CC BY
32ПОВЫШЕНИЕ НЕФТЕОТДАЧИ
52.47.27 УДК 622.276.6
М.А. Силин, д.х.н., профессор, Л.А. Магадова, д.т.н., В.Н. Мариненко, Д.Н. Малкин, Д.Ю. Мельник,
e-mail: [email protected], РГУ нефти и газа имени И.М. Губкина Институт промысловой химии
исследования реологических характеристик жидкостей на углеводородной основе для гидравлического разрыва пласта
Одним из важных и определяющих факторов при получении углеводородных жидкостей для гидравлического разрыва пласта является подбор концентраций гелеобразующих веществ (гелеобразователя и активатора) для конкретной пластовой температуры. В процессе лабораторных испытаний проводились исследования гелей на основе комплекса гелирующего «Химеко-Н» и дизельного топлива при различных соотношениях гелеобразователя и активатора. В результате были получены значения эффективной вязкости при 170 с-1 углеводородного геля в диапазоне температур 20-80°С. На основании полученных данных определили, что наибольшая вязкость геля достигается при образовании однозамещенных солей трехвалентного железа.
Углеводородные гели для гидравлического разрыва пласта применяются в основном в низкопроницаемых высокочувствительных к воде терригенных коллекторах.
При получении углеводородных гелей используются соли органических орто-фосфорных кислот, которые образуются при реакции между гелеобразователем - органическими ортофосфорными кис-
{НО)пМе
О
О - Р - OR,
ОЯ1
лотами и активатором - соединением многовалентного металла:
где т=1-3, п=0-2 (т+п=3), R1 и R2 - углеводородные радикалы с числом атомов углерода от 6 до 24 (один из радикалов или R2 может быть атомом водорода). В качестве активаторов наиболее распространенными являются составы, содержащие соли алюминия и трехвалентного железа [1]. При растворении алюминиевых или железных солей органических орто-фосфорных кислот в углеводородах получаются ассоциированные комплексы большой молекулярной массы (рис. 1). Наличием этих комплексов можно объяснить высокую вязкость гелей. Одним из важных и определяющих факторов при получении углеводородных жидкостей для гидравлического разрыва пласта является подбор концентраций гелеобразующих веществ
(гелеобразователя и активатора) для конкретной пластовой температуры. Необходимо знать оптимальное соотношение реагентов для получения гелей, обладающих требуемыми реологическими характеристиками. В процессе лабораторных испытаний проводились исследования гелей, полученных с применением комплекса гелирующего «Химеко-Н» и дизельного топлива при различных соотношениях гелеобразователя и активатора. Комплекс гелирующий «Химеко-Н» - это отечественный комплекс реагентов, в состав которого входит гелеобразова-тель - на основе органических ортофос-форных кислот и активатор - на основе сульфата трехвалентного железа. В результате были получены значения эффективной вязкости при 170 с-1 угле-
70 \\ ТЕРРИТОРИЯ нефтегаз \\
\\ № 9 \\ сентябрь \ 2003
\\ ТЕРРИТОРИЯ НЕФТЕГАЗ \\
водородного геля в диапазоне температур 20-800С как сразу после приготовления геля, так и через 30 минут, через один час и через сутки. На основании полученных данных был сделан вывод, что увеличение вязкости геля прекращается через сутки. Это можно объяснить окончательным формированием комплексов железных солей органических ортофосфорных эфиров, которые образуются при взаимодействии гелео-бразователя и активатора. На рис. 2 представлены результаты реологических испытаний, проведенных через сутки после приготовления гелей в диапазоне температур 20-800С. На всех четырех кривых можно увидеть значительные спады значений эффективной вязкости при скорости сдвига 170 с-1 в интервале содержания активатора 0,5-1,0% (об.). Видимо, при увеличении концентрации активатора в интервале 0,5-1,0% (об.) происходит разрушение одних и образование других комплексов железных солей органических ортофосфорных эфиров. Поэтому работать в этом диапазоне концентраций нецелесообразно. Образование одно-, двух- или трехза-мещенных солей рассчитывалось на основе количества ионов железа ^е3+) и органических ортофосфорных эфиров в активаторе и гелеобразователе, соответственно. Известно [2], что:
• в 1000 л активатора «Химеко-Н» содержится 1,67 кмоль Ре3+;
• в 1000 л гелеобразователя «Химеко-Н» содержится 3,13 кмоль двухзамещен-ного органического ортофосфорного эфира.
На основании полученных данных можно определить, какие соли железа (одно-, двух- или трехзамещенные) преимущественно образуются в результате реакции между гелеобразователем и активатором.
При соотношении (% об.) гелеобразователь:активатор - от 2,0:0,5 до 2,0:1,0 образуются преимущественно трехзамещенные железные соли ортофосфорных эфиров (комплекс 1). Образование преимущественно двух-замещенных солей (комплекс 2) происходит при соотношении (% об.) гелеобразователь:активатор от 2,0:1,5 до 2,0:2,0.
Однозамещенные соли, образую-
№ 9 \\ сентябрь \ 200Э
Рис. 1. Ассоциированные комплексы большой молекулярной массы солей органических ортофосфорных кислот
700
600
500
1400
5.300
Й §
«200
100
Комплек 3
Комплс кс 2
Комплс КС 1 Темпер атура, °С —•—20
^-60 —*— 80
0,5
1,5 2 2,5 3 3,5 4 Концентрация активатора "Химеко-Н", % об.
4,5
Рис. 2. Реологические характеристики углеводородных гелей на основе комплекса гелирующего «Химеко-Н», полученные через сутки после приготовления
Примечание. Комплекс 1 - Ре
О
о - р - о/г, о/г,
, комплекс 2 -
(НО) Ре
О
О - Р - о/г, о/г,
, комплекс 3 - ( но\Ре
О
о - р - о/г,
о/г.
WWW.NEFTEGAS.INFO
\\ повышение нефтеотдачи \\ 71
ПОВЫШЕНИЕ НЕФТЕОТДАЧИ
Таблица 1. Реологические характеристики полученных углеводородных гелей через сутки после приготовления
№ п/п Соотношение (% об.) гелеобразователь: активатор п* к**, мПа.с" п* к**, мПа.с" Вязкость при 170 с-1, мПа*с
температура 200С температура 800С температура 200С температура 800С
1 1,0:1,5 0,18 7,18 0,4 4,08 106,69 184,17
2 1,0:2,0 0,13 16,26 0,4 4,73 791,04 220,17
3 2,0:3,0 0,06 66,86 0,33 18,13 522,02 578,78
4 2,0:4,0 0,03 76,5 0,31 17,02 518,75 502,13
* Коэффициент неньютоновского поведения ** Коэффициент консистенции
щиеся при соотношении (% об.) гелеобразователь:активатор от 2,0:3,0 до 2,0:4,0, дают наиболее высокие показатели эффективной вязкости, причем вязкость растет с повышением температуры от 20 до 800С. Однако при увеличении концентрации активатора до 5,0% (об.) вязкость и термостабильность геля уменьшается. Возможно, это связано с разрушением комплексов за счет избытка ионов железа. В связи с этим оптимальными соотношениями гелеобразователя и активатора являются соотношения от 2,0:3,0 до 2,0:4,0% (об.), при этом гель имеет максимальную эффективную вязкость и термостабильность.
Следует предположить, что при уменьшении концентраций реагентов, но при сохранении соотношения между ними также будут получены гели с высокими реологическими свойствами. Поэтому были проведены реологические испытания гелей при концентрациях в 2 раза меньших - при содержании гелеобразователя 1,0% (об.) и активатора 1,5-2,0% (об.).
В таблице 1 представлены реологические характеристики полученных углеводородных гелей при различных соотношениях гелеобразователя и активатора. Из таблицы 1 видно, что гели, полученные с меньшими концентрациями реагентов, также имеют необходимые
для процесса ГРП реологические показатели (коэффициент неньютоновского поведения п < 0,4; коэффициент консистенции к > 4,0 Па.сп, эффективная вязкость при 170 с-1 > 100 мПа*с). При использовании комплекса гели-рующего «Химеко-Н» наилучшие реологические характеристики, которые будут удовлетворять современным требованиям к жидкостям для ГРП на углеводородной основе, можно получить при содержании гелеобразователя - 1% (об.), а активатора - 1,5-2,0% (об.). При этом в процессе приготовления геля будут образовываться преимущественно однозамещенные железные соли органических ортофосфорных эфиров.
Литература:
1. Патент № 6149693 США, опубликован в 2000 г.
2. Магадова Л.А., Магадов Р.С., Максимова С.В., Мариненко В.Н., Беляева А.Д., Кошелев В.Н., Силин М.А., Гаевой Е.Г., Рудь М.И., Поборцев М.В. Углеводородный гель на основе железных солей органических ортофосфорных эфиров // Патент Российской Федерации № 2164290 РФ, опубликован в 2001 г.
Ключевые слова: углеводородные гели для гидравлического разрыва пласта, гелеобразователь, активатор, соли органических ортофосфорных кислот, ассоциированные комплексы
|
т о ^ г о к [.г й дом
ЗНАМЯ ТРУЛА
(812) 347-70-27,
Санкт-Петербург, ул. Магнитогорская, 1 ЭЛ. почта: [email protected],
WWW.td2t.ru
ТРУБОПРОВОДНАЯ АРМАТУРА
КЛАПАНЫ ЗАПОРНЫЕ, РЕГУЛИРУЮЩИЕ, ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНЫЕ, ОБРАТНЫЕ
» КРАНЫ ШАРОВЫЕ
ОМ е-1400 мм, РН до ¿10 МПд
ЗАТВОРЫ ОБРАТНЫЕ, ДИСКОВЫЕ
» ЗАДВИЖКИ
