ТЕОРЕТИЧНІ ВІДОМОСТІ ПО РЕАГЕНТУ ГІПАНОФОРМАЛІНОВА СУМІШ

БашНИПИнафта в 1970 р. був розроблений селективний метод обмеження припливу води гелеутворюючими полімерними речовинами ГФС (ГФС представляє собою підкислену гіпано-формалінову суміш).

Суть методу полягає в тому, що в обводнений пласт закачують тампонажну рідину ГФС, яка складається з суміші водного розчину гіпану, формаліну та соляної кислоти, співвідношення яких в робочих рідинах залежить від заданого індукційного періоду гелеутворнення. По закінченню індукційного періоду ГФС в обводненій частині пласта утворюється каучукоподібний однорідний пружній матеріал – гель, достатньо міцний і який повністю закупорює водонасичене пористе середовище.

Природа хімічних реакцій визиваючих гелеутворення поки що в повній мірі не вияснена і пояснюється нами приблизно. Основну роль відіграє реакція поліконденсації гіпану і формальдигіду в присутності ініціатора – кислоти. Бажано відмітити, що реагенти, які використовуються для приготовлення ГФС, випускаються відчизняною промисловістю у великих кількостях, недефіцитні і недорогі.

5.1 Гіпано-формалінові суміші (ГФС) і їх фізико-хімічні властивості

Основні позитивні властивості ГФС як водоізоляційного матеріалу визначаються специфічними фізико-хімічними властивостями вихідних робочих речовин і їх гелій.

5.1.1 Основні властивості ГФС як тампонажної речовини

1. Так як ГФС приготовляється із водяних розчинів реагентів і має у своєму вмісті переважно водяний розчин полімера гіпану, то вона повинна селективно

фільтруватися в обводнений нафтовий пласт.

2. Індукційний період Ті, тобто час з моменту приготовлення ГФС до початку інтенсивного гелеутворення, регулюється в дуже широких межах – від декількох хвилин до 7-8 діб. Отже, ГФС має широкий діапазон геолого-фізичних умов застосування.

3. До кінця індукційного періоду в’язкість ГФС залишається невеликою. Ця властивість полегшує процес закачування суміші в пласт і дозволяє регулювати його в часі. Завдяки цій властивості при закачуванні великих об’ємів речовини запобігається різке підвищення тиску і гідророзриву пласта.

4. ГФС застосовується при обмеженні припливу як мінералізованої, так і нагнітаючої прісної води. Цією особливістю застосування ГФС, розробленої на її основі методи обмеження припливу пластової води, відрзняються від інших аналогічних методів.

В якості вхідних реагентів для приготовлення ГФС використовуються 5 – 10 %-ний розчин гіпану, технічний формалін з концентрацією по формальдегіду 37 – 38 % і 10 %-на технічна соляна кислота. Швидкість реакції гіпану з формальдегідом залежить від концентрації і об’ємного співвідношення компонентів в суміші, але особливо від рН середовища. Гель може бути утворений і на основі розчину гіпану нижче 5 %, але міцність такого гелю невелика, а індукційний період великий.

5.1.2 Реологічні властивості ГФС

Реологічні властивості рідкоподібних текучих систем описуються за кривими залежності напруги зсуву від швидкості деформації (або градієнта швидкості) при установленій течії. Для високоструктурних систем (гелів) важливо знати також параметри, які характеризують міцнісні і пружні властивості, якщо вони кількісно мають велике значення для розрахунку технологічних процесів. Знання реологічних властивостей ГФС необхідно для розрахунку процесів руху їх в трубах і пористому середовищі, і витіснення пластових рідин і газів.

На рис. 5.1 представлені реологічні криві ГФС, получені на ротаціонному віскозиметрі ФЭНН при температурі 20о С.

Рисунок 5.1 – Реологічні криві ГФС:

1 – зразу після приготовлення; 2 – через 7

год.; 3 – через 24 год.; 4 – через 30 год.

Вміст суміші в об’ємних процентах: 10 %-ний розчин гіпану – 58; 37 %-ний розчин формаліну – 30; 10 %-ний розчин HCl – 12.

В момент приготовлення деформаційні зміни ГФС підпорядковується закону Ньютона, через деякий час спостерігається відхилення від цього закону, і ГФС виявляє псевдопластичні властивості.

Розрахунки по експерементальним даним показали, що за перший час спокою ефективна в’язкість ГФС при температурі 20 – 30о С практично не змінилась, за 4 години ефективна в’язкість ГФС збільшилась лише на 18 %, а за 6 годин – на 25 % при збереженні псевдопластичних властивостей. Звідси випливає, що досліджувана суміш буде в цей період достатньо добре прокачуватися, так як рух в ній буде починатись при дуже малих швидкостях зсуву.

Вивчався вплив температури на реологічні властивості гелеутворюючих рідин і вихідних розчинів полімерів в інтервалі температур від 0 до 80о С. Ефективна в’язкість ГФС і розчинів гіпану замірялась на віскозиметрі Гепплера. В’язкість ГФС зменшується з збільшенням температури середовища (рис. 5.2), але менш інтенсивно ніж розчин гіпану, що, очевидно, визвано розбавленням розчину полімера при змішуванні з формаліном і кислотою, але разом з тим в’язкість зростає із збільшенням температури в наслідок прискорення реакції гелеутворення.

Рисунок 5.2 – Зміна в’язкості гіпану і ГФС в залежності від температури:

1 – 10 %-ний розчин гіпану; 2 – ГФС на його основі; 3 – 5 %-ний розчин гіпану;

4 – ГФС на його основі

5.2 Гелеутворення в ГФС і фізико-механічні властивості гелів

5.2.1 Кінетика гелеутворення

Гелями називаються структурні системи, утворені колоїдними частинками або молекулами полімерів, які мають просторові сітки, заповнені розчинниками. Гелі займають проміжне положення між розчинами і твердими тілами, відрізняючись від перших тим, що колоїдна частинка, або макромолекула, вже не являється кінетично індивідуальною частинкою.

Розрізняють гелі, які складаються із твердих частин (хрупкі гелі); гелі, які утворенні гнучкими макромолекулами (еластичні гелі), або студні.

Характерна кінетика гелеутворення в ГФС, прослідкована методом заміру ефективної в’язкості по віскозиметру Гепплера, показана на рис. 5.3.

В’язкість вимірювалась на одній і тій же пробі рідини при постійній температурі (30о С) і атмосферному тиску. Суміші були приготовленні на основі 10 %-ного розчину гіпану з різним вмістом формаліну при одинаковому рН середовищі. Як видно із рисунку, в’язкість сумішей протягом індукційного періоду змінюється незначно, а зміцнення