CC BY
49jhc. 2016; 1 (4):1-11
URL: http://jhc.mazums.ac.ir/article-1-125-en.html
2. Beatriz Fátima Alves de OliveiraI; Eliane Ig-notti; Sandra S. Hacon (2011). A systematic review of the physical and chemical characteristics of pollutants from biomass burning and combustion of fossil fuels and health effects in Brazil. Cad. Saúde Pública vol.27 no.9 Rio de Janeiro Sept. 2011. http://dx.doi.org/10.1590/S0102-311X2011000900003
3. Ana M. Vicedo-Cabrera, Annibale Biggeri, Laura Grisotto, Fabio Barbone, Dolores Catelan (2013) A Bayesian kriging model for estimating residential exposure to air pollution of children living in a high-risk area in Italy. DOI: https://doi.org/10.4081/gh.2013.57
4. Киселев А.Ф. Оценка риска здоровью [Текст] / А. Ф. Киселев, К. Б. Фридман. - СПб. : Питер, 1997. - 100 с
5. 1нтегральш та комплексш оцшки стану навколишнього природного середовища: моно-графiя /О.Г. Васенко, О.В. Рибалова, С.Р. Артем'ев i др. - Х.: НУГЗУ, 2015. - 419 с
6. Оцшка ризику для здоров'я населення ввд забруднення атмосферного повпря: МР 2.2.12-1422007. - [Чинний ввд 13- 04- 2007]. - К.,2007. - 40 с
7. Integrated Risk Information System (IRIS) : [Електронний ресурс] / U. S. Environmental Protection Agency (EPA). - Режим доступу : http: //www.epa. gov/iris
8. Методичнi рекомендацй' МР 2.2.12-1422007. Оцiнка ризику для здоров'я населення вщ забруднення атмосферного повггря. Затв. Наказом МОЗ Украши вiд 13.04.07 № 184. Ктв,2007. - 40 с
9. Лисиченко Г.В. Методологiя оцiнювання еколопчних ризикiв [монографiя] /Г.В. Лисиченко, Г.А. Хмт, С.В. Барабанов. - Одеса: Астропринт, 2011. - 368 с
10. Рибалова О.В. Оцшка ризику виникнення надзвичайних ситуацiй екологiчного характеру в Луганськш областi [Текст]/ Рибалова О. В., Белан С. В., Саычев А. А// Проблеми надзвичайних ситу-ацiй : зб. наук. пр. / НУЦЗУ — 2013. - Вип. 17. - С. 152 - 163
11. Рибалова О.В., Белан С.В. Комплексна оцшка еколопчно1 небезпеки промислового тдприемства на приклащ Змпвсько1 ТЕС / ScienceRise Том 5, № 2(5) (2014) - С.43 - 49
12. Научно-практические исследования по проблеме "Научные основы комплексной оценки риска воздействия факторов окружающей среды на здоровье человека" в 2001 г. [Текст] / С.М. Новиков, Т.А. Шашина, Е.А. Шашина [та ш.] // Гигиена и санитария. - 2002. - № 6. - С. 87 - 89
13. Гриценко, А.В. Оценка потенциального риска здоровью населения Украины при неблагоприятном влиянии факторов окружающей среды [Текст] / Гриценко А.В., Рибалова О.В., 1льченко Л.Ю. / Коммунальное хозяйство городов: Науч.-техн. сб. Киев: Техника, 2005. Вип.63. Сэр. Техн. науки. С.161 - 171
14. Рыбалова О.В., Артемьев С.Р. Определение безопасности рекреационного водопользования [Текст] / Norwegian Journal of development of the International Science, №11/2017, VOL.1 - 19-25
EXPERIMENTAL INVESTIGATIONS WITH LIQUID GLASS FOR WATER SHUT-OFF TREATMENT
IN PRODUCTION WELLS
Abdeli D.
Doctor of Technical Sciences, Professor of KazNTRUnamed after K.I.Satpayev,
Republic of Kazakhstan, c. Almaty Yskak A.
Master of Technical Sciences, doctoral student, KazNTRU named after K.I.Satpayev,
Republic of Kazakhstan, c. Almaty Wisup Bae
Doctor of Technical Sciences, Professor ofSejong university,
South Korea , c. Seoul
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ С ЖИДКИМ СТЕКЛОМ ДЛЯ ВОДОИЗОЛЯЦИИ ДОБЫВАЮЩИХ СКВАЖИН
Абдели Д.Ж.
Доктор технических наук, профессор КазНИТУ им. К.И. Сатпаева, Республика Казахстан,
г. Алматы Ыскак А.С.
Магистр технических наук, докторант, КазНИТУ им. К.И.Сатпаева, Республика Казахстан,
г. Алматы Висап Бай
Доктор технических наук, профессор университета Сежонг, Южная Корея , г. Сеул
Abstract
This article is aimed at the development of waterproofing technology for plantar water with the use of plugging materials based on liquid glass and micro cement. The results of laboratory studies and evaluation of the
effectiveness of the use of liquid glass (sodium silicate) are presented. The use of waterproofing composition in the processing of production wells will reduce the volumes of water produced and increase their productivity Аннотация
Данная статья нацелена на разработку технологии водоизоляции подошвенных вод с применением тампонажных материалов на основе жидкого стекла и микроцемента. Представлены результаты лабораторных исследований и оценка эффективности применения жидкого стекла (силиката натрия). Применение водоизоляционного состава при обработке добывающих скважин позволит снизить объемы попутно добываемой воды и увеличить их производительность.
Keywords: well, water haut-off treatment, sodium silicate, cross-linker
Ключевые слова: скважина, водоизоляция, силикат натрия, гелеобразующий агент
На последних стадиях разработки на месторождениях нефти и газа стоит остроя проблема с добычей излишней пластовой попутной воды, которая вызывает ряд проблем, связанных с добычей, таких как снижение объема добычи нефти, увеличение стоимости и проблемы окружающей среды. Избыточная добыча воды может значительно увеличить затраты, связанные со снижением объема добычи нефти, увеличение стоимости и проблемы окружающей среды. Факторами, которые могут спровоцировать ранний прорыв воды, являются вязкие силы, высокая вертикальная проницаемость и наличие естественных переломов, разломов и слоев с высокой проницаемостью. Усовершенствованные методы извлечения нефти, такие как закачка газа и воды, также способствуют производству нежелательных жидкостей. Ранний прорыв воды кроме снижения добычи нефти, увеличивает требования к размеру и мощности поверхностных сооружений (сепарация, обработка, обработка, повторная закачка) и создает проблемы, связанные с подъемом нефти. Ресурсы искусственного подъема, такие как газовые подъемники, погружные насосы или насосы-штанговые насосы, могут быть реализованы для содействия производства пластовых флюидов. Добытая вода содержит незначительные части углеводородов, песка, металлов и химикатов. Чтобы избежать проблем с добытой водой и пластом, например, закупоривание пор и коррозии, полученную воду необходимо обработать перед нагнетанием. Наконец, из-за экологических норм добываемая вода не может быть утилизирована непосредственно в море на море, поскольку она содержит вещества, которые могут быть вредными для окружающей среды. В результате добываемая вода также должна быть обработана до ее выгрузки в море, что еще больше увеличивает стоимость обработки питьевой воды.[1]
В последние годы основное внимание уделяется использованию экологически чистых силикатных гелей для изоляции пластовой воды. Цель изоляции потока воды заключается в сокращении обводненности и повышении добычи нефти. Силикаты были предложены в качестве закупоривающих агентов при изоляции воды еще в 1920-х годах [2] и были использованы для сокращения добычи воды в нефтяной промышленности с 1990-х годов [3].
В полном литературном обзоре использования силикатного геля как закупоривающего
агента и как для модификации профиля пластов в нефтяной промшденности всказывались несколькими авторами [4,5].
Авторами Krumrine, P.H. и Boyce, S.D. [6] были написаны многочисленные статьи и патенты о химическом составе силиката натрия, которые используются в нефтяных месторождениях при цементации.
Силикатные системы натрия демонстрируют определенные преимущества характеристик, которые являются очень подходящими как для применения в неглубоких, так и для глубоких месторождений (водоподобная вязкость дает возможность контролировать время гелеобразо-вания), стойкость к кислотной среде на месте хранения и экологически чистую химическую систему. Гелеобразование Na-силиката можно контролировать многочисленными неорганическими и органическими соединениями. Это делает Na-силикат подходящим для модификации проницаемости пласта, который был впервые предложен Миллсом около столетия назад [2]. Однако Na-силикат в основном применялся в процессах изоляции воды вблизи скважины [2,7,8].
Na-силикат является общим названием для семейства неорганических соединений, состоящих из диоксида кремния (диоксида кремния) и оксида натрия в различных пропорциях [(SiO 2) n: Na2O, n <4]. Молярное соотношение между кремнеземом и оксидом натрия (n) играет важную роль в химическом поведении Na-силиката [9]. Он поставляется коммерчески в виде раствора с рН в диапазоне 11-13 и с уменьшением щелочности n.
Процесс химии и полимеризации силикатных гелей является сложным. Время гелеобразования силикатного геля зависит от нескольких параметров, таких как рН, температура и концентрация компонентов. Образование геля в модели диктуется химической реакцией, внедряемой в симулятор, и скоростью реакции реагентов.
Концентрация и рН раствора Na-силиката изменяются по мере того, как раствор вводится в резервуар, что значительно влияет на кинетику гелеобразования. Изменение рН зависит от буферной емкости смешанного пласта и раствора Na-силиката, а рН пластовой воды зависит от минералогии породы [10]. Высокая соленость пластовой воды влияет на кинетику гелеобразования Na-силиката, а также возможность осаждения. Осаждение происходит главным образом в присутствии двухвалентных ионов, таких как Ca2 + и
Mg2+. В случаях, когда ожидается осаждение, обычной практикой является предварительная промывка пласта низкосоленовой (пресной) водой (LSW). Температура пластового резервуара играет важную роль в кинетике гелеобразования и осаждении.
рН различных растворов №-силикатов был получен путем разбавления исходного №-сили-ката от 35 до 0,02 мас.% пресной воды. [11]. Как показано на рисунке 1, предельное изменение рН демонстрируется до тех пор, пока содержание Ыа-
силиката не достигнет примерно 6 мас.% разбавленного исходного №-силиката (в дальнейшем будет использоваться только вес.% №-силиката). Это может указывать на высокую буферную емкость ^-силиката выше 6 вес.%. Значительная разница в рН наблюдается для разбавленного № -силиката ниже 3 вес.%. Содержание ^-силиката в диапазоне от 3 до 6 вес.% можно использовать как для экспериментального так и для промышленного применения.
7 14 21 28 Ыа-зШса1е т
Рисунок 1- рН различного содержания Ыа-силиката от 35 до 0,02 мас. % Путем разбавления
дистиллированной водой (БШ). [11]
Экспериментальные исследования. Для исследования и получения силикатных гелей мы использовали жидкое стекло (№2 SiOз) производства ТОО "Елмаз" (Казахстан) и несколько инициаторов гелеобразования (соляная кислота, пластовая вода, биокарбонат натрия NaHCOз ), образцы полученных гелей показан на рисунке 2. Силикатный модуль и составляет 3.2.
В качестве сшивателя геля было взята пластовая вода плотностью 1,034/см3 месторождения Кум-коль ( 2 объект) со следующим химическим составом: рН=5,75, минерализация 67,54 г/л, №+ и К+ = 16,9 г/л, Ca+=3.4 г/л, Mg2+=0.65 г/л, С^=33,95 г/л ионов. А также хлорид натрия плотностью 2,161 г/см3, и составом: Ва -30 ррт; Бе- 5 ррт ; К- 200 т; Са-50 ррт; 804-50 ррт; рН 5-8
Рисунок 2- Na2SiO3 образцы силикатных гелей различными инициаторамигелеобразования.
Таблица 1
Составы нескольких инициаторов гелеобразования и силиката натрия_
Образцы опытов № Химические вещества (агенты) ml
1 Пластовая вода - 50 NaHCOs - 40 Na2SiOs, - 10
2 Пластовая вода - 50 NaHCOs - 30 Na2SiOs, - 20
3 Пластовая вода - 50 NaHCOs - 20 Na2SiOs, - 30
4 Пластовая вода - 50 NaHCO3 - 25 Na2SiOs, - 25
5 Пластовая вода - 50 NaHCO3 - 15 Na2SiO3, - 35
6 Пластовая вода - 4 HCL - 0.5 Na2SiO3, - 2
7 Пластовая вода - 6 HCL - 0.3 Na2SiO3, - 1
8 Пресная вода -6 HCL - 0.5 Na2SiO3, - 4 l
9 Пресная вода -10 HCL - 0.3 Na2SiO3, - 1.3
10 МаНСОз - 3 HCL - 0.3 Na2SiO3, - 2
11 МаНСОз - 4 Ацетон - 0.5 Na2SiO3, - 2
12 Высокоминерал.вода (№С1+Н2О) - 4 HCL - 0.5 Na2SiO3, - 2
Из данных образцов образованая гель из опыта №4 относительно остальных образцов оказалась более прочной и с малым синерезисом.
До проведения промышленных испытании закачки силикатных растворов требуются экспериментальных исследования на для определения кинетики реакции и прочности силикатного геля на стендовых экспериметнальной установке (рис 3). Для определения создания блокирующего водоизо-ляционного экрана на установке, состоящая из цилиндра 2 (основная рабочая часть установки) заполненной однородным песком размером частиц 5 =1 мм, емкостей для высокоминерализованной пластовой воды 4, 5 и емкости для жидкого стекла 3, с кранами для регулирования закачки 6, манометром 7 для фиксации давления на входе были определены проницаемости до и после закачки гелеобразую-щего состава.
Для определения проницаемости до создания водоизолирующего экрана в цилиндр 2 установки закачивали техническую воду с крана под давлением 0,5 МПа, который фиксировался манометром 7. Открывая кран в нижней части определяли расход воды, которая сливалась в емкость 11. По известным параметрам определили проницаемость пористой среды.
Далее в пористую среду в цилиндре насыщаем соляным раствором концентрацией 30 г соли на 100 мл. Затем последовательно в каждые интервалы начиная с нижней закачали расчитанные объемы приготовленных растворов (в И - высокоминерализованную воду смешанной с пластовой водой; И2 -раствор жидкого стекла; Из - высокоминерализованную воду смешанной с пластовой водой). При закачке верхний кран был в открытом положении.
Рисунок 3 - Экспериментальная установка для создания водоизолирующего экрана и определения проницаемости до и после закачки гелеобразующего состава. 1-стояк; 2- цилиндр (основная рабочая
часть установки); 3- емкость для жидкого стекла; 4, 5- емкости для высокоминерализованной пластовой воды; 6- краны; 7- манометр; 8, 10- фланцевые соединения; 9- резьбовая часть (для снятия
установки); 11 - емкость для жидкости.
После закачки всех растворов закрывая верх- технической води из общего крана. Результаты про-ний и нижний краны, оставили установку на 2 сутки веденного эксперимента приведены в таблице 2. для образования геля. После этого проверяли созде-ние гели и поределяли проницаемость закачкой
Таблица 2
Результаты эксперимента до и после создания водризолирующего экрана._
№ опытов До закачки состава После закачки состава
t (c) т(гр) Q *10"3 (м/с) k (D) t (c) т(гр) Q *10"3 (м3/с) k (D)
1 12,23 1838 0,150 40 21,02 806 0,038 13.4
2 12,30 1803 0,146 20,76 725 0,035
3 12,41 1923 0,154 20,36 1012 0,049
4 12,24 1823 0,148 19,47 1450 0,074
Как показывает результат проницаемость после гелеобразования в цилиндре установки снизилась с 40 Б до 13, 4 Б и коэффициент изоляции бу-
дет к„
_ кд<> ^ после _
=0.66 и это указывает
что изоляция произошла на 66%.
С целью определения остальных параметров гелеобразования будут проводиться дальнейшие теоритические и экспериментальные исследования по данной теме.
Выводы. По результатам литературного обзора по решению проблем высокой обводненности продукции скважин на нефтяных месторождениях можно считать, что применение силикатных гелей как закупоривающего агента является эффективным. Объяснения этому являются результаты и применения их на многих месторождениях. Но имеются также недостатки силикатных гелей, которых будем рассматривать в дальнейших исследованиях. Учитывая, что продукт является экологически чистым, пожаробезопасным, и более доступным и дешевым чес другие гелеобразующие вещества требуются проведение многочисленных исследований и опытно-промышленные испытания на промыслах.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. Numerical Evaluation of Dynamic Core-Scale Experiments of Silicate Gels for Fluid Diversion and Flow-Zone Isolation. Dimitrios G. Hatzignatiou, University of Stavanger and International Research Institute of Stavanger; Johan Helleren.
2. Mills, R.V.A. Process of Excluding Water from Oil & Gas Wells. U.S. Patent 1,421,706, 4 July 1922
3. Lakatos, I., Lakatos-Szabo, J., Tiszai, Gy. et al. 1999. Application of Sili- cate-Based Well Treatment Techniques at the Hungarian Oil Fields. Presented at the 1999 SPE Annual Technical Conference and Exhibi- tion, Houston, 3-6 October. SPE-56739-MS. http://dx.doi.org/10.2118/ 56739-MS.
4. Kristensen, R.; Lund, T.; Titove, V.I.; Akimov, N.I. Laboratory Evaluation and Field Tests of a Silicate Gel System Aimed to be used Under North Sea Conditions. Proceedings of the 7th European IOR Symposium, Moscow, Russia, October 1993; pp. 26-29.
5. Hurd, C.B. Theories for the mechanism of the setting of silicic acid gels. Chem. Rev. 1938, 22, 403-422.
6. Krumrine, P.H. and Boyce, S.D.: "Profile Modification and Water Control With Silica Gel-Based Systems," SPE 13578, SPE International Symposium on Oilfield and Geothermal Chemistry, Phoenix, AZ (April 9 - 11, 1985).
7. Boreng, R.; Svendsen, O.B. A Successful Water Shutoff. A Case Study from the Statfjord Field. Proceedings of the Society of Petroleum Engineering (SPE) Production Operation Symposium, Oklahoma City, OK, USA, March 1997; pp. 9-11.
8. Rolfsvag, T.A.; Jakobsen, S.R.; Lund, T.A.T.; Stramsvik, G. Thin Gel Treatment of an Oil Producer at the Gulfaks Field. Proceedings of the Society of Petroleum Engineering (SPE) European Production Operations Conference & Exhibition, Sta-vanger, Norway, April 1996; pp. 16-17
9. Iler, R.K. The Chemistry of Silica, Solubility, Polymerization, Colloid and Surface Properties and Biochemistry; John Wiley-InterScience Publisher: New York, NY, USA, 1979.
10. Kristensen, R.; Lund, T.; Titove, V.I.; Akimov, N.I. Laboratory Evaluation and Field Tests of a Silicate Gel System Aimed to be used Under North Sea Conditions. Proceedings of the 7th European IOR Symposium, Moscow, Russia, October 1993; pp. 26-29.
11. Factors Affecting Alkaline Sodium Silicate Gelation for In-Depth Reservoir Profile Modification. Aly A. Hamouda and Hossien A. Akhlaghi Amiri. Department of Petroleum Engineering, University of Stavanger, Stavanger 4036, Norway.
40-13.4
кдо 40
