Обзор некоторых гелеобразующих композиций на основе силиката натрия

Текущий период нефтедобычи в Российской Федерации характеризуется ухудшением качества запасов нефтяных месторождений. В разработку вовлекаются месторождения с низкопроницаемыми неоднородными коллекторами, кроме того, основные объекты эксплуатации вступают в позднюю стадию разработки, что увеличивает долю запасов с высокой обводненностью [3]. Следовательно, возрастает числа проводимых на месторождениях водоизоляционных работ, эффективность которых напрямую зависит от оптимального выбора тампонажных материалов для конкретных геолого-технических условий эксплуатации скважин [1, 6].

Одним из наиболее перспективных методов ограничения водопритоков является применение технологий на основе гелеобразующих составов [2]. Образование геля непосредственно в пластовых условиях позволяет создавать зоны (барьеры и экраны) с повышенным фильтрационным сопротивлением и исключать прорыв воды по высокопроницаемым пропласткам. Основным недостатком большинства водоизоляционных составов являются их низкая проникающая способность, невысокая устойчивость в пластовых условиях, большая чувствительность к пластовым температурам, токсичность, высокая стоимость [6, 7].

В связи с этим возникает необходимость в обоснованном подборе новых водоизолирующих композиций на базе доступного сырья, обладающих высокой проникающей способностью и создающих более прочный непроницаемый водоизоляционный экран в конкретных геолого-физических условиях разработки нефтяных месторождений [4]. В последние годы все более широкое применение находят составы на основе натриевого жидкого стекла – водного раствора силиката натрия с добавлением других различных компонентов, которые отличаются низкой стоимостью [5]. Рассмотрим три вида водоизоляционных составов:

• 1.    Жидкое стекло с добавлением хлорида кальция.

• 2.    Жидкое стекло с добавлением кислоты с мочевиной.

• 3.    Жидкое стекло с добавлением ацетата хрома.

Жидкое стекло (Na2SiO3) получают из силикатной глыбы обработкой паром в автоклаве. Жидкое стекло является неорганическим полимером. Модуль жидкого стекла (величина соотношения SiO2:Na2O3) регулируется щелочью и не превышает 2,8 : 3,0. Концентрация водорастворимых силикатов 50%, плотность – 1260-1400 кг/м3. В буровой практике применяется в качестве струк-турообразователя, крепящей добавки и ингибитора в буровых растворах, ускорителя схватывания тампонажной смеси. Хлорид кальция, (ГОСТ – 450-77) – твердое вещество в виде сероватых чешуйчатых кристаллов, выпускается в двух видах: CaCl×2H2O и CaCl2×6H2O. Хорошо растворяется в воде. Поставляется на скважины в полиэтиленовых мешках или металлических бочках. Нейтрален в отношении карбонатных пород и металлов.

Подобранная технология применялась на многих месторождениях Западной Сибири, и опыт применения выявил ряд недостатков, в связи с этим разработана обновленная композиция на основе жидкого стекла и кислоты с мочевиной.

Водоизоляционная композиция отличается от ранее предложенной составом закрепляющего реагента. Здесь предлагается вместо хлорида кальция использовать мочевину с любой кислотой, например азотной. Мочевина применяется как удобрение в сельском хозяйстве. Азотную кислоту предлагается получать из параформа и нитрата аммония (аммиачная селитра). При взаимодействии нитрата аммония и параформа образуется азотная кислота, а при взаимодействии жидкого стекла с добавкой 510% мочевины и кислоты (изменения pH среды) – закупоривающая масса с выделением тепла. Лабораторные исследования по изучению изоляционных свойств композиции показали, что закупоривающая способность композиции достаточна для того, чтобы рекомендовать ее к применению [8].

Другой компонентной добавкой для силиката натрия является ацетат хрома. Ацетат хрома известен в нефтедобывающей промышленности как эффективный сшиватель полиакриламида и нашел широкое применение в технологиях повышения нефтеотдачи пластов и ограничения во-допритоков, однако в качестве отвердителя силиката натрия ранее не использовался. В результате смешивания водных растворов силиката натрия и ацетата хрома можно получать гели с регулируемым временем гелеобразования от нескольких минут до нескольких суток и различной прочности в условиях широкого интервала пластовых температур.

Для третьей рассматриваемой композиций проведено 3 лабораторных эксперимента. По результатам этих экспериментов можно сделать вывод о высокоизолирующей способности состава; состав обладает более высокими изолирующими свойствами в водонасыщенных коллекторах, чем в нефтенасыщенных, что подтверждает его селективность; рассматриваемый гелеобразующий состав способен эффективно изолировать пути фильтрации флюидов в коллекторах трещинного типа[5].

По результатам исследований представленных в данной работе, можно сделать ряд выводов :

• 1.    Среди рассмотренных композиций только две их них (жидкое стекло с добавлением ацетата хрома, либо кислоты с мочевиной) можно порекомендовать для применения на месторождениях Западной Сибири.

• 2.    Преимуществом композиций на основе жидкого стекла является низкая стоимость и доступность всех компонентов для получения гелей, а также возможность в широких диапазонах изменения свойств композиций для более точного подбора под конкретное месторождение.

В целом, применение гелеобразующих составов на основе жидкого стекла является перспективным направлением методов увеличения нефтеотдачи.