Гелеобразующие составы как метод повышения нефтеотдачи пластов

 

Таирова С.В. (ТПП Урайнефтегаз)

Современное состояние сырьевой базы ТПП «Урайнефтегаз», как и многих других нефтедобывающих предприятий Западной Сибири, характеризуется ухудшением структуры и качества запасов на разрабатываемых и вновь вводимых в разработку месторождениях. Существенным является рост в общем балансе ТПП истощенных, трудно извлекаемых нефтегазовых запасов. При этом высокая обводненность (более 85%) продукции переводит их в разряд низкодебитных по нефти. В связи с этим для снижения темпов падения добычи и регулирования заводнения на месторождениях района в ТПП «УНГ» применяются современные экологически безопасные технологии интенсификации добычи.

В области воздействия на пласт и повышения нефтеотдачи выделяются основные направления, позволяющие охватить практически все факторы, влияющие на полноту и темпы извлечения нефти: химические, физические, гидродинамические методы, обработки призабойной зоны.

Химические методы повышения нефтеотдачи на месторождениях района применяются с середины 70-х годов. За этот период было испытано около 15 различных технологий, в частности:

  • системные обработки с использованием:
    • полимерно-дисперсных систем (ПДС);
    • гелеобразующих составов (ГОС);
    • вязкоупругих составов (ВУС);
    • комбинированных композиций;

     

  • гелеобразующие составы на основе силиката натрия (ГОС);
  • осадкообразующие на основе силиката натрия (СПК);
  • осадкообразующие на основе алюмохлорида и другие (рис.1).

 

Рис.1. Распределение дополнительной добычи нефти (тыс.т) за счет химический методов ПНП по технологиям на 01.01.2001 года
Рис.1. Распределение дополнительной добычи нефти (тыс.т) за счет химический методов ПНП по технологиям на 01.01.2001 года

Технология ГОС

Одним из перспективных методов физико-химического воздействия на пласт с целью повышения нефтеотдачи является использование гелеобразующих составов для регулирования потоков и фильтрационных сопротивлений в призабойной зоне и в глубине пласта.

Данная технология предназначена для выравнивания профиля приемистости в нагнетательных и ограничения притока воды в добывающих скважинах в результате селективной изоляции промытых водой высокопроницаемых пропластков и трещин за счет перехода закачиваемого в скважину силикатно-полимерного раствора в гель при повышенной температуре пласта.

Перспективность использования технологии ГОС обусловлена технологичностью приготовления раствора и закачки его в пласт, достаточно низкой стоимостью реагентов и их нетоксичностью, высокой прочностью и стабильностью во времени образующегося геля, способностью разрушаться под действием щелочного агента.

Сущность метода заключается в закачке в пласт водного раствора жидкого стекла и соляной кислоты с незначительным добавлением полимеров. При взаимодействии силиката натрия с кислыми агентами выделяется кремниевая кислота, образующая золь, переходящий со временем в гель, который служит водоизолирующим материалом в промытых высокопроницаемых зонах пласта.

Область применения гелеобразующих композиций определяется:

  • временем гелеобразования при температуре приготовления;
  • временем гелеобразования при температуре пласта;
  • прочностью геля;
  • устойчивостью геля в минерализованной воде;
  • стабильностью во времени;
  • возможностью разрушения геля.

Химизм процесса и исследования Na2SiO3 + 2HCl = H2SiO3+2NaCl

Таблица 1
Таблица 1

При взаимодействии силиката натрия с кислыми агентами выделяется кремниевая кислота, образующая золь, переходящий со временем в гель. Силикатный гель имеет пространственную структуру, в которой молекулы кремниевой кислоты связаны между собой валентными и водородными связями, что определяет прочность геля, образование его во всем объеме рабочего раствора и предотвращает выделение осадка кремниевой кислоты в отдельную фазу.

Прочность геля и скорость его образования зависят от концентрации компонентов в системе, температуры пласта, минерализации воды, времени выдержки. Чем выше скорость гелеобразования, тем выше его прочностные свойства.

Авторы технологии предлагают следующий состав ГОС:

  • 2-10% жидкого стекла;
  • 0,2-0,9% соляной кислоты;
  • 0,01 – 0,3% ПАА;
  • вода (пресная) – остальное.

В результате проведенных исследований по подбору оптимальных концентраций компонентов гелеобразующего состава (табл.1) установлено, что оптимальным технологическим условием образования геля является 6%Na2SiO3+0,6%HCl + 0,01%ПАА + вода (остальное). Важным условием технологического процесса является достаточное перемешивание в процессе дозирования компонентов. Присутствие ПАА способствует объемному гелеобразованию, уменьшает водоотдачу. Характер геля от порядка смешения компонентов не зависит.

Следующий фактор, определяющий скорость гелеобразования и качества геля, — минерализация воды. Для исключения мгновенного гелеобразования и возможного ухудшения его качества авторами рекомендовано использовать в композиции пресную воду, но так как подвоз к каждому месторождению пресной воды нецелесообразен, необходим правильный подбор оптимального состава ГОС с учетом минерализации закачиваемой воды.

Результаты исследования времени гелеобразования в зависимости от концентрации соляной кислоты на водах различных месторождений ТПП «Урайнефтегаз» представлены в таблице 2.

Таблица 2
Таблица 2

Из таблицы 2 следует, что гелеобразование возможно на водах различных месторождений ТПП при таких концентрациях компонентов: 6% ж.с+0,4-0,6% с.к.+0,03% ПАА.

Зависимость времени гелеобразования от минерализации подтоварных вод месторождений ТПП представлена на рис.2.

Рис.2. Зависимость времени гелеобразования от минерализации вод месторождений
Рис.2. Зависимость времени гелеобразования от минерализации вод месторождений

Также дополнительно была изучена возможность применения в качестве кислого агента щавелевой кислоты. Осуществлен подбор оптимальных концентраций реагентов (время образования геля при 75°С с хорошими структурными показателями и прочностными характеристиками). Установлено, что оптимальным технологическим условием образования геля является

6% жидкого стекла + 1,2 % щавелевой кислоты + 0,01 % ПАА (табл.3).

Таблица 3
Таблица 3

Данные таблицы 3 подтверждают, что:

  1. Образование гелеобразующих составов с щавелевой кислотой возможно.
  2. Оптимальным технологическим условием образования геля является: 6% жидкого стекла + 1,2% щавелевой кислоты + 0,01% ПАА.

Трудность использования щавелевой кислоты в качестве кислого агента в приготовлении композиции ГОС связана с малой растворимостью кислоты в воде.

Результаты исследований были использованы при РИР Управлением ремонта скважин.

Подтверждают эффективность технологии ГОС результаты сравнивания профилей приемистости скважин до и после обработки, полученных по данным промысловых геофизических исследований (закачка ГОС позволила изменить профили приемистости, подключить слабодренируемые интервалы пластов и увеличить охват пластов заводнением) (рис.3), а также данные снижения обводненности добываемой продукции на участках воздействия (рис.4).

Рис.3. Технология ГОС
Рис.3. Технология ГОС
Рис.4. Скважина № 6179
Рис.4. Скважина № 6179

Технология ГОС среди химических методов повышения нефтеотдачи пластов наиболее приемлема и эффективна.

Гели, образованные по рекомендованному составу композиции (6%ж.с.+0,03%ПАА+0,4-0,6%с.к.), удовлетворяют требованиям, предъявляемым к составам для изоляционных работ, так как обладают:

  • достаточной прочностью, позволяющей обеспечить изоляцию;
  • способны разрушаться под действием щелочного реагента;
  • имеют разную скорость гелеобразования при различном соотношении компонентов, что позволяет выбирать наиболее рациональное время гелеобразования в зависимости от пластовой температуры.

Исследования по подбору концентраций компонентов композиции ГОС на водах различных месторождений и успешное применение в поддержании регламента технологии показали их высокую эффективность, в частности, накопленная добыча с начала внедрения составила 799,37 тыс.т. нефти, удельная эффективность 4,0 тыс.т. Обработаны с начала внедрения 198 скважин.

В 2000 году за счет технологии ГОС дополнительно добыто 163,12 тыс.т. Добыча нефти на одну операцию – 3,19 тыс.т. Проведена в 2000 году 51 скважино-операция.

Экономический эффект от применения технологии ГОС составил 91,26 млн. руб.

Расчет экономической эффективности за счет метода ПНП технология гелеобразующие составы (ГОС) за 2000 год
Расчет экономической эффективности за счет метода ПНП технология гелеобразующие составы (ГОС) за 2000 год