авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 || 3 |

Обоснование технологии выравнивания профиля приемистости нагнетательных скважин на нефтяных месторождениях композициями на основе ЩЕЛОЧНЫХ СИЛИКАТНО-ПОЛИМЕРНЫХ

-- [ Страница 2 ] --

Во второй главе приведены результаты исследований состава и свойств композиций на основе силиката натрия, влияния различных факторов на физико-химические характеристики силикатного геля, механизм процесса гелеобразования, поведения и разрушения. Исследования проводились по стандартным и разработанным автором методикам.

При взаимодействии силиката натрия с кислым агентом выделяется кремниевая кислота, образующая золь, переходящий со временем в гелеобразное состояние. Если золь представляет собой водный высокодисперсный легко текучий раствор, то гелеобразное состояние системы характеризуется образованием прочной пространственной сетки из частиц дисперсной фазы, в петлях которой находится дисперсионная среда, и практически полным отсутствием текучести. Наибольший практический интерес представляет щелочной гелеобразующий состав с рН больше 7, поскольку он обладает низкой коррозионной активностью.

Основная задача исследований состояла в разработке оптимального состава силикатно-полимерного геля, обладающего длительным временем начала гелеобразования и достаточно высокой прочностью, чтобы выдерживать значительные градиенты давления. Длительное сохранение низкой исходной вязкости гелеобразующей композиции способствует закачке без осложнений больших объемов состава.

На рис.1 представлены кривые изменения вязкости гелеобразующих составов во времени. Как видно, исходная вязкость растворов составляет 1,2 мПа*с, т.е. существенно не отличается от вязкости воды; затем по прошествии определенного времени она резко возрастает, что связано с образованием геля. Это время называется временем начала гелеобразования.

Рис. 1 Изменение вязкости гелеобразующего раствора (6% силиката натрия, 0,9 (№1) и 0,8% (№2) соляной кислоты) во времени при температуре 20оС

С увеличением времени выдержки наблюдается увеличение прочности геля, и только при времени выдержки больше трехкратного времени начала гелеобразования прочность геля практически не меняется (рис.2). Максимальная величина напряжения сдвига характеризует прочность образовавшегося силикатного геля.

Рис.2 Зависимость прочности силикатного геля (6% силиката натрия, 0,7% соляной кислоты) от времени выдержки при различной температуре

На физико-химические свойства гелеобразующего состава и силикатного геля влияют следующие факторы:

  1. концентрация исходных компонентов,
  2. силикатный модуль,
  3. температура,
  4. минерализация воды,
  5. природа кислого агента (разные кислоты, соли и т.д.),
  6. добавка различных наполнителей (полимер и твердые наполнители).

В качестве основных компонентов гелеобразующего состава использовались водные растворы силиката натрия и соляной кислоты. На рис.3 представлена зависимость времени начала гелеобразования и прочности геля от концентрации соляной кислоты в 6% растворе силиката натрия. Как видно, при увеличении содержания кислоты в растворе прочность геля увеличивается, но при этом время начала гелеобразования уменьшается. Для получения достаточно прочных гелей с большим временем гелеобразования необходимо выбирать оптимальную концентрацию кислоты.

 ависимость времени начала гелеобразования и прочности геля от концентрации-3

Рис.3 Зависимость времени начала гелеобразования и прочности геля от концентрации соляной кислоты в 6% растворе силиката натрия при 20оС

На рис.4 представлена зависимость времени начала гелеобразования и прочности геля от концентрации силиката натрия в гелеобразующем растворе, содержащем 0,6% соляной кислоты. Максимальное время гелеобразования и высокая прочность геля наблюдаются при концентрации силиката натрия 3%. На основании результатов экспериментов по изучению сорбционных характеристик силиката натрия на размолотом керне из полимиктового песчаника и кварцевом песке, а также фильтрационные исследования, чтобы обеспечить данную концентрацию силиката натрия в гелеобразующем составе, необходимо использовать 6% раствор силиката натрия.

 ависимость времени начала гелеобразования и прочности геля от концентрации-4

Рис.4 Зависимость времени начала гелеобразования и прочности геля от концентрации силиката натрия в 0,6% растворе соляной кислоты при 20оС

В настоящее время отечественная промышленность в основном производит силикат натрия с модулем от 2,0 до 35,0. Силикатным модулем называется коэффициент, показывающий отношение числа грамм-молекул двуокиси кремния к числу грамм-молекул окиси натрия. Были проведены исследования влияния силикатного модуля на физико-химические свойства силикатного раствора и образующегося из него геля.

Обнаружено, что высокомодульный силикат натрия обладает фазовой нестабильностью, т.е. наблюдается увеличение вязкости во времени, что затрудняет с ним работу, силикат натрия с модулем менее 5,0 сохраняет вязкость в течение 1 года и более и образует стабильные гели. При этом с уменьшением модуля время начала гелеобразования увеличивается, а прочность геля уменьшается, и при модуле менее 2,5 силикатный гель образуется в течение месяца и прочность его невелика. Таким образом, наиболее предпочтительным для получения гелеобразующей композиции является силикат натрия с модулем 2,5-4,5.

Существенное влияние, как на скорость гелеобразования, так и на свойства получаемого геля оказывает температура.

На рис.5 представлена зависимость времени начала гелеобразования 6% раствора силиката натрия от концентрации соляной кислоты при различной температуре. Установлено, что с повышением температуры скорость процесса гелеобразования возрастает. При этом прочность образующегося силикатного геля увеличивается. Для получения геля с длительным временем начала гелеобразования и высокой прочностью при высокой пластовой температуре необходимо уменьшить концентрацию соляной кислоты в гелеобразующем растворе.

 ависимость времени начала гелеобразования 6% раствора силиката натрия от-5

Рис.5 Зависимость времени начала гелеобразования 6% раствора силиката натрия от концентрации соляной кислоты при различной температуре

Влияние минерализации воды на процесс гелеобразования аналогично температуре: с увеличением минерализации воды время начала гелеобразования уменьшается, а прочность возрастает. При минерализации воды более 14 г/л наблюдается резкое повышение прочности геля за счет образования нерастворимых солей кремниевой кислоты (кальция, магния, стронция и др.), которые укрепляют структуру образующегося геля. Для приготовления гелеобразующего раствора необходимо применять пресную или слабоминерализованную воду.

С целью расширения диапазона применяемых кислых агентов проводились исследования по замене соляной кислоты на другие кислые агенты – «сшиватели». Для исследования были использованы адипиновая (СН2)4(СООН)2, щавелевая (СООН)2, уксусная (СН3СООН), лимонная (С6Н8О7), серная (Н2SО4), борная (Н3ВО3) кислоты, гидрохинон (С6Н4(ОН)2), кислый углекислый натрий (NaНСО3), однозамещенный фосфат калия (КН2РО4), а также моносульфитный щелок (МСЩ), в состав которого входят лигносульфонаты аммония, летучие кислоты, азото- и серосодержащие соединения, фурфурол и целлюлоза. Установлено, что со всеми вышеперечисленными реагентами образуется прочный силикатный гель.

Для модифицирования или армирования структуры силикатного геля и создания геля повышенной прочности были изучены следующие водорастворимые полимеры: гидролизованный полиакрилонитрил (гипан), полиакриламид (ПАА) марки CS-141, CS-151, Цепан и DKS-ORP-F40NT, биополимер БП-92. Результаты исследования процесса гелеобразования силикатных растворов с добавкой в них полимера показали, что с увеличением концентрации полимера в растворе время начала гелеобразования уменьшается незначительно, в то же время прочность образовавшегося геля увеличивается в 1,5-2 раза для гипана и ПАА, и остается постоянной для БП. Оптимальная концентрация полимера в растворе лимитируется исходной вязкостью гелеобразующего раствора, которая влияет на объем закачки раствора в пласт.

Для повышения прочности силикатно-полимерных гелей в гелеобразующий раствор вводились добавки твердых наполнителей: бентонитовый глинопорошок (БГ) и опилочная мука (ОМ). Экспериментальным путем установлена оптимальная концентрация твердых наполнителей в растворе. Проведенные исследования показали, что бентонитовый глинопорошок и опилочная мука в гелеобразующем растворе со временем набухают, их объем увеличивается в несколько раз. Введение твердых наполнителей не влияет на время начала гелеобразования, однако прочность образующихся гелей в несколько раз выше, чем у гелей без наполнителей.

Проведенный комплекс физико-химических исследований позволил сделать следующие выводы:

1. С увеличением концентрации кислого агента в растворе, температуры и минерализации воды время начала гелеобразования силикатно-полимерного раствора уменьшается, а прочность силикатного геля увеличивается.

2. Максимальная прочность силикатно-полимерного геля достигается после выдержки его более трехкратного времени начала гелеобразования.

3. Физико-химические свойства силикатно-полимерного геля зависят от значения силикатного модуля. Наиболее предпочтительным для получения гелеобразующей композиции является силикат натрия с модулем 2,5-4,5.

4. Для приготовления гелеобразующего раствора необходимо применять пресную или слабоминерализованную воду.

5. Силикатно-полимерные гели с добавкой твердых наполнителей могут быть рекомендованы для изоляции суперколлекторов с проницаемостью более 10 мкм2 и трещин в трещиновато-поровых коллекторах.

В третьей главе изложены результаты экспериментальных исследований фильтрационных характеристик пористой среды до и после закачки щелочного силикатно-полимерного геля, проведено исследование механизма образования, формирования и разрушения силикатного геля в пористой среде.

Основная цель исследований сводилась к решению следующих задач:

  • изоляция водо- и нефтенасыщенных пластов силикатно-полимерными гелями при различной температуре и градиентах давления;
  • изучение влияния физико-химических свойств гелеобразующих составов на механизм образования и свойства геля в пористой среде;
  • изучение возможности разрушения геля в пористой среде и восстановление проницаемости пористой среды как гидродинамическим (путем повышения давления нагнетания), так и химическим (закачка раствора щелочного реагента) методами;
  • выравнивание фронта вытеснения нефти в неоднородном пласте путем закачки оторочки силикатно-полимерного раствора на примере двухслойной модели пласта различной проницаемости.

В ходе решения поставленных задач изменялся состав силикатно-полимерного раствора и объем его закачки в пористую среду для обеспечения необходимого снижения проницаемости пористой среды.

Для проведения фильтрационных исследований использовалась лабораторная установка фирмы «Core Laboratories». Данная установка предназначена для изучения нефтевытесняющих и фильтрационных свойств композиций различных химреагентов в условиях, близких к пластовым. Эксперименты проводились на насыпных моделях пласта и на образцах керна. В ходе проведения исследований моделировались как однослойные, так и двухслойные пласты различной проницаемости. Подготовка образцов керна, пористой среды и моделей пласта осуществлялась на основании стандартных методик.

В ходе выполнения исследований определялись следующие основные параметры, отражающие эффективность применения гелеобразующих составов на основе силиката натрия:

- степень снижения проницаемости пористой среды после закачки гелеобразующего состава и образования геля (т. н. коэффициент изоляции),

- максимальная величина давления (градиент давления), при котором гель еще сохраняет свою структуру.

Порядок проведения опытов по изучению фильтрационных характеристик пористых сред был предусмотрен следующий:

- определение проницаемости водонасыщенной пористой среды;

- закачка гелеобразующего состава;

- технологическая выдержка в течение 72-240 часов для образования геля;

- фильтрация воды через пористую среду, заполненную гелем.

После выдержки системы в модель пласта закачивалась пресная вода при ступенчатом увеличении давления нагнетания. Регистрировались объемный расход Q и соответствующий ему перепад давления Р, на основании которых по формуле Дарси определяли проницаемость при фильтрации гомогенной фазы через образец или подвижность Q/P при фильтрации воды через образец и гель, сформировавшийся в пористой среде. Степень изоляции определялась как отношение проницаемостей или подвижностей при фильтрации воды через образец, заполненный гелем, и водонасыщенный образец. Давление нагнетания увеличивалось до момента прорыва геля водой, то есть резкого увеличения скорости фильтрации жидкости через образец, или предельно возможных значений в условиях проведения опытов.

Объем закачки гелеобразующего раствора в опытах менялся от долей единицы до одного порового объема образца. В опытах с двуслойными моделями задавался объем оторочки раствора, закачиваемый в высокопроницаемый образец. Предполагалось, что количество раствора, поступающего в низкопроницаемый образец, будет пропорционально соотношению проницаемостей образцов, образующих модель пласта.

В опытах с нефтенасыщенными однослойными моделями пласта порядок проведения эксперимента был аналогичен опытам с водонасыщенными моделями, за исключением начальной стадии, когда через водонасыщенный образец прокачивается несколько поровых объемов нефти и определяются начальная нефтенасыщенность и количество связанной воды.

При проведении исследований с нефтенасыщенными двухслойными моделями пласта гелеобразующий раствор закачивался в образец после полного вытеснения нефти из высокопроницаемого пласта. Таким методом моделировались условия изоляции хорошо промытых высокопроницаемых зон пласта.

В результате опытов на однослойных водонасыщенных моделях пласта с проницаемостью от 0,141 до 10,1 мкм2 было получено, что применение силикатных гелей позволяет снизить подвижность жидкости в пористой среде от 1000 до 10000 раз. Поскольку состав гелеобразующего раствора во всех случаях был одинаков, а коэффициенты изоляции значительно отличались, то можно сделать вывод, что изолирующая способность геля зависит от проницаемости порового пространства. Тем не менее, можно однозначно сказать, что градиент давления прорыва геля водой снижается с увеличением проницаемости образца и с уменьшением объема оторочки.

В следующей серии опытов определялось давление разрушения геля различной прочности. Объем прокачанного через образец гелеобразующего раствора был больше порового объема на 25-35%, что обеспечивало распределение его по длине образца во всем объеме. Результаты опытов показали, что гель, прочность которого составляла 5 Па, был разрушен при давлении нагнетания 0,08 МПа, а гель с прочностью 7 и 15 Па при достижении давления 2,3-2,4 МПа разрушить не удалось.

Для изучения поведения силикатного геля в пористой среде были проведены эксперименты на модели пласта длиной 1 м, по длине которой сделано 6 отводов для отбора жидкости и замера давления. Эта модель позволяет определить местонахождение оторочки геля по длине модели и давление прорыва оторочки. Оторочка силикатного геля создавалась путем закачки расчетного количества объема гелеобразующего раствора и передвигалась водой по модели пласта. Эксперименты проводились на водонасыщенных моделях проницаемостью 0,115 и 1,2 мкм2. Исследовался характер распределения давления в пористой среде при различных ступенях действующего на модель постоянного градиента давления (от 1,5 до 5,0 МПа/м). Обнаружено, что область образования геля значительно больше теоретического объема, занимаемого раствором, то есть в процессе фильтрации происходит размывание оторочки на переднем и заднем фронтах. В ходе проведения опытов подтвердился ранее сделанный вывод о том, что через гель фильтруется жидкость, при этом с увеличением проницаемости количество протекающей жидкости повышается.

Эксперименты по закачке гелеобразующего раствора в двухслойные водонасыщенные модели пласта, имеющие значительно отличающиеся по проницаемости пласты (3,0 и 0,56 мкм2) не дал ожидаемого результата. В низкопроницаемый образец поступило в 2 раза больше объема гелеобразующего раствора по сравнению с расчетным. С увеличением давления фильтрации воды через оторочку геля прорыв геля произошел в высокопроницаемом образце, а не в низкопроницаемом.

Исследования, проведенные на двухслойных нефтенасыщенных моделях пласта, показали, что закачка гелеобразующего раствора должна осуществляться в момент, когда нефтенасыщенность низкопроницаемого пласта достаточно высока, а высокопроницаемый пласт выработан достаточно полно. В этом случае силикатный раствор в высокопроницаемом пласте имеет более высокую подвижность и образовавшийся гель занимает больший объем пласта по сравнению с низкопроницаемым пластом одинаковой проницаемости.

Было установлено, что в экспериментах на двухслойных нефтенасыщенных моделях пласта прорыв оторочки геля вначале произошел в низкопроницаемом пропластке, причем при достаточно низких давлениях, и затем в высокопроницаемом пропластке. Проницаемость после прорыва геля в высокопроницаемой модели пласта стала меньше, чем в низкопроницаемой, то есть произошло перераспределение потоков фильтрации воды.

Для исследования влияния структуры порового пространства на процесс гелеобразования и изменение фильтрационных свойств реальной пористой среды, были проведены эксперименты на натурных кернах, отобранных из пласта Д1 Ромашкинского месторождения. Из представленных результатов видно, что наиболее высокая степень изоляции достигается на образце керна, имеющем большую проницаемость, что подтверждает результаты, полученные на насыпных моделях пористых сред о более высокой степени изоляции высокопроницаемых пропластков. При этом необходимо отметить, что даже при депрессии 10 МПа/м (максимально возможное значение депрессии, достигаемое в экспериментах) не происходило полного разрушения геля и восстановление проницаемости пористой среды, однако при этом степень изоляции уменьшилась.

На рис. 6 представлены результаты экспериментальных исследований, проведенных на керне с проницаемостью 0,079 мкм2. Изучение процесса фильтрации воды через гель осуществлялось при ступенчатом изменении расхода рабочего агента, в результате которого был выявлен ряд особенностей, которые характерны для сформировавшейся гелевой структуры.

 ависимость проницаемости керна (начальная проницаемость 0,079 мкм2), заполненного-6

Рис.6 Зависимость проницаемости керна (начальная проницаемость 0,079 мкм2), заполненного гелем, от объема прокачки пресной воды при различной депрессии



Pages:     | 1 || 3 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.