Деструкция геля для ГРП с применением окислительного деструктора и соляной кислоты Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

РАЗРАБОТКА МЕСТОРОЖДЕНИИ

УДК 622.276.66

л.А. магадова, д.т.н., профессор; л.А. Федорова, о.Ю. Ефанова, д.н. малкин, В.р. магадов,

РГУ нефти и газа имени И. М. Губкина

деструкция геля для грп с применением окислительного деструктора и соляной кислоты

Использование сшитых водных полисахаридных гелей для гидравлического разрыва пласта (ГРП) началось с конца 60-х годов, и в настоящее время они рассматриваются как основное достижение в технологии ГРП. Разработка сшитых флюидов исключила многие проблемы, которые возникали при использовании линейных гелей в процессе ГРП глубокозалегающих высокотемпературных скважин. Свойствами сшитых гелей можно управлять на всех этапах ГРП. Сшитые гели лишены недостатков, присущих несшитым вязким растворам полимеров. Их высокая песконесу-щая способность позволяет переносить расклинивающий материал различной степени дисперсности и плотности с высокой концентрацией, создавать широкие и длинные трещины, равномерно заполняя их расклинивающим материалом. Фильтрация сшитых гелей в пласт невысока, повреждение пласта вследствие набухания глинистых частиц минимально.

При получении сшитых систем используются сшиватели, которые связывают вместе различные молекулы полимера с образованием поперечно сшитых структур. В качестве сшивателей используются соединения бора, циркония, титана, алюминия, хрома, меди и марганца. Но

Рис. 1. Сшивка полисахарида с образованием комплексных связей между цепочками полимеров и бором [1]

наибольшее применение для приготовления сшитых гелей находят сшиватели на основе тетрабората натрия. В качестве гелеобразователей для получения сшитых гелей для ГРП преимущественно используются натуральные полимеры, такие как гуаровые смолы и их производные.

При взаимодействии линейных систем со сшивателями образуются комплексные связи между цепочками полимеров, как показано на рис.1. Это взаимодействие создает сшитую гелевую систему из линейного геля, превращая его в псевдопластический или вязкоу-пругий флюид.

Для снижения вязкости жидкости и обеспечения хорошей очистки расклиненной трещины при освоении скважины в состав сшитого геля вводится деструктор. Деструктор - это добавка, которая способствует вязкой жидкости разрыва контролируемо деградировать до жидкого флюида, который может быть отобран назад из трещины. Все разрушители, используемые сегодня,

являются внутренними, то есть они вводятся в жидкости разрыва до сшивки геля. Деструкторами полисахаридно-го геля являются энзимы, перекисные соединения, кислоты. Примерами энзимных деструкторов являются: альфа-амилаза, амилоглю-козид, олигоглюкозид, инвертаза, мал-таза, деполимеризованный микробиологический маннан [2]. Недостатком использования энзимов является узкий диапазон рН, в котором они работают как деструкторы (рН 3-8), с оптимумом при рН=5.

Системы на основе окислителей функционируют в пределах рН от 3 до 14. Окислительные системы работают, разрушая молекулярные структуры полимеров. В качестве окислительных деструкторов применяют персульфаты аммония, калия и натрия, бихромат калия, перманганат калия и др. Слабые органические кислоты также находят применение в качестве деструкторов, но если кислота контактирует с карбонатом в пласте, разрушитель

60 \\ ТЕРРИТОРИЯ нефтегаз \\

\\ № 10 \\ октябрь \ 2010

\\ ТЕРРИТОРИЯ НЕФТЕГАЗ \\

№ 10 \\ октябрь \ 2010

1) Pill рыв ГШКОШДНОН (В ЯШ

СИ, СИ> LB, CBk

си-о—CB-tOj-o« свго-св-(вгои сп-о—tu-< нгон сн-o-ca-coj-o]

0 -<(оу о«])— о — о—

СИ-О — СП-СНгО|| СПгО-4Н-<Я-01

-- ""^ЛЯ1 «¡>-011 + W-^OU оа>-л

2) Разрывпиранового кольца

V". t».

ся-о—tn—tBpMi (H_ö_(_a-< ц-он cnj-o—* й-сп—ои

II il он <1н

3) Разрыв планового кольца по кислородному мостику

СВ, СИ, СИ,

CB-O-CB-tB-flll СП —о —( В —СИ—00 <в—о—СП —tHj-OU

J—\ __ }он °чн }т \

^ -<он он/ О^-Чон он>-О> ^ -(он 0В>-оЛЛ

4) Разрыв пиранового кольца между первым и вторым углер однымп атомами

СП, СП, <|В,

L1—0—со—СНрОв СНрО—СИ—СИ—dB tB-O—СВ —св—он

он оя>~ о-я

--—

Рис. 2. Схема разрушения сшитых полимерных жидкостей на водной основе при использовании деструктора

реагирует с пластом раньше чем с жидкостью. Окислители и энзимы пригодны для деструкции всех применяемых в ГРП полимеров.

Однако новейшим типом деструкторов можно считать капсулированные деструкторы [3-5]. Реакционная способность окислительных деструкторов увеличивается с возрастанием температуры и ограничивает количество деструктора, которое может быть использовано для разрушения полимерного геля без преждевременной потери вязкости. Высокие концентрации окислительных деструкторов показывают существенное улучшение проницаемости пачки проппанта после деструкции. Реакционная способность окислительных деструкторов может быть замедлена путем капсулирования, что позволяет повысить концентрации деструктора внутри пачки проппанта для полимерного геля.

Схемы деструкции сшитых полимерных жидкостей на водной основе представлены на рис. 2. Разрушение сшитого полисахаридного геля происходит в результате разрыва глюкозидных связей, разрыва пиранового кольца, как по кислородному мостику, так и между первым и вторым углеродными атомами. Из рис. 2 видно, что при использовании капсулированного деструктора происходит разрыв связей внутри полимерных цепей, а разрыва связей с бором не происходит. Таким образом, после разрушения геля бор не полностью переходит в водный раствор, а частично остается вовлеченным в коллоидные структуры разрушенного геля. Поскольку сшивка в присутствии борного сшивателя происходит в щелочной среде (рН 8-12), мы предположили, что разрушение полученных гелевых структур и разрыв связей между полимером и бором будут происходить в кислой среде.

Для полного разрушения коллоидных структур и перехода в водный раствор

ионов бора вводили 12-процентный раствор соляной кислоты. Воду, выделявшуюся после деструкции полисахаридного геля, исследовали на предмет содержания в ней бора методом атомно-эмиссионной спектроскопии в индуктивно связанной плазме. Из результатов эксперимента, которые представлены в таблице 1, очевидно, что при добавлении к деструктирован-ному гелю раствора соляной кислоты, количество бора в воде увеличивается в несколько раз.

Полученные результаты анализа доказывают предположение о том, что при добавлении соляной кислоты происходит разрыв комплексных связей между цепочками полимеров и бором. На основании этого можно сделать вывод, что более полное разрушение геля для ГРП будет происходить в результате последующей за процессом кислотной обработки. Однако необходимо учитывать, что

кислоты разрушают проппант и могут оказать негативное влияние на проводимость полученной трещины, поэтому необходима разработка специальных, «щадящих» кислотных составов для более полного разрушения сшитого полисахаридного геля.

Таблица 1. Результаты анализа содержания ионов бора в воде после деструкции геля ГРП, полученные методом элементного анализа

образец содержание ионов бора в воде после деструкции геля грп, мг/л

1. Гель + Деструктор + HCl 4,2

2. Гель + HCl 1,3

3. Гель + Деструктор 1,5

Литература:

1. Магадова Л.А. Разработка жидкостей разрыва на водной и углеводородной основах и технологий их применения для совершенствования процесса гидравлического разрыва пласта: Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук: 02.00.11/РГУ нефти и газа имени И.М.Губкина. - М., 2007.- 370 с.

2. Рябоконь С.А., Нечаев А.С., Чагай Е.В. Жидкости-песконосители для гидроразрыва пласта. - М.: ВНИИО-ЭНГ, 1987. - 51 с.

3. Патент № 4547429 США, опубликован в 1985 г.

4. Патент № 5192615 США, опубликован в 1993 г.

5. Патент № 4452861 США, опубликован в 1984 г.

Ключевые слова: бор, пластовые воды, девтрукция геля, соляная кислота, полисахаридный гель

WWW.NEFTEGAS.INFO

\\ разработка месторождений \\ 61