CC BY
5
3&idArt=1434
7. Лапина Татьяна Юрьевна «Демографическая концепция России и ее роль в преодолении тенденции депопуляции»№ика 2016г. - No. 12 (036) [Электронный ресурс] // Режим доступа: http: //nauka-rastudent .ru/36/3775/
8. Российский статистический ежегодник. 2017: Стат.сб./Росстат. -М., 2017 г. 686с. [Электронный ресурс] // Режим доступа: http://www.gks.ru/free doc/doc 2017/year/year17.pdf
УДК 622.276
Нургалиев И.С. студент магистрант 2 курса Уфимский государственный нефтяной технический университет
Россия, г. Уфа Фаттахов А.Р. студент магистрант 1 курса Уфимский государственный нефтяной технический университет
Россия, г. Октябрьский
ОБОСНОВАНИЕ ПРИМЕНЕНИЯ СИЛИКАТНОГО ГЕЛЯ В КАЧЕСТВЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ЖИДКОСТИ ГИДРОРАЗРЫВА
ПЛАСТА
Аннотация. В статье рассмотрены вопросы обоснования разработки технологических жидкостей в качестве носителей пропанта при проведении гидроразрыва пласта. Описаны методики проведения исследовании по определению физико-химических свойств гелеобразующих композиции на основе силиката натрия. Обобщены результаты экспериментальных исследовании, выявлена высокая пескоудерживающая способность разработанных составов и возможность регулирования времени гелеобразования.
Ключевые слова: гидроразрыв пласта, пропант, гель, силикат натрия, деструктор.
Nurgaliev I.S., graduate student
2 year
Ufa State Petroleum Technological University
Russia, Ufa Fattahov A.R., graduate student
1 year
Ufa State Petroleum Technological University
Russia, Oktaybrsky RATIONALE FOR THE USE OF SILICATE GEL AS THE TECHNOLOGICAL LIQUID OF THE HYDRAULIC FRACTURING
Annotation. In the article the questions of a substantiation of development of technological fluids as propane carriers during hydraulic fracturing are considered. Methods for conducting a study to determine the physicochemical
properties of gel-forming compositions based on sodium silicate are described. The results of the experimental study are summarized, the high ability of sand retention of the compositions being developed and the possibility of correcting the gel time are revealed.
Keywords: hydraulic fracturing, proppant, gel, sodium silicate, breaker.
На сегодняшний день метод интенсификации добычи нефти путем проведения гидроразрыва пласта (ГРП) становится одним из эффективных методов повышения коэффициента продуктивности. Следует отметить, что ГРП находит применение для высокопроницаемых коллекторов. Однако, существует проблема обоснования и использования технологических жидкостей для различных типов коллекторов. Данная проблема связана с отсутствием эффективных составов, способных образовывать ориентированную трещину с заданными параметрами. Это накладывает ряд требовании, связанных с необходимостью регулирования индукционного периода, седиментационной способности и порядка упаковки пропанта в трещине [1].
Многие исследователи, анализируя промысловые данные, отмечали неполное заполнение трещин пропантом при ГРП, особенно низкой была концентрация пропанта в верхней части трещины, из-за чего не реализуется в полной мере потенциал ГРП, а в ряде случаев создается предпосылки для лучшего притока воды к скважине, а не нефти. В 70% случаях именно с плохим закреплением трещины в верхней части пропантом связывают увеличение продуктивности скважины по воде, а не по нефти [2].
На сегодняшний день большинство операции ГРП производятся с жидкостями на водной основе. Как правило, в качестве водорастворимых полимеров используют гуаровую смолу и гидроксипропилгуар [3]. Данные составы очень чувствительны к содержанию в воде ионов железа, кальция и магния, потому приходится привозить чистую пресную воду для приготовления жидкостей ГРП за многие километры [4]. Известно, что гели на основе гуаровой смолы оставляют нерастворимый осадок после деструкции. Восстановление проницаемости пропантной набивки после использования гелей на основе гидроксипропилгуара не превышает 3040%. Этим связано снижение эффективности ГРП и осложнения при освоении скважины [5].
Жидкость-песконоситель должна удерживать во взвешенном состоянии пропант на протяжении всего технологического процесса, а после полностью разрушена и вымыта из трещины и скважины [1]. Задачей лабораторных исследовании была разработка гелеобразующих составов, свойства которых удовлетворяют выше изложенным требованиям.
Для получения жидкостей с требуемыми свойствами в лабораторных условиях приготавливались составы на основе силиката натрия. При взаимодействии силиката натрия с различными кислотами образуется золь кремниевой кислоты, которая со временем превращается в гель. Время
образования геля регулируется концентрациями полимера и кислоты в композиции.
Методика приготовления гелей заключалась в смешивании расчетного объема воды с заранее приготовленными растворами силиката натрия и кислот в определенных концентрациях в течение 30 секунд. Для определения времени полного загеливания стаканы с образцами проверялись каждую минуту в течении первых 10 минут. Так как время закачки жидкости - песконосителя в среднем составляет 4-6 минут, составы, загеливающиеся более 10 минут не представляют практического интереса. Состав считался загелившимся, если при наклоне на 45 градусов мениск не менял своего положения.
Пескоудерживающая способность гелей устанавливался путем определения скорости седиментации пропанта в исследуемой жидкости. Частица песка пинцетом помещался на глубину 1 см под поверхность жидкости, после чего замерялась время, за которое частица проходит определенное расстояние и вычислялась скорость осаждения частицы.
При приготовлении гелей в качестве сшивателя использовались соляная, сульфаминовая и уксусные кислоты. В качестве пропанта использовались частицы кварцевого песка диаметром 0,5-0,8 мм. Результаты проведенных исследовании представлены в таблице 1.
Приготовленные гели обладают достаточно высокой прочностью и являются не текущими. Предполагается, что приготовленная композиция с пропантом будет загеливаться непосредственно в трещине после закачки либо состав загеливается в скважине во время закачки и при перемешивании становится текущей даже при малых скоростях сдвига. При интенсивном перемешивании на скоростях сдвига 100 с-1, соответствующих скоростям сдвига в колонне труб при закачке, изученные гелеобразующие составы обладают хорошей песконесущей способностью, в них практически не осаждается пропант фракции 0,5-0,6 мм.
В таблице 1 все концентрации выражены в массовых процентах в расчете на чистое сухое вещество.
С увеличением времени загеливания способность удерживать пропант геля снижается, так как гели с малым индукционным периодом обладают большей прочностью.
Таблица 1 - Результаты исследовании времени гелеобразования составов
Силикат Уксусная Соляная Сульфаминовая Скорость Время
натрия, % кислота, % кислота, % кислота, % осаждения, загеливания,
масс._масс._масс._масс._мм/ч_мин
6 1,7 - - 8 8
5 1,6 - - 4,5 6
4 1,5 - - 5,5 4
7 - 1,2 - 6 5 6-1,1 - 3,5 5 5-1 - 7,5 8
6 - - 3 3,5 7
5 - - 2,7 2,25 4 3 - - 2,4 2,5 5
Наиболее оптимальной композицией для приготовления геля для транспортировки пропанта в трещину из исследованных является состав с 7% силиката натрия и 3% сульфаминовой кислоты с временем загеливания 7 минут. Скорость седиментации пропанта в ней - 3,5 мм/ч. При этом времени загеливания состава вполне достаточно для закачки в трещину.
В качестве деструктора геля может быть использован гидроксид натрия, при взаимодействии с которым силикатный гель разлагается на воду и полимер, вязкость которых позволяет легко удалить их из пласта. Проведенные исследования по подбору концентрации и объема деструктора показали, что скорость разрушения геля зависит главным образом от концентрации деструктора.
На рисунке 1 представлены результаты исследовании гелей на деструкцию. Исследования проводились при 20 °С.
Результаты аналогичных исследовании другими авторами свидетельствуют, что при температуре 80 °С скорость деструкции увеличивается в 10-12 раз и составляет 20-30 минут, при этом гель разрушается полностью. Также установлено, что оптимальный объем деструктора должен быть равен объему разрушаемого геля [6].
Время, ч
5% ЫзОИ 10% ЫзОН -А-15% ЫзОН
Рисунок 1- Влияние концентрации деструктора на скорость и степень
разрушения геля
Как видно из рисунка 1, при применении в качестве деструктора 5% раствора №ОИ степень разрушения не превышает 20%. Реагент разрушает гель только в течение первых 2 часов, после чего, видимо, нейтрализуется.
При увеличении концентрации №ОИ в растворе в 2 раза степень деструкции геля резко повышается и гель полностью разрушается в течение 5 часов. При этом образуется беловатая мутная жидкость с вязкостью, близкой к вязкости воды. Мутноватой жидкость является из-за растворения в образованной воде метасиликата натрия.
При применении 15% раствора гидроксида натрия гель полностью разрушается за 4 часа. При этом технологический эффект от увеличения концентрации №ОН незначительный и дальнейшее увеличение концентрации реагента экономически нецелесообразно.
В пластовых условиях из-за высоких температур процесс деструкции должен происходить в несколько раз быстрее.
Оптимальным временем разрушения геля в пластовых условиях считается 6-24 часа. Исследованный 10% раствор №ОН способен разрушать гель и за более короткое время, тем более при высоких температурах. Но следует учесть, что некоторая часть раствора может прореагировать с породой пласта при закачке деструктора.
Остатки полимера могут коагулировать между собой и тем самым образовывать более крупные комплексы, что повлечет за собой загрязнение ПЗП и снижение проницаемости. Для наиболее полного разрушения геля целесообразно применение специальных добавок - антикоагулянтов, уменьшающие размеры фрагментов полимеров.
Все исследованные составы обладают достаточными песконесущими и пескоудерживающими свойствами, но применимость гелей на основе силиката натрия для транспортировки пропанта в трещину сопряжено с большими рисками:
- загеливание композиции в скважине может привести к непоправимым последствиям вплоть до потери скважины;
- в случае отверждения состава в трещине пропант может седиментироваться до загеливания композиции, что приведет к снижению или отсутствию технологического эффекта ГРП;
- сложность определения требуемой концентрации реагентов в составе, от которых зависит время загеливания композиции. На время загеливания влияют факторы: температура, скорость перемешивания, минерализация воды. Учет влияния всех факторов является сложной задачей.
Исспользованные источники:
1. Магадова Л.А. Разработка жидкостей разрыва на водной и углеводородной основах и технологии их применения для совершенствования процесса гидравлического разрыва пласта. Докторская диссертация. Москва. - 2007. - 375 с.
2. М. Экономидис, Р. Олайни, П. Валько. Унифицированный дизайн гидроразрыва пласта - Алвин, Техас: Орса Пресс. - 2004.-194 с.
3. Иванов С.И. Интенсификация притока нефти и газа к скважинам: Учеб. Пособие. - М.: ООО «Недра-Бизнесцентр», 2006. - 565 с.
4. Жданов С.А., Константинов С.В. Проектирование и применение гидроразрыва пласта в системе скважин // Нефтяное хозяйство. - 1995. - № 9.- С. 24-25.
5. Рябоконь С.А. Технологические жидкости для заканчивания и ремонта скважин. - Краснодар, 2009. - 338 с.
6. Стрижнев К.В. Ремонтно-изоляционные работы в скважинах: теория и практика. Санкт-Петербург.: Недра, 2010г.- 560с.
