В'язкопружні суміші на основі ПАА

Діяння на привибійну зону пласта нафтових та нагнітальних сверд­ловин з метою зменшення проникності або виключення з розробки обвод­нених інтервалів, по яких відбувається прискорене проривання нагні­тальної або пластової води до вибою - один із методів регулювання розробки покладів [5].

Успішне практичне використання з метою підвищення якості й ефек­тивності PIP знайшли в'язкопружні суміші (ВПС), розроблені на основі водорозчинних полімерів для ізоляції водоприпливів у видобувних сверд­ловинах та вирівнювання профілів приймальності в нагнітальних свердло­винах. Такі суміші через певні проміжки часу (індукційний період) після запомповування в пласт утворюють високов'язкі і структуровані системи.

У свіжоприготовленому вигляді ВПС є неньютонівською рідиною, яка легко фільтрується в пористе середовище, але, міцніючи з часом, пере­творюється в гумоподібну твердіючу масу, яка уже не проникає ні в пористе середовище, ні в дрібні тріщини [7].

Під час запомповування в неоднорідні за проникністю пласти система характеризується селективністю дії, яка визначається її в'язкопружними властивостями, і початковим градієнтом зсуву. Свіжо приготовлена композиція в проникніші пропластки надходить на більшу глибину, ніж у низькопроникні. Внаслідок того, що при радіальній фільтрації градієнт тиску є обернено пропорційним відстані від свердловини, то за наявності оптимального об'єму ізолювальної системи після закінчення процесу поліконденсації фільтрація у високопроникних обводнених пропластках сповільнюється або зовсім відсутня, а в пропластках меншої проникності (нафтонасичених) при надходженні в них суміші проникність знижується мало.

Перспективним методом селективної ізоляції обводнених пропластків нафтових свердловин і вирівнювання профілів приймальності нагнітальних свердловин є використання хімічних композицій, які утворюють через певні проміжки часу (індукційний період) після запомповування в пласт високов'язкі та структуровані системи. Отримання в поровому просторі пласта систем, котрі призводять до значного зниження проникності пористого середовища для води, як показали дослідження, можливе при використанні водних розчинів поліакриламіду (ПАА) [5].

Системи, що отримані на основі ПАА, повинні характеризуватися фільтрівністю в пористому чи тріщинуватому середовищі без значного опору, високими значинами початкового градієнту тиску зсуву (2-5МПа/м) після гелеутворення (індукційного періоду), блокуванням течії води в пористому середовищі за рахунок зниження його проникності, широким діапазоном періоду гелеутворення, який залежить від співвідношення компонентів системи, селективністю діяння. Одна із важливих власти­востей композиційних систем на базі водних розчинів поліакриламіду -поява в них при зсувних деформаціях нормальних напружень.

До композитних систем на основі водних розчинів поліакриламіду, стосовно до робіт з ізоляції водоприпливів, висувають такі вимоги [5].

1. Вхідна композиція повинна мати невелику в'язкість та регульований період гелеутворення за різних температур у залежності від часу її запом­повування у свердловину.

2. Хімічна та фізична взаємодія компонентів не повинна слугувати перешкодою гелеутворенню.

3. Гель, що утворився в пласті, повинен мати високу в'язкість та по­чаткове напруження зсуву.

4. Результатом оброблення повинно бути селективне зниження про­никності тільки водонасичених каналів.

5. Ці системи після закінчення індукційного періоду повинні бути стій­кими до агресивного діяння розчинів солей, лугів, нафти та нафтопродуктів.

6. При виконанні технологічних операцій у свердловинах композитні системи на основі водних розчинів ПАА повинні виключати можливість виникання аварійних ситуацій (прихоплення труб, заклинювання інстру­менту і т.д.), зумовлених властивостями цих систем, переходом їх із рідинного стану в гелеподібний та фізико-хімічними процесами, які прохо­дять у них.

7. Компоненти в'язкопружних композитних систем не повинні бути дефіцитними.

Як вхідні реагенти для отримання композитних систем використо­вують продукти промислового виробництва: поліакриламід технічний; смолу гексарезорцинову (ГРС); смолу СФ-282; суміш ТС-10; формалін технічний; глинопорошок; воду технічну із вмістом солей до 20 г/л.

До використання рекомендуються в'язкопружні суміші на основі по­ліакриламіду (ПАА) п'яти типів (табл. 2.121): а) ПАА + ГРС + формалін; б) ПАА + СФ + формалін; в) ПАА + ТС-10 + формалін; г) ПАА + хром-калієвий галун; ґ) ПАА + глинопорошок.

Таблиця 2.121 - Кількість компонентів для приготування їм³ різних в'язкопруж­них сумішей [7]

В'язкопружна суміш (ВПС) являє собою суміш 1% водного розчину поліакриламіду (ПАА), 2% водного розчину формальдегідної (ТС-10) або гексарезорцинової (ГРС) смоли і формаліну 38-40% концентрації у спів­відношенні об'ємів відповідно 1, 0: 0, 1: 0, 02 м³. Суміш можна використо­вувати за температури до 90°С. Після конденсації ВПС перетворюється в пружну гелеподібну масу, утворюючи в пористому середовищі або в щільних зазорах незсувний непроникний екран.

Технічний ПАА (ТУ 6-01-1049-76) вапнякового або аміачного способу очищення являє собою в'язкий гель і є продуктом полімеризації полі-

акриламіду в присутності ініціаторів - окислювально-відновної системи -при температурі 14-20°С і атмосферному тиску. Молекулярна маса ПАА (1-5)-10⁶. Із гелю ПАА готують робочі розчини (1-2%) в технічній воді. Імпортний ПАА (ПДА-1020, ПДА-1041) являє собою легкорозчинний у воді порошок з молекулярною масою понад 10⁷ (див. вище).

Якщо використовується рідинний 8% ПАА (ТУ 6-01-1049-76), який постачають у бочках місткістю 0, 35 м³, то для приготування їм³ 1% розчину ПАА необхідно в 0, 9м³ технічної води розчинити 110 кг 8% ПАА. У разі використання сухого 50% ПАА, який постачають у поліетиленових мішках, то для приготування 1 м³1% розчину необхідно 20 кг сухого 50% ПАА розчинити в 0, 98 м³ води.

Гексарезорцинова смола - ГРС (ОСТ 6-05-5077-76) - тверда речо­вина, полімер лінійної будови, продукт конденсації резорцину і уротропіну, добре розчиняється у воді. її використовують у вигляді 2% водного розчи­ну. Гарантійний термін зберігання 6 місяців. Для приготування 0, 1 м³ 2% розчину ГРС необхідно в 0, 098 м³ води розчинити 2 кг кристалічної ГРС.

Смола СФ-282 (ОСТ 6-05-439-78) - продукт конденсації резорцину з формальдегідом у середовищі етилового або бутилового спирту і ети­ленгліколю з введенням лугу. Вона являє собою однорідну прозору рідину від червонувато-коричневого до темно-вишневого кольору, густиною 1165 кг/м³, рН = 7, 8-8, 5. Гарантійний термін зберігання 6 місяців.

Смола ТС-10 (ТУ 6-19-106-78) - композиція із сумарних сланцевих фенолів, етилового спирту, їдкого натру, етиленгліколю й аніонної ПАР типу алкіларилсульфонату (див. вище). Це рідина темно-коричневого кольору з різким неприємним запахом, добре розчиняється у прісній або слабкомінералізованій воді у співвідношенні 1: 10. За присутності солей (понад 20 г/л) розчинність смоли у воді знижується. Густина і динамічний коефіцієнт в'язкості ТС-10 за температури 20°С відповідно дорівнюють 1156 кг/м³ і 700-750 мПас (див. вище).

Формалін - 40% водний розчин формальдегіду (ГОСТ 1625-75), безбарвна прозора або слабко-жовтуватого кольору рідина, містить 37 % основної речовини, густиною 1104 кг/м³, добре розчиняється в прісній і слабкомінералізованій (солей до 20 г/л) водах (див. вище). Хімічна фор­мула Н₂СО; структурна формула:

Характеристика основної речовини формаліну
Найменування Мурашиний альдегід (формальдегід)

Методи промислового отримання Неповне окислення метану

і його деяких гомологів Каталітичний - дегідрування метанолу за 650-700°С над каталізатором

Молекулярна маса 30, 03

Зовнішні показники Безбарвний газ із

різким подразнювальним запахом Температура, °С

плавлення -92

застигання -25

кипіння -19, 2

помутніння -5
Густина рідинного формальдегіду, кг/м³,
за температури, °С:

-20 815, 3

-80 915, 1
Розчинність:
в етиловому спирті, воді, діетиловому ефірі,

ацетоні Добре розчинний

у бензолі, хлороформі Розчинний

у петролейному ефірі Нерозчинний

Для формаліну марки ФМ при зберіганні допускається помутніння або утворення білого осаду, що розчиняються при температурі понад 40°С. Наявність у формаліні помутніння чи осаду не є перепоною для його використання при приготуванні розчинів.

Постачають формалін у бочках місткістю 0, 2-0, 22 м³, а іноді - в цистернах.

Параформ (параформальдегід) - високомолекулярний поліформальде-гід, аморфний полімер формальдегіду. Загальна формула полімерів фор­мальдегіду, які утворюються у водних розчинах, Н0(СН₂-О-СН₂-О-)пН, де п коливається в широких межах. Для параформу п = 8-100.

Параформальдегід являє собою білу тверду порошкоподібну речо­вину, може випускатися в спресованому вигляді. Під час нагрівання з розчиненою сірчаною кислотою параформ перетворюється в газопо­дібний формальдегід, на якому основано використання параформу як транспортабельної сировини для отримання формальдегіду.

Глинопорошок повинен відповідати умовам ТУ 39-043-74.

Композитні системи на базі водного розчину ПАА, які призначені для ізоляції водоприпливів у свердловинах, можуть бути дво- чи трикомпо­нентними (див. табл. 2.121).

У залежності від цілей та умов виконання робіт для приготування композитних систем можуть використовуватись розчини ПАА різної концентрації. Найбільш оптимальні з них подано у табл. 2.122.

Трикомпонентні композитні в'язкопружні системи можуть бути моди­фіковані шляхом додавання наповнювача або хімреагентів, у т. ч. порош-

нового магнію. В останньому випадку можна регулювати густину систе­ми та її вхідного об'єму (розширювальна ВПС) за рахунок виділення водню, як продукту гідролізу, зумовленого взаємодією магнію з компо­зитною системою. При збереженні співвідношення основних вхідних компонентів трикомпонентної в'язкопружної системи в процесі її приго­тування перед додаванням формаліну в безперервно перемішувані роз­чини ПАА і смоли вводять необхідну кількість (0, 1 -0, 6% від об'єму ПАА) порошкового магнію. Збільшення кількості останнього призводить до збільшення в 1, 2-2, 7 рази початкового об'єму суміші та зниження відпо­відно до 900-300 кг/м³ її густини. При практичному використанні даної суміші важливо враховувати, що зміна її об'єму та густини розпочи­нається через 15-30 хв. після введення порошкоподібного магнію і завер­шується через 1-2 год. Окрім зміни об'єму та густини при введенні магнію відбувається підвищення температури, що прискорює реакцію полімеризації та досягнення граничних значин параметрів, які харак­теризують міцнісні властивості системи.

Таблиця 2.122- Кількість компонентів для приготування водного розчину ПАА

Розроблено також в'язкопружний гель ВПГ-2, який одержують шляхом „зшивання" водного розчину поліакриламіду окисно-відновною системою. Як окислювач використовуються сполуки шестивалентного хрому (біхромат натрію Na₂Cr₂0₇ або калію К₂Сг₂0₇, хромат натрію NajCrC^ або калію К₂Сг0₄, біхромат амонію (NH₄)₂Cr₂0₇ тощо), а як відновник - технічний гіпосульфіт натрію Na^Oj, сульфід натрію NajS, сульфіт натрію Na₂S0₃, нітріт натрію NaN0₂ тощо. Вхідним матеріалом є технічний ПАА, що являє собою гель 8-9 % концентрації. Виготов­ляється водний розчин ПАА з умовним коефіцієнтом в'язкості 150-200с (за ВП-5). Окремо виготовляють 10% водні розчини, наприклад, біхро­мату натрію і гіпосульфіту натрію.

Композицію ВПГ-2 готують на суміші 2-3% водного розчину ПАА і 10 % водних розчинів біхромату і гіпосульфату натрію, приготованих у рів­них кількостях. Вміст зшиваючих реагентів (біохромату і гіпосульфіту нат­рію) становить від 2 до 6 кг сухої речовини на 1 м³ розчину ПАА. Час геле-утворення регулюють шляхом одночасного збільшення вмісту біохромату і гіпосульфіту натрію та зміни рН розчину ПАА в межах від 4 до 9 додаван­ням кислоти (НС1, H₂S0₄) або лугу (NaOH, КОН, NH₄OH). У разі збіль-

шення вмісту зшиваючих рагентів і зниження рН до 4 терміни гелеутворен-ня зберігаються, а в разі підвищення рН розчину до 9 - подовжуються.

Приготування композиції ВПГ-2 аналогічно приготуванню композиції ВПС: у розчин ПАА спочатку вводять біхромат натрію, а потім після їх перемішування - гіпосульфіт натрію. Із введенням гіпосульфіту натрію починається процес гелеутворення. Суміш інтенсивно перемішують протягом 15-20 хв. і подають у свердловину.

В'язкопружний гель ВПГ-2 може бути використаним, як і в'язко-пружна суміш ВПС, для ізоляції водоприпливів у видобувних сверд­ловинах або для ізоляції поглинальних пластів.