Состав для изоляции водопритока в скважину

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к составам для изоляции водопритока в добывающих и нагнетательных скважинах, и предназначено для проведения водоизоляционных работ в скважинах.

Известен состав для изоляции водопритоков в скважину (патент RU № 2244819, МПК Е21В 43/32, опубл. 20.01.2005 в бюл. № 2), включающий водный раствор силиката натрия, натрий кремнефтористый, триацетин и древесную муку. В качестве водного раствора силиката натрия состав содержит водный раствор силиката натрия плотностью 1,36 г/см3 и силикатным модулем М = 3,0 при следующем соотношении компонентов, мас. %:

водный раствор силиката натрия 90,0–95,0

кремнефтористый натрий 3,0–8,0 древесная мука 1,0–4,0

триацетин 1,0–4,0.

Согласно известному изобретению в пласт закачивают предварительно приготовленный состав.

Недостатками известного состава являются узкий диапазон сроков отверждения состава от 15 мин до 1 ч-40 мин, многокомпонентность состава и сложность его приготовления в промысловых условиях в осенне-зимний период года вследствие плохой растворимости кремнефтористого натрия в воде.

Известен гелеобразующий состав для ограничения водопритока в добывающие скважины (патент RU № 2456439, МПК Е21В 43/22, 43/32, C09K 8/84, опубл. 20.07.2012 в бюл. № 20). Состав содержит воду, силикат натрия и ацетат хрома при следующем соотношении компонентов, мас. %:

силикат натрия 1–10

ацетат хрома 0,5–2

вода остальное.

Недостатком известного состава является относительно короткое время гелеобразования, составляющее не более 10 час, что не позволяет планировать использование при работах в скважине с большим объемом закачиваемого состава, так как за 10 час возможно приготовить и закачать только ограниченный объём.

Наиболее близким аналогом является состав для изоляции обводненных нефтяных коллекторов (патент RU № 2307146, МПК С09К 8/504, опубл. 27.09.2007 в бюл. № 27), содержащий силикат натрия, гелеобразователь, наполнитель и воду. В качестве гелеобразователя состав содержит соляную кислоту. В качестве наполнителя состав содержит карбосил или фосфогипс, или смесь фосфогипса и древесной муки при их соотношении 1:2–2:1 при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Недостатками известного состава являются сложность создания водоизоляционного экрана в скважинах на месторождении с карбонатным коллектором из-за повышения рН и снижения способности инициирования процесса гелеобразования в результате реакции соляной кислоты с карбонатом кальция, содержащимся в породе пласта, что не способствует повышению прочности силикатного геля, сложность контроля времени гелеобразования при использовании соляной кислоты, повышающей риск резкого изменения времени гелеобразования, вплоть до мгновенной коагуляции при незначительном изменении соотношения компонентов, высокая коррозионная активность к скважинному оборудованию, трудоемкость и длительность приготовления состава в промысловых условиях.

Технической задачей изобретения является повышение эффективности изоляции водопритока в скважину за счет расширения интервала времени гелеобразования состава, повышения прочности геля при одновременном расширении технологических возможностей использования состава в условиях карбонатных коллекторов, упрощении приготовления состава.

Техническая задача решается составом для изоляции водопритока в скважину, содержащим силикат натрия, гелеобразователь, наполнитель и воду.

Новым является то, что в качестве гелеобразователя состав содержит ацетат хрома, а в качестве наполнителя – древесную муку при следующем соотношении компонентов, мас. %:

силикат натрия 8,0–15,0

ацетат хрома 0,5–2,0 сверх 100 %

древесная мука 0,1–5,0 сверх 100 %

пресная вода 85–92.

Для приготовления состава используют компоненты:

– силикат натрия по ГОСТ 13078-81 – представляет собой жидкость желтого или серого цвета плотностью в пределах 1360–1450 кг/м3 с силикатным модулем в пределах 2,7–3,4;

– ацетат хрома по ТУ 2499-023-55373366-2011 с изменениями № 1, 2 – представляет собой водный раствор зеленого цвета с массовым содержанием ацетата хрома не менее 45 % и плотностью в пределах 1250–1300 кг/м3;

– древесная мука по ГОСТ 16361-87; преимущественно марки 180, 140, Т.

– воду пресную.

Сущность изобретения состоит в создании состава для изоляции водопритока в скважину простого в приготовлении, коррозионно безопасного при одновременном расширении технологических возможностей использования состава в условиях карбонатных коллекторов и расширения интервала времени гелеобразования состава. Вследствие малой вязкости состав легко проникает в малопроницаемые поры коллектора, обводненного водой любой минерализации. Состав готовят на пресной воде, он является простым в приготовлении, обладает достаточным временем гелеобразования для закачки состава в полном объеме. После перемешивания компонентов и закачки в скважину в указанном диапазоне соотношений компоненты состава реагируют, в результате формируется прочный силикатный гель. За счет изменения соотношений компонентов состава регулируют необходимое время гелеобразования состава и прочность (статическое напряжение сдвига) образующегося геля. Образующийся в пластовых условиях силикатный гель не растворяется и не разрушается под воздействием пластовых минерализованных вод, что позволяет увеличить продолжительность эффекта изоляции водопритока.

При приготовлении все компоненты состава хорошо и быстро растворяются в воде. Присутствие древесной муки в составе обеспечивает формирование прочного геля. Изменением его количества регулируют (варьируют) прочность формирующего геля. Ацетат хрома является гелеобразователем состава. Силикат натрия является основой силикатного геля в составе. Присутствие силиката натрия в образующемся геле придает ему стойкость в условиях воздействия агрессивных сред в скважинных условиях.

Интервал времени гелеобразования (индукционный период) состава достаточно широкий, чтобы приготовить и закачать состав в любой обрабатываемый коллектор. В течение индукционного периода вязкость состава имеет низкие значения, что способствует легкому закачиванию состава в пласт.

Использование в качестве гелеобразователя – ацетата хрома в предлагаемом количественном интервале позволяет получить состав с широким интервалом времени гелеобразования, при одновременном расширении технологических возможностей использования состава в условиях карбонатных коллекторов ввиду того, что состав не взаимодействует с карбонатной составляющей породы. Применение в составе одного наполнителя позволяет получить простой в приготовлении состав из–за исключения предварительного приготовления смеси наполнителей.

Исключение кислоты из состава обеспечивает возможность эффективного использования состава в условиях карбонатных коллекторов.

Время гелеобразования состава и прочность состава определяют опытным путем в лабораторных условиях. Результаты лабораторных испытаний предлагаемого состава при температуре 20±2 °С приведены в таблице 1.

В стеклянный стакан объемом 150 мл наливают 90 г (90 мас. %) пресной воды, добавляют ацетат хрома 1,6 г (1,6 мас. %), туда же при перемешивании добавляют древесную муку 1,0 г (1,0 мас. %) и силикат натрия 10 г (10 мас. %). Перемешивают в течение 10–15 мин. Помещают полученный состав в термостат с температурой 20±2 °С и оставляют на гелеобразование. Далее через каждые 15 мин стакан наклоняют на угол, равный 45º, для наблюдения за изменением угла мениска состава. Фиксируют время, когда мениск состава в стакане перестанет смещаться. Определенное таким образом время является временем гелеобразования, которое составляет 15 ч 45 мин (таблица 1, опыт 1). Остальные опыты, представленные в таблице 1, проводят аналогичным образом. После образования гелей определяют их прочность (статическое напряжение сдвига) по ГОСТ 33213-2014 (с использованием широметра).

Из проведенных опытов выбирали по времени гелеобразования (от 2 ч 05 мин до 23 ч 30 мин) и прочности геля (от 167,89 до 566,16 Па) оптимальное соотношение компонентов в составе (опыты 1–10), мас. %:

силикат натрия 8,0–15,0

ацетат хрома 0,5–2,0 сверх 100 %

древесная мука 0,1–5,0 сверх 100 %

пресная вода 85–92.

У состава по наиболее близкому аналогу прочность геля составила от 122,27 до 888,85 Па. При этом наибольшая прочность геля составила у состава

с очень коротким сроком гелеобразования – 10 мин, что создает повышенный риск аварийности проводимых работ.

Для сравнения эффективности предложения провели испытание гелеобразующего состава по предложению и наиболее близкого аналога на прочность при температуре 22 ± 2 °С. Испытания проводили следующим образом: в капиллярную трубку диаметром 6 мм и длиной 3 м заливали гелеобразующий состав до тех пор, пока он не начинал выходить из трубки, и оставляли его на гелеобразование. Через 48 ч полученный гель выдавливали под давлением и рассчитывали градиент давления сдвига. Результаты испытаний представлены в таблице.

Результаты исследований показали, что предлагаемый состав имеет высокие показатели прочности и более стоек к перепадам давления.

Применение древесной муки менее 0,1 мас. % и ацетата хрома менее 0,5 мас. % не оказывает положительного влияния на результат гелеобразования состава (опыт 11), а использование древесной муки более 5,0 мас. % и ацетата хрома более 2,0 мас. % ведет к сокращению времени гелеобразования состава до 15 мин (опыт 12), что приводит к невозможности закачки его в скважину и увеличению стоимости состава. Оптимальным соотношением силиката натрия в составе является 8–15 мас. % по всей совокупности свойств состава как до гелеобразования, так и после (по времени гелеобразования, прочности образующегося геля, оптимальной стоимости состава).

Предлагаемый состав позволяет повысить эффективность изоляции водопритока в скважину за счет создания простого в приготовлении состава при одновременном расширении технологических возможностей использования состава в условиях карбонатных коллекторов, расширения интервала времени гелеобразования состава и повышения прочности геля.