 40-45 С отобрали пробы приготовленного состава, которые проанализировали по параметрам, представленным в табл. 3. Размер частиц дисперсной фазы составил в среднем 50 мкм, условная вязкость - 14 с (диаметр сопла 4 мм), относительный объем нефтешламовой пробки, отделившейся из образца состава в процессе термо-статирования при пластовой температуре (65 С) - 80 . 16046 1 2012.06.30 Опытная партия состава в объеме 180 м 3 была закачана в нагнетательную скважину 43 Речицкого месторождения с целью выравнивания профиля ее приемистости. Закачка прошла без осложнений. Таким образом, создан селективный эмульсионно-суспензионный состав для ограничения притока пластовых вод, обладающий высокой гидроизолирующей способностью. Способ получения состава отличается экономичностью, так как его основными компонентами являются отход процесса подготовки нефти - нефтешлам - и вода, а для придания составу устойчивости требуется незначительное количество НПАВ Неонол АФ 9-6 или Жиринокс-С. Способ получения состава не предусматривает применения пожароопасных и токсичных органических растворителей. Источники информации 1.2071552, МПК 21 43/22, 33/138, 1997.01.10. 2.2172764, МПК 10 31/09, 2001.08.27. 3.2260673, МПК 21 33/138, 2005.09.20. 4.2177539, МПК 21 43/22, 2001.12.27 (прототип). 5. Поверхностно-активные вещества Справочник / Ред. А.А. Абрамзон, Г.М. Гаевой. Л. Химия, 1979. - 376 с. 6. Эмульсии Пер. с англ. /Ред. Ф. Шерман. - Л. Химия, 1972. - 448 с. 7.2064571, МПК 21 33/138, 1996.07.27. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 8