Благодаря превосходным реологическим характеристикам и минимальному отрицательному воздействию на пласт по сравнению со сшитыми полимерными системами вязко-упругие составы (ВУС) активно применяются при установке гравийных фильтров, ограничении водопритока и гидроразрыве. В рецептуру ВУС входят низкомолекулярные ПАВ, образующие длинные цилиндрические мицеллы (мицеллярные цепи), которые увеличивают вязкость раствора. В отличие от полимеров ВУС не создают кольматационную корку на поверхности горной породы и степень проникновения состава в поры пласта (т.н. leakoff) может быть весьма значительной, что приводит к повышенному расходу композиции и необходимости последующей промывки скважины. Стабильность ВУС ухудшается и эффект leakoff усиливается с ростом температуры.
За последние десятилетия химическая промышленность освоила выпуск оксидных наночастиц с доходящей до 500 м2/г высокоразвитой поверхностью, прочно связывающей различные типы молекул за счет сил Ван-дер-Ваальса и электростатического притяжения. При внесении в раствор ПАВ наночастицы взаимодействуют с мицеллярными цепями, формируя псевдо-сшитые пространственные структуры.
«Сшивка» цилиндрических мицелл наночастицами https://doi.org/10.2118/107728-MS
Изображения наночастиц (a) SiO2, (b) Fe2O3, (c) ZnO и (d) MgO, полученные автоэлектронной сканирующей микроскопией. Единицы масштаба 30-100 нм https://doi.org/10.1016/j.molliq.2021.118241
В недавней работе индийских ученых изучалось влияние наночастиц SiO2, Fe2O3, ZnO и MgO размером 15-50 нм на реологические свойства ВУС – смеси полисорбата и олеата натрия в масле растительного происхождения. Продемонстрировано, что добавка менее 1 г/дм3 оксидов приводит к увеличению вязкости до 3-5 раз, при этом эффект загустения сильнее всего выражен для MgO и Fe2O3 и сохраняется до 100 oC.
Температурная зависимость динамической вязкости ВУС без (w/o nano) и с добавкой 500 ppm оксидных наночастиц https://doi.org/10.1016/j.molliq.2021.118241
Испытания на совместимость модифицированных составов с пластовой водой при комнатной температуре подтвердили возможность использования последней в качестве промывочной жидкости по окончании обработки: при различных соотношениях компонентов смесь остается однородной, а существенно более низкая по сравнению с чистым ВУС вязкость способствует быстрому выносу из пласта.
|
|
|
Совместимость пластовой воды с ВУС, содержащими 500 ppm Fe2O3 (слева) и Zno (справа), в различных объемных соотношениях https://doi.org/10.1016/j.molliq.2021.118241
В другом исследовании специалисты Baker Hughes определяли агрегативную устойчивость 4% промышленного ВУС в солевом растворе плотностью 1557 т/м3 с добавкой 120 кг/м3 пропанта 20/40 без и с 0,077% неорганических наночастиц размером 35 нм. После 10 мин из суспензии без наночастиц осело 90%, а через 15 мин – 100% пропанта, в то время как во второй суспензии весь пропант оставался в объеме даже после 90 мин. Динамическая вязкость пропантной пачки с наночастицами была на порядок выше, чем в отсутствие наночастиц. Измерение водоотдачи и фильтрационные эксперименты при повышенной температуре не выявили снижения проницаемости керна при контакте с нано-ВУС.
(а) (б)
(а) ВУС с пропантом после 90 мин при 27 oC в присутствии (слева) и без наночастиц (справа); (б) динамическая вязкость при низких скоростях сдвига https://doi.org/10.2118/107728-MS
ООО «ТюменьНефтеТехнологии» предлагает загеливатель «ТюмНТ-КСЗГ» для увеличения вязкости кислотного состава при кислотных обработках призабойной зоны скважины и кислотного гидроразрыва пласта. Продукт представляет собой сложную композицию ПАВ в органическом растворителе и добавляется к кислотному составу в концентрации 50-100 дм3/м3 в цехе химизации или полевых условиях. По требованию заказчика лаборатория компании проведет предварительные тесты на совместимость кислотной композиции с пластовым флюидом.
