Дисперсный гелеобразующий состав для разработки нефтяных месторождений заводнением

 

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к составам для разработки нефтяных месторождений заводнением, и может быть использовано для увеличения добычи нефти путем изоляции водопритока к нефтяным скважинам, ликвидации заколонных перетоков, а также для изменения фильтрационных характеристик неоднородных пластов. Техническим результатом является создание состава, который эффективен, дешев, исключает использование дорогих синтетических полимеров, обладает более высокой седиментационной устойчивостью, степенью набухания и остаточным сопротивлением. Дисперсный гелеобразующий состав для разработки нефтяных месторождений заводнением включает порошкообразный наполнитель растительного происхождения, содержащий дополнительно 5-20 мас.% пектинсодержащего порошка, полученного механической активацией пектинсодержащего растительного сырья, щелочь и воду, при следующем соотношении компонентов, мас.%: указанный наполнитель - 1,0-3,0, щелочь - 1,5-3,0, вода - остальное. 3 табл.

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к составам для разработки нефтяных месторождений заводнением, и может быть использовано для увеличения добычи нефти путем изоляции водопритока к нефтяным скважинам, ликвидации заколонных перетоков, а также для изменения фильтрационных характеристик неоднородных пластов.

Известен волокнистый материал, представляющий собою древесную пыль, являющуюся отходом обработки фанеры шлифовальным способом. Суспензия мелкой древесной пыли в воде с концентрацией 1,5 мас.% обладает высокой закупоривающей способностью, снижает коэффициент приемистости нефтяных скважин и приводит к значительному повышению их нефтеотдачи (1. Ю.В. Баранов, И.Т. Нигматулин, M.А. Маликов, С.В. Чугунов, A.Н. Шакиров, М.А. Жеглов "Новый волокнистый материал в ассортименте реагентов для ресурсосберегающих технологий повышения нефтеотдачи". Материалы конференции, Добыча, подготовка, транспорт нефти и газа, г. Томск, 2001 г., с. 40 - 43).

Однако применение такого дисперсного наполнителя не обеспечивает гелеобразования. Запасы древесной пыли (муки), полученной путем обработки фанеры шлифовальным способом, ограничены и не могут удовлетворить потребность нефтедобывающей промышленности в полном объеме.

Наиболее близким техническим решением, выбранным за прототип, является дисперсный гелеобразующий состав для разработки нефтяных месторождений, включающий древесную муку, гелеобразующий полимер и щелочь (2. Пат. РФ 2057914, кл. Е 21 В 43/22, опубл. Бюл. 10, 10.04.96 г.).

Древесная мука вводится в количестве 0,3-1,5 мас %. В качестве гелеобразующего полимера используется полиакриламид, полиоксиэтилен или карбоксиметилцеллюлоза в концентрации 0,05 - 1,0 мас.%. В качестве щелочи используют едкий натр, силикат натрия или едкий калий в концентрации 0,05- 20,0 мас.%).

Недостатком известного состава является использование дорогостоящего полимера, а также высокий расход щелочи, необходимый для повышения скорости набухания твердых частиц древесной муки.

Задача, решаемая заявляемым техническим решением, заключается в создании эффективного, дешевого дисперсного гелеобразующего состава на основе растительного сырья, который исключает использование дорогих синтетических полимеров и обладает более высокой седиментационной устойчивостью, степенью набухания и остаточным фактором сопротивления.

Поставленная задача решается благодаря тому, что в дисперсном гелеобразующем составе для разработки нефтяных месторождений заводнением, включающем порошкообразный наполнитель растительного происхождения, щелочь и воду, наполнитель состава дополнительно содержит 5-20 мас.% пектинсодержащего порошка, полученного механической активацией пектинсодержащего растительного сырья, при следующем соотношении компонентов состава, мас.%: Порошкообразный наполнитель растительного происхождения, включающий пектинсодержащий порошок - 1,0-3,0 Щелочь - 1,5-3,0 Вода - Остальное В заявляемом техническом решении используют наполнитель, включающий дополнительно 5-20 маc.% порошкообразного пектинсодержащего растительного сырья, подвергнутого предварительно механохимической активации.

Пектин содержится в больших количествах в некоторых видах растительного сырья и является природным гелеобразующим полимером. Для увеличения растворимости и выделения пектина из растительного сырья используется механохимическая активация его в высоконапряженной мельнице.

Таким образом, наполнитель заявляемого состава содержит муку растительного происхождения, не содержащую пектина и способную к набуханию, и муку растительного происхождения, содержащую пектин в свободном состоянии и обеспечивающую процесс гелеобразования при использовании заявляемого состава.

Проведенный анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации, содержащим сведения об аналогах заявляемого технического решения, позволил установить, что заявителем не обнаружен состав для разработки нефтяных месторождений, идентичный заявляемому.

Использование пектинсодержащей муки в наполнителе заявляемого состава, применяемого для регулирования разработки нефтяных месторождений, а также соотношение компонентов заявляемого состава не известны из существующего уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого состава критериям "новизна" и "изобретательский уровень" по действующему законодательству.

В качестве пектинсодержащего растительного сырья используют отходы некоторых производств, содержащие в большом количестве пектин, такие как корзинки подсолнечника, кора хвойных деревьев, водоросли, в частности ламинария, шелуха риса, отходы переработки свеклы, цитрусовых, яблок, ягод и т.п.

Основным компонентом наполнителя заявляемого состава является мука из растительного сырья, не содержащего пектин. Это может быть древесная мука, солома различных злаков, костра льна, отходы переработки хлопка, макулатура и прочие отходы. Этот компонент готовят любым известным способом, в частности, могут быть использованы и отходы производства фанеры.

Заявляемый состав готовят следующим образом.

Пектинсодержащее растительное сырье подвергают размолу и механической активации в виброцентробежной мельнице-активаторе (ВЦМ) с ускорением мелющих тел 80-200 м/с².

При механохимической активации пектинсодержащего сырья происходит расщепление связей, соединяющих пектиновые вещества с клетчаткой, целлюлозой, гемицеллюлозами и другими высокомолекулярными соединениями клеточной стенки растительного сырья. Получившиеся после механохимической активации порошки выделяют пектин в водные растворы в большем количестве и с более высокой скоростью.

Порошкообразные компоненты, из которых состоит наполнитель заявляемого состава, муку растительного происхождения, содержащую пектины и не содержащую пектины, механически перемешивают. При этом получают смесь, содержащую 5-20 мас. % муки растительного происхождения, содержащей пектины.

Для доказательства соответствия заявляемого состава критерию "промышленная применимость" приводим конкретные примеры его использования.

Оценку эффективности заявляемого изобретения и состава по прототипу проводили в лабораторных условиях по следующим показателям: по степени набухания, седиментационной устойчивости дисперсных частиц и по остаточному фактору сопротивления, создаваемого образующимися в пласте системами.

Степень набухания, время оседания полученного состава, а также остаточный фактор сопротивления пласта определяли следующим образом: - степень набухания - по изменению объема наполнителя до погружения в раствор щелочи и после погружения и выдерживания в нем до достижения максимального объема. При этом количество наполнителя составляло 1-3 мас.% от общей массы дисперсии, а содержание в нем муки растительного происхождения, содержащей пектины, составляло 5,10,15 и 20 маc.% от общего количества наполнителя. Концентрацию щелочи в исследуемых растворах составляла 1,5, 2,0, 2,5 и 3,0 маc.%; - время оседания определяли после полного набухания наполнителя в щелочном растворе; - остаточный фактор сопротивления определяли при фильтрации состава через модели трещиновато-кавернозного пласта, представленного кварцевым песком проницаемостью 8-41 мкм ². Водонасыщенную модель готовили (аналогично прототипу) путем закачки 3-х поровых объемов воды при постоянном давлении до выхода на установившийся режим фильтрации, фиксируя время фильтрации единицы объема воды - Т_в. Затем через модель пласта прокачивали до установившегося режима фильтрации около трех поровых объемов исследуемой дисперсии твердых частиц РПС в водном растворе щелочи и фиксировали время фильтрации единицы объема прокачиваемой жидкости. Остаточный фактор сопротивления каждой жидкости определяли по формуле Р_ост=Т_в/Т. По величине Р_ост судят об изолирующих свойствах образующихся систем: чем больше Р_ост, тем выше изолирующие свойства их и, следовательно, эффективнее работает состав для разработки месторождений нефти.

Ниже приведены конкретные примеры приготовления заявляемого состава и состава по прототипу, а также оценка их эффективности, проверенная в лабораторных условиях. Все примеры сведены в таблицы 1, 2 и 3.

Пример 1.

Готовят наполнитель путем смешения 95 г муки растительного происхождения (муки соломы пшеницы) и 5 г механически активированного пектинсодержащего порошка, полученного из корзинок подсолнечника. 2 г смеси диспергируют в 100 мл водного раствора щелочи с концентрацией 1,5; 2,0; 2,5; 3,0 мас.%. Результаты определения времени оседания и степени набухания представлены в таблице 1, образцы 1-4.

Пример 2.

Смешивают 80 г муки соломы и 20 г пектинсодержащей муки. Дисперсию готовят аналогично примеру 1 (табл. 1, образцы 5-8).

Пример 3.

Смешивают 85 г муки соломы и 15 г пектинсодержащей муки. Дисперсию готовят аналогично примеру 1 (табл. 1, образцы 9-12).

Пример 4.

Смешивают 90 г муки соломы и 10 г пектинсодержащей муки. Дисперсию готовят аналогично примеру 1 (табл. 1, образцы 13-16).

Пример 5.

Остаточный фактор сопротивления определяли при закачке в слой состава, содержащего 2 мас.% наполнителя, включающеего 15 мас.% пектинсодержащей муки и 85% муки соломы пшеницы в водном растворе щелочи с концентрацией 2 мас.%. Результаты по определению остаточного фактора сопротивления слоя приведены в таблице 2.

При сравнении результатов исследования заявляемого состава с прототипом установлено, что остаточный фактор сопротивления увеличивается с 4,2-6,5 до 4,6-7,2.

Сводные данные по результатам исследования заявляемого состава и состава по прототипу приведены в таблице 3.

Как видно из таблицы 1, выбранное соотношение компонентов состава является оптимальным.

Уменьшать концентрацию твердых частиц в дисперсии ниже 1 мас.% не имеет смысла, так как в этом случае образование геля происходит очень медленно или гель вовсе не образуется. Повышать концентрацию твердых частиц в дисперсии выше 3 мас. % не следует, так как увеличивается расход компонентов, а свойства геля при этом существенно не изменяются.

Оптимальная концентрация щелочи в заявляемом составе 1,5-3 мас.%. При концентрации менее 1,5 мас.% процесс гелеобразования идет медленно, а повышать концентрацию щелочи выше 3 мас.% нецелесообразно.

Оптимальной концентрацией пектинсодержащей муки в наполнителе является 5-20 мас. %. Поскольку при концентрации пектинсодержащей муки ниже 5 мас.% гелеобразование недостаточно, а введение избыточного количества ее (выше 20 мас.%) не улучшает свойства дисперсии.

Сравнение результатов исследований заявляемого состава с прототипом показывает, что время оседания заявляемого состава выше, чем у состава по прототипу: - заявляемый состав - 30-180 мин
- состав по прототипу - 2-35 мин.

Степень набухания заявляемого состава составляет 170-580 мас.%, а у прототипа - 140-240 мас.%. Причем для достижения таких результатов достаточна концентрация щелочи от 1,5 до 3,0 мас.%, а в прототипе максимальная степень набухания достигается только при концентрации щелочи выше 20 мас.%.

Как видно из таблицы 3, заявляемый состав более эффективен, чем состав по прототипу. Кроме этого, он значительно проще, не требует высоких концентраций щелочи и дорогостоящих искусственных полимеров.

Формула изобретения

Дисперсный гелеобразующий состав для разработки нефтяных месторождений заводнением, включающий порошкообразный наполнитель растительного происхождения, щелочь и воду, отличающийся тем, что указанный наполнитель состава включает дополнительно 5-20 мас. % пектинсодержащего порошка, полученного механической активацией пектинсодержащего растительного сырья при следующем соотношении компонентов состава, мас. %:
Порошкообразный наполнитель растительного происхождения, включающий указанный пектинсодержащий порошок - 1,0-3,0
Щелочь - 1,5-3,0
Вода - Остальное

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3