Результат интеллектуальной деятельности: СОСТАВ ДЛЯ ВЫТЕСНЕНИЯ НЕФТИ

Изобретение относится к нефтяной промышленности, в частности к составам для вытеснения нефти на основе частично гидролизованных полимеров акриламида, и направлено на повышение реологических свойств нефтевытесняющего реагента в пластовых условиях.

Вытеснение вязких нефтей водой сопровождается быстрым прорывом воды в продуктивные скважины при разработке даже сравнительно однородных пластов, результатом чего является их низкая нефтеотдача. Для повышения эффективности вытеснения нефти применяют способы, позволяющие искусственно снижать соотношение вязкости нефти к вязкости воды путем загущения воды химическими реагентами. Одним из таких реагентов является синтетический высокомолекулярный частично гидролизованный полиакриламид (ГПАА).

Применение ГПАА в технологиях повышения нефтеотдачи наряду с большими преимуществами имеет существенные недостатки. Одним из них является нестабильность вязкостных свойств водных растворов ПАА, вызванная тем, что в условиях пласта макромолекулы подвергаются совместному воздействию температур, давлений, сдвиговых напряжений, растворенных в воде солей. Результатом этих воздействий является, как правило, снижение вязкости растворов ГПАА, ухудшение их реологических характеристик, снижение эффективности применения.

Известно много способов защиты водных растворов ГПАА, направленных на сохранение реологических характеристик в условиях нефтедобычи, с использованием добавок различного механизма действия.

Известны, например, составы на основе водных растворов частично гидролизованного полиакриламида, стабилизированные введением в раствор различных органических веществ. В качестве органических веществ используют этанол (SU №1754741, опубл. 15.08.1991), мочевину (Патент RU №2350635, опубл. 27.03.2009), неионогенные поверхностно-активные вещества (SU №1594958, опубл. 23.02.1990), полигексаметиленгуанидин (SU №1716861, опубл. 20.08.1995), гидроксиламин (Патент RU №2069677, опубл. 27.11.1996).

Недостатком известных составов является относительно низкая эффективность стабилизации. Кроме того, вещества, используемые в этих составах, либо изменяют структуру и свойства полиакриламида, оказывая неблагоприятное влияние на свойства его растворов, либо нетехнологичны в применении.

Наиболее близкой по химической сущности к предлагаемому решению является биполимерная композиция (Патент RU №2358985, опубл. 20.06.2009), включающая смесь частично гидролизованного полиакриламида и гидрофобно-гидрофильного амид-имидного полимера.

Известный состав используется в качестве флокулянта для очистки промышленных вод.

Целью настоящего изобретения является разработка аналогичного биполимерного нефтевытесняющего состава, с улучшенными реологическими характеристиками при высоких сдвиговых напряжениях как в пресных так и в минерализованных водах.

Поставленная цель и указанный технический результат достигаются предлагаемым составом для вытеснения нефти, включающем в себя частично гидролизованный полиакриламид и модификатор реологии, где в качестве модификатора реологии используют гидрофобно-гидрофильный модифицированный поликарбоксилатный эфир (ПК), при следующем соотношении компонентов, мас. %,:

- Частично гидролизованный полиакриламид - 90,0;

- Модифицированный поликарбоксилатный эфир - 10,0.

Приведенный состав для вытеснения нефти является оптимальным. Уменьшение содержания ПК в составе приводит к снижению его эффективности, увеличение содержания ПК в составе приводит к ухудшению растворимости в воде.

В качестве ГПАА могут быть использованы водорастворимые полиакриламиды отечественного или зарубежного производства с молекулярной массой 10-25 млн. ед., и степенью гидролиза 10-30%.

Модифицированный поликарбоксилатный эфир - это гребнеобразный неионогенный сополимер со средней молекулярной массой (15-50)×10³ ед., состоящий из длинной основой гидрофильной поликарбоксилатной цепи и боковых гидрофобных алкиленоксидных цепей определенной длины.

Используется как поликарбоксилатный суперпластификатор для сухих строительных смесей и тампонажных цементных растворов. Выпускается по ТУ 2458-015-14023401-2012, ООО «Химпром», г. Пермь, марка WellFix-Р-100, в виде порошка белого цвета, хорошо растворимого в воде.

В последние годы широко исследуются гидрофобно-модифицированные полиакриламиды, основные цепи которых растворимы в воде, но содержат небольшое количество боковых или концевых неполярных групп, нерастворимых в воде. Исследования заключаются в переводе неассоциативного полиакриламидного загустителя в ассоциативный загуститель. В водных растворах такие полимеры подвергаются межмолекулярной ассоциации, благодаря чему раствор проявляет улучшенные вязкостные свойства. Получение их предусматривает сложный синтез химической сополимеризации различных мономеров.

С потребительской и экономической точек зрения основными недостатками гидрофобно-модифицированных полиакриламидов, получаемых путем синтеза, являются их высокая стоимость и трудность при работе с ними, выраженная в том, что при прочном ковалентном химическом соединении макромолекул основной полимерной цепи с гидрофобными неполярными макромолекулами, как правило, образуются трудно растворимые в воде соединения с проблемной закачкой их в пористую среду.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что для загущения воды используется комбинация двух полимеров - ассоциативного и неассоциативного, имеющих различные реологические свойства и различные «механизмы загущения».

Поставленная задача решается путем поиска оптимального баланса двух механизмов загущения и реологического поведения полимеров в водных растворах.

Данный подход успешно реализуется во многих областях промышленности (лакокрасочной, пищевой, медицинской и др.), когда для получения полимерных композиций с заданными реологическими и вязкостными характеристиками используют метод подбора оптимальных смесей полимеров, а не прибегают к сложному способу химической сополимеризации.

В предлагаемом составе изменение реологических и вязкостных характеристик частично гидролизованного полиакриламидного раствора удалось достичь добавкой гидрофобно-ассоциирующего поликарбоксилатного эфира. Являясь неионогенным полимером, он не чувствителен к минерализации.

Известно, что гидрофобно-ассоциирующие полимеры обладают уникальной способностью повышать вязкость растворов при возрастании скорости или напряжения сдвига. Это явление связано с повышением ориентации гидрофобных групп при резком возрастании скорости сдвига.

Кроме того, поликарбоксилатный эфир, благодаря наличию в молекуле электроотрицательных атомов кислорода способен в водных растворах смеси полимеров к образованию достаточно прочных водородных, но гораздо более мобильных (способных к разрушению и восстановлению), чем ковалентные, связей с гидроксильными группами частично гидролизованного полиакриламида.

В результате этого образуется биполимер с сильно разветвленной структурой, обеспечивающий значительное повышение эффективной вязкости растворов независимо от минерализации воды.

Таким образом, техническим результатом предлагаемого изобретения, является повышение реологических характеристик нефтевытесняющего состава при высоких сдвиговых напряжениях как в пресных так и в минерализованных водах.

Для подтверждения эффективности использования предлагаемого состава для вытеснения нефти, в лаборатории были проведены исследования вязкостных характеристик растворов на минерализованной и пресной водах полиакриламида и смеси полиакриламида с поликарбоксилатом для сравнения их загущающей способности. Исследования проводили при простом сдвиговом течении в свободном объеме с использованием ротационного вискозиметра Брукфильда при минимальной скорости сдвига 0,122 с^-1 (моделирование низких сдвиговых напряжений) и максимальной скорости сдвига 122,0 с^-1 (моделирование высоких сдвиговых напряжений).

Реологические данные, полученные при сдвиговом течении, позволяют прогнозировать поведение полимерного раствора в пористой среде.

Предлагаемый состав для вытеснения нефти готовили тщательным перемешиванием сухих порошкообразных компонентов:

- ГПАА - 90,0 г;

- WellFix-Р-100 - 10,0 г.

Для приготовления растворов использовали в качестве пресной воды - модель волжской воды с общей минерализацией 0,32 г/дм³. В качестве минерализованной воды - модель пластовой воды с общей минерализацией 110,0 г/дм³.

В качестве ГПАА для проведения лабораторных экспериментов использовали полиакриламид марки FP-107, фирма-производитель ООО «СНФ Балтреагент», с молекулярной массой 15 млн. ед. и степенью гидролиза 14%.

Концентрации для проведения испытаний составили 0,05; 0,1 и 0,2 мас. %, диапазон концентраций, наиболее часто используемый в технологиях увеличения охвата пласта заводнением.

Результаты проведенных экспериментов представлены в таблице 1.

Как видно из представленных в таблице 1 результатов испытаний, использование предлагаемого состава для вытеснения нефти в сравнении с чистым ГПАА позволяет повысить вязкость растворов при низкой скорости сдвига на 40-50%, при высокой скорости сдвига на 80-90% (эксп. №2, 4, 6, 8, 10, 12 табл. 1).

Для подтверждения эффективности предлагаемого полимерного нефтевытесняющего состава в пористой среде, были проведены фильтрационные эксперименты с растворами ГПАА и ГПАА с поликарбоксилатом WellFix-Р-100.

Лабораторные испытания проводили в соответствии с ОСТ 39-195-86 на фильтрационной установке постоянного расхода с использованием естественного дезагрегированного песчаного керна, с моделированием проницаемости 2,0±0,2 мкм².

Керн предварительно насыщали нефтью с вязкостью 24 μПа⋅с. Далее керн отмывали водой до достижения полной обводненности вытесняемой жидкости (имитация процесса заводнения). Определяли остаточную нефтенасыщенность кернов (К_в).

В керн с остаточной нефтенасыщенностью закачивали 0,3 объема пор раствора полимера. Определяли фактор сопротивления (R).

Затем раствор полимера вытесняли той же водой до предельной обводненности выходящих проб. Определяли остаточный фактор сопротивления (R_ост.). По количеству вытесненной нефти (К_с) определяли прирост коэффициента нефтеотдачи по формуле:

К_н=(К_в-К_с), где:

К_н - коэффициент прироста нефтеотдачи;

К_с - коэффициент остаточной нефтенасыщенности, после закачки составов;

К_в - коэффициент остаточной нефтенасыщенности, после закачки воды;

Результаты проведенных экспериментов приведены в таблице 2.

Полученные результаты показывают высокую эффективность вытеснения нефти из модели пласта. Прирост коэффициента нефтеотдачи составил 13-17%, а остаточный фактор сопротивления в среднем выше в 2-3 раза по сравнению с растворами ГПАА (эксп. №2, 4, 6, 8, 10, 12 табл. 2). Способ прост и технологичен. Реагенты не токсичны.

Приготовление сухой смеси состава осуществляют в заводских условиях и поставляют на промысел в виде готового продукта.

Способ разработки нефтяного пласта с использованием предлагаемого состава осуществляют следующим образом.

Выбирают участок нефтяной залежи для закачки полимерной оторочки. В зависимости от геологических условий пласта и вязкости нефти определяют концентрацию полимера и объем закачиваемой оторочки.

С помощью соответствующего оборудования (стационарных узлов приготовления растворов полимеров, насосных агрегатов и технических средств по закачке полимеров) в выбранные нагнетательные скважины закачивают полимерный раствор. Способ приготовления закачиваемого раствора не влияет на эффективность технологии (возможны различные варианты приготовления растворов полимеров в воде с последующей закачкой в скважину). После окончания закачки полимеров осуществляют заводнение пласта водой месторождения.

Использование заявляемого состава позволит расширить ассортимент реагентов, применяемых для вытеснения нефти из пласта, а также повысить эффективность использования ГПАА в процессах вытеснения нефти.