Введение к работе
Актуальность проблемы. Гидравлический разрыв нефтяных пластов іГИТ) в настоящее время является одним из наиболее перспективных пу-тей повышения нефтеотдачи, позволяющий увеличить степень нефтеизвле-чения до 80-ЭОЖ. Сущность метода ГРИ заключается в создании в пласте еисокопроводящих каналов (трещин) за .счет закачивания в него специальной высоковязкой структурированной жидкости (геля) с керамическим наполнителем (закрепителем трещин). Таким образом изменяется пористость пласта и увеличивается его фяльтрукщая способность.
Метод ГРП, несмотря на достаточную сложность в осуществлении, имеет ряд преимуществ по сравнению с традиционными способами повышена; нефтеотдачи, в частности с заводнением. ГРП является наиболее эффективным, а подчас и единственным методом, обеспечивающим рентабельні ;.j разработку месторождений с низкопроницаемнми коллекторами. Кроме того, мотод ГРП позволяет восстановить естественный дебит отдельных скважин с сильно загрязненной призабойной зоной.
Вашим вопросом при разработке метода ГРП является выбор жидкости (композиции) для гадравлического разрыва. Одним из основных крито риов качества композиции (помимо специфических характеристик - взаимодействие с наполнителем, пластовыми породами и т.д.) являются ее реологические свойства. В последнее время широко» распространение получили композиции на основа зфнров фосфорной кислоти (ЭФК) и алкокси-дов металлов в углеводородной среде.
. Характерной особенностью гелеобразования п таких композициях для ГРП является протекание химических и коллоидно-химических процессов между компонентами, в результате чего конечная вязкость системі определяется как образованием алтюфосфатного полимера, так и общей концентрацией диснириной фазы. Литературные данше, касающиеся механизмов структурообразования .в таких системах, практически отсутствуют, поскольку преимущественно они представлены патентными источниками, где основное внимание уделено технологической стороне проблемы получения кидкости для ГРП. .
Разработка эффективных композиций для ГРП с определенными стру.с турно-мэханическими свойствами,обусловливает необходимость исследова ния процессов, протекающих между компонентами геля, их качественного и количественного описагля, а также изучения коллоидно-химических х;і рактеристик получаемой композиции.-
Снянление факторов, обусловливающих структурообраповыш ь ьлю
мофосфатной композиции б углеводородной средэ в присутствии соединений различной пркродн, позволяет определить роль сольватационных явлений и структурных факторов, что важно для дальнейшего развития теоретических представлений об олеодисперсных системах.
Найденные в работе корреляции между составом и реологическими свойствами композиции предоставляют научно-обоснованную базу для получения жидкости для ГРП с требуемыми свойствами на основе отечественных компонентов.
Работа выполнена в соответствии с межвузовской научно-технической программой РАН и Гособразования РФ по приоритетному направлению "Нефтегазовые ресурсы" (направление 4.5 "Олводисперсные системы - жидкости для ГРП").
Цель работы заключалась в установлении основных закономерностей процессов структурообразоваї^їя и течения , протекающих при полу^ес-ш композиции для ,-ГРП, выявлешш взаимосвязи между составом и строением компонентов. геля и структурно-механическими действами жидкости для ГРП.
Для достижения поставленной цели необходимо было решить следуы-щиэ задачи:
получить индивидуальные ыоно- и ди-октиловые эфирн фосфорной кислоты;
установить влияние строения алкильшх радикалов в ЗФК на реологические свойства композиции для ГРП;
выбрать 1MB, при помощи которого можно регулировать вязкостные параметры компо'зкцш для ГРП, с целью достижения трабуешх структурно-механических свойств геля;
найти способ введения оптимального количества вода в систему, необходимого для осуществ-ления процессов структурообразования при получении композиции- для ГРП;
разработать научно-обоснованные рекомендации по оптимальному составу композиции для ГРП на основе отечественных компонентов.
получить опытные образцы жидкости для ГРП и определить их основные реологические параметры;
Научная новизна. В результате проведенных систематических исследований химических и коллоидно-химических процессов, проткащих б многокомпонентных система:?, содержащих вфиры фосфорной кислоты, вто-рично-бутоксид алюминия (DBA) и ПАВ в углеводородной среде, показано, что при получении композиции для ГРП помимо гидролиза и конденсации ВБА, происходит взаимодействие ВБ/. ЗФК и ПАВ между собой и с компонентами растворителя - дизельного топлива. В результате совокупности
трстокощиз. реакция образуется алшофосфатпнй полимер. Структуроос^-юьзішо в система зависит как от молекулярной массы получающегося по-тиалюмофосфзтиого производного, так и от общей концентрации дисперс-юй фазы в композиции.
Установлено, что строекио алшофосфатпого соединения, образующегося в результате взаимодействия мэкду ВБА и ЭФК, зависит от состава СМ9СИ ЭфИрОЕ фОС$ОрНОЙ КИСЛОТЫ (С0ОТН0Ш9НИЯ MOHO-, И ДИ- ПрОИЗЕОД-
шх). Показано, что вторично-бутоксид алнииния и ди-2гэтилгексиловкй фпр фосфорной кислоты в зависимости от их соотношения реагируют с образованием продуктов взаимодействия [одной молекулы. ВБА с одной, ївукя или тремя молекулами даалкалового эфира фосфорной кислоты. Аналогично реагирует ВБА с моно-октнловыи зфнром фосфорной кислоты (при гармальных условиях); т.е. лишь одна падрокси-грутта эфяра взаимодеп-зтвует с алкоксидом алюминия, а вторая - остается свободной, что под-гверздаотся даэлкомотрическиш и спектроскопическими исследованиями.
Обнаружено, что порфирины дизолыюго топлива реагируют с компо-юатами жидкости для ГРП, в результате чего вязкость композиции уве-вггавается в 1,5-2 раза. Показано, что при действии эфиров фосфорної' гислоты, содержащих свободные гидрокскльнш группы, происходит частичная демегаллизацш порфиринов, что подтверждается данными МК-зпектроскопяи. Образующиеся азотистые основания взаимодействуют с ЭФК і ВВА с образованном объемных гетероциклических фрагментов в составо )лшофосфатного полимера, что приводит к росту вязкости конечной ком-
Установлено, что реологические свойства получаемого геля зависят їв только от общего содержания воды в системе, участвующей в процессах гидролиза и конденсации алкоксида алюминия, но и от способа ее зведення при получении ксятозиции. Кроме' того, результаты изучения юлюбилизации води растворами эмулина показали, что солюбилизирован-юй воды недостаточно для достижения необходимой вязкости геля. Пока-їано, что только при барботировшши влажного воздуха через систему юзможно регулирование соотношения процессов гидролиза и конденсации ЗБА и продуктов его взаимодействия с ЭФК, что и сооепечизает требуе-тв структурно-механические свойства кошгозиции.
Практическая ценность. На основе проведенных исследований предложен способ получения композиции для ГРП с требуемыми структурно-юх&ническими свойствами, установлены оптимальные структуры М>К и ІАВ, а тнюну их концентрации, обоспечиванцио необходимые характеристики кс.шозиций для ГРП, т.о. показана возможность замены игпюртішх іпм[п;і(:ііті)Н жидкости для ГСП отечествошшми. Новизна ггредлокенної о
-*-
технического решения защищена патентом.
Установленные в работе закономерности и корреляции, связывающие структуру и состав компонентов со структурно-механическими свойствами вдкости для ГРП, предоставляют основу для разработки новых композиций и совершенствования технологии ГРП.
Апробация работы. Основные положения и результаты работы были представленії на конференции "Коллоидная химия в странах СНГ" (г. Москва, 1994 г.) и на заседании секции по физико-хишш ПАВ Совета по коллоидной химии и физико-химической механике РАН (г. Москва, 1994).
Публикации. По теш диссертации опубликовано Б работ.
Структура и объем работа. Диссертация состоит из введения, —— глав, выводов, списка литературы ('^наименований), —э. приложений. Общий объем работы - /Р^ страниц, включая /^ таблицы и Jffc рисунков.