Воздействие осадкогелеобразующими составами

Механизм процесса. С целью охвата слабопроницаемых зон пропластков и линз воздействием предложено перераспределить потоки нагнетаемой в пласт воды промытой зоны путем увеличения ее фильтрационного сопротивления, т.е. снизить проницаемость. В настоящее время существует несколько десятков селективных составов, применяемых с целью осадкообразования в водной фазе, в пластовых условиях.

Авторы работы [26] приводят следующие запатентованные пары реагентов:

Ионы Mg⁺², Ca⁺², + CO₂ ® MgCO₃, CaCO₃¯;

латекс + соли Ca²⁺, Mg²⁺;

Pb(NO₃)₂+ 2Cl^-®PbCl₂¯;

Fe⁺³ + Na₂CO₃® Fe(OH)₃¯;

Al⁺³ + Na₂CO₃® Al(OH)₃¯;

FeSO₄·6H₂O+Na₃PO₄®Fe₃(PO₄)₂¯;

Ca⁺² + 2HF®CaF₂¯;

Fe⁺³, Al⁺³ + NaOH®Fe(OH)₃, Al(OH)₃¯;

Mg⁺³ + 2NaOH ®Mg(OH)₂¯;

Me⁺ⁿ+ NaOH®Me(OH)_n;

FeCl₃, Al₂(SO₄)₃ + NH₄OH® Fe(OH)₃, Al(OH)₃¯;

FeSO₄·6H₂O+ NH₄OH® Fe(OH)₃, Al(OH)₃¯;

Na₂SiO₃ + CO₂® Si(OH)₄¯;

Na₂SiO₃ + SO₂®Si(OH)₄¯;

Na₂SiO₃ + сложные эфиры® Si(OH)₄¯;

Na₂SiO₃ + карбамид® Si(OH)₄¯;

Na₂SiO₃ + Me⁺ⁿ®Me(OH)₂¯;

Na₂SiO₃ + HCl® Si(OH)₄¯;

Na₂SiO₃ + (NH₄)SO₄® Si(OH)₄¯;

RCOONa (мыло) + Сa⁺²® Ca(RCOO)₂¯;

Na₂SO₄+HCl®Na₂S + 3S¯;

Na₂SO₄+ Ca⁺²®CaSO₄¯;

H₂SiF₆+CaCO₃®CaF₂+ Si(OH)₄¯;

H₂SiF₆+H₂O® Si(OH)₄¯;

H₂SiF₆+2Na⁺® Na ₂SiF₆¯;

S₂Cl₂+H₂O®S¯;

SiCl₄, TiCl₄+H₂O® Si(OH)₄¯,Ti(OH)₄¯;

Si(OC₂H₅)₄+H₂O® Si(OH)₄¯;

Al₂(SO₄)₃· nH₂O +СаСО₃® Al(OH)₃¯;

AlCl₃ + 3H₂O= 2Al(OH₃) + 3HCl, 2HCl + CaCO₃®CaCl₂ + H₂O +CO₂­;

Na(K)SiO₄ (нефелин) +HCl ® гель;

ПАА + АlCl₃, CaCl₂ ® Al(OH)₃¯, Ca(OH)₃¯;_.

древесная мука + глинопорошок ® гель.

В основном они состоят из пары реагентов, последовательно закачиваемых в пласт, где после их смешения выпадает осадок. Осадкообразование может происходить за счет взаимодействия между реагентами и компонентами воды, нефти, породы. Например для карбонатосодержащего пласта закачивается сульфат алюминия (cернистый глинозем) Al₂(SO₄)₃· nH₂O или алюмохлорид AlCl₃.

Регулирование процесса осадкообразования в пластовых условиях является достаточно сложной задачей, варьировать можно лишь объемами и скоростью закачивания растворов. С целью предотвращения выпадения осадка в призабойной зоне пласта применяются различные технологии закачки реагентов. Например закачка раствора карбоната натрия вывести из пластовой воды ионы Са⁺² и Mg⁺², что позволяет нагнетаемому вслед за ним силикатному раствору достичь в нескоагулированном состоянии заданной глубины. Затем, вследствие диффузии ионов Са и Mg из пластовой воды и взаимодействия с силикатным раствором образуется осадок. также эффективна чередующаяся закачка оторочек раствора осадкообразующих щелочных соединений и раствора соли двухвалентного металла, разделенных оторочкой пресной (умягченной) воды для предотвращения преждевременного их смешивания. Регулирование гелеобразования возможно изменением кислотность среды при использовании алюмохлорида, т.к. золи гидроксида алюминия обладают амфотерными свойствами.

Существует композиции, в которых осадок образуется не сразу, а с течением времени или под воздействием пластовой температуры, что позволяет смешивать реагенты до закачки. Например:

Na₂SiO₃+NaHCO₃® Si(OH)₄¯;

t⁰

FeCl₃, Al(SO₄)₃+карбамид® Fe(OH)₃, Al(OH)₃¯;

t⁰

Na₂SiO₃ + сложные эфиры® Si(OH)₄¯;

t⁰

Na₂SiO₃ + карбамид ® Si(OH)₄¯ (гель);

t⁰

Na₂SiO₃+сахара ® Si(OH)₄¯;

Si(OH)₄(золь) +F^-® Si(OH)₄¯;

t⁰>120⁰C

лигносульфонат (раствор в воде) ®лигносульфонат (осадок);

натриевые соли шлам-лигнина, при реакции с породой снижается pH и лигнин выпадает в осадок;

t⁰

Na₂S® Na₂S + S¯.

Основными факторами, определяющими выбор реагента для получения водоизолирующих материалов в пласте являются химический состав и свойства пластовых вод, нефти; минералогический состав пород и их обменные свойства; химическая активность закачиваемого реагента относительно компонентов продуктивного пласта.[16]

Выбор щелочных реагентов обусловлен содержанием в сточной воде катионов Са⁺² и Mg⁺². В результате реакции образуются осадки CaSiO₃, MgSiO₃, Ca(OH)₂, Mg(OH)₂. Осадок CaSiO₃ по природе является коллоидным и способен снизить проницаемость до 10 и более раз, а осадки гидроокисей кальция и магния снижают проницаемость лишь в полтора - два раза. В зависимости от геолого-физических условий месторождений варианты метода могут отличаться используемыми реагентами и их соотношением. Так, для проведения осадкообразования для условий Башкирии, на месторождениях девона с нефтями малой вязкости целесообразно применение растворов с повышенным содержанием гидроокиси натрия, а на месторождениях нижнего карбона - с высоким содержанием силиката натрия.[16]

Осадкообразующая система на основе силиката натрия отличается тем, что при взаимодействии силиката натрия с солями щелочноземельных металлов наряду с выпадением осадков гидрооксидов кальция и магния происходит образование и выпадение, вследствие снижения pH среды, студенистого кремнезема. Система на основе силиката натрия после контакта с минерализованной водой представляет собой объемную гелеобразную массу, которая в отличие от осадков щелочной системы более медленно оседает под действием сил тяжести и приводит снижению проницаемости почти в 4 раза. Вместе с тем, закачивание щелочной оторочки по сравнению с силикатной способствует более значительному уменьшению остаточной нефтенасыщенности породы. Поэтому для обеспечения нефтевытесняющих свойств и степени снижения относительной проницаемости породы целесообразно в условиях минерализованных вод, повышенной вязкости нефти и умеренной температуре пластов использовать смесь щелочных и силикатных растворов. Силикат способствует "связыванию" отдельных частиц гидроокиси и их укрупнению. Кроме того, применение силикатов возможно для глубокозалегающих высокотемпературных пластов, т. к. их свойства сохраняются даже при высоком давлении 30-95 МПа и температуре до 200⁰С.

В качестве силиката щелочного металла может использоваться ортосиликат, метасиликат и пентогидрат натрия и калия, которые при взаимодействии с хлоридом кальция образуют гелеобразный осадок. Растворы этих силикатов при концентрации их в растворе около 1 % имеют значение pH близкое к 13. Базовая композиция состоит из силиката натрия -6 % мас., соляная кислота - 1,6 % мас., пресная вода - остальное [26]. Для внутрипластового образования необходимо взаимодействие силикатов щелочного металла с солью двухвалентного металла и едкого натра или кальцинированной соли с поливалентными металлами.

Для месторождений Западной Сибири, характеризующихся высокой послойной неоднородностью пластов и повышенной температурой, Л.К. Алтуниной и ее сотрудниками предложен способ воздействия на основе неорганических солей, который заключается на способности системы "соль алюминия-карбамид-вода" генерировать в пласте неорганический гель и СО₂. При реализации рассматриваемого метода используются гелеобразующие композиции "ГАЛКА", представляющие собой маловязкие растворы с pH=2,5-3, содержащие соль алюминия, карбамид и некоторые добавки, которая способна растворять карбонатные минералы породы пласта, снижать набухаемость глин. При температуре > 70⁰C карбамид гидролизуется с образованием аммиака и СО₂, что приводит к повышению pH раствора. При pH=3,8-4,2 происходит мгновенное образование гидроксида алюминия. Растворы солей алюминия без карбамида гелей не образуют. Получаемый гель гидроксида алюминия является тиксотропным псевдопластическим твердообразным телом коагуляционной структуры. На основе лабораторных исследований показано, композиция снижает коэффициент проницаемости для воды до 70 раз. Композиция испытывалась на месторождениях Западной Сибири, удельная технологическая составила 40-60 т/т.

(При применении сульфат алюминия в терригенных коллекторах с повышенным содержанием карбонатов Татарии удельная эффективность достигает 100т/т.)

При добавлении полимера ко всем щелочным растворам развлетвленные макромолекулярные цепи полимера способствуют образованию различных "сшитых" термостабильных структурированных осадков молекул силиката и полимера через щелочно-земельный катион соли и значительному укрупнению осадков и сильному снижению фазовой проницаемости для воды (до 30 раз). Этому способствует взаимодействие и сорбция таких осадков с терригенными песчаниками, содержащими значительное количество глинистого цемента (до 10 %).

В последнее время широкое применение находят полупродукты и отходы химических производств: щелочные стоки, отходы производства капролактана (состоящие из карбоната и сульфата натрия, шламлигнин, кремнефторводородистая кислота, аммоний кремнефторводородистый, аммиачная вода метилцеллюлозы, лигносульфонаты, отходы производства мыловаренных заводов, сернистый глинозем, алюмохлорид, отработанная серная кислота, нефелин, дистиллерная жидкость и т.д.

Находят применение обратные эмульсии на основе ПАВ, которые способны при контакте с пластовой водой образовывать гели и разжижаться при диспергировании с нефтью. Наличие в их составе ПАВ с высокой адгезией к гидрофильной породе коллектора в промытых водой каналах придает им способность при движении гидрофобизовать скелет коллектора с увеличением его фазовой проницаемости для нефти. В БашНИПИнефти разработаны эмульсии, где в качестве дисперсионной фазы служит гексановая фракция, а дисперсионной средой являются растворы солей. "Химеко-ГАНГ" предлагаются эмульсии, состоящие из эмульгатора "Нефтенол Н-З", стабильного бензина, СаСl₂ и пластовой воды.