Пенообразующий состав для проведения ремонтных работ в скважине

 

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к пенообразующим составам, и может быть использовано при проведении ремонтных работ в скважине в качестве жидкости для глушения скважин. Повышение устойчивости состава к действию жидких углеводородов достигается путем растворения (2,0 - 3,0 мас.%) бентонита в воде для набухания. Затем при перемешивании добавляют, мас.% : триэтаноламиновая соль алкилсульфатов 2,0 - 4,0, 16% -ный раствор гипана ( ρ=1080 кг/м³ ) 3,0 - 4,0, гидроксид алюминия 0,2 - 0,4. Образующуюся смесь доводят до 100 мас.%, приливая воду.

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к пенообразующим составам, и может быть использовано при проведении ремонтных работ в скважине в качестве жидкости для глушения скважин.

Известен пенообразующий состав, содержащий следующие компоненты, мас. Пенообразователь (сульфонол) 1,5 Стабилизатор (КМЦ) 1 Бентонит 20 Вода остальное Амиян В. А. и др. Вскрытие и освоение нефтегазовых пластов. М. Недра, 1980, с. 114-119, 310-316).

Недостаток состава неустойчивость к действию углеводородов, обусловленная строением пленки, окружающей пузырек воздуха, а именно неустойчивостью структурных адсорбционных слоев, в которых отсутствуют выраженные силы электростатического притяжения. Слои состоят из водорастворимых анионных групп КМЦ (анионного полимера) [(С₆Н₉O₄)OCH₂COO]^-, анионов SO₃^2- сульфонола и частиц глины, несущих отрицательный заряд. Кроме того, высокая концентрация бентонита при проведении длительных ремонтных работ и при возможности разрушения пены на забое скважины приводит к закупорке поровых каналов пласта мелкодисперсными частицами бентонита.

За прототип изобретения принят пенообразующий состав, содержащий следующие компоненты, мас. Бентонит 1-3 Пенообразователь (например сульфонол) 1-3 Полиакриламид 0,5-0,7 Конденсированная сульфитспиртовая барда (КССБ-4) 5-3 Вода остальное Недостаток состава неустойчивость к действию углеводородов, обусловленная строением пленки, а именно неустойчивостью структурных адсорбционных слоев, не обеспечивающих полное электростатическое связывание анионов SO₃^2- сульфонола и КССБ (анионное ПАВ), а также частиц глины, причем равновесие системы в данном случае осуществляется за счет диполей воды. При контакте с тяжелыми радикалами углеводородов (нефть, газовый конденсат) наблюдают быстрое (в течение 2-3 с) разрушение пленки, слагающей пузырьки воздуха, т. е. активное пеногашение.

Цель изобретения повышение устойчивости состава к действию жидких углеводородов.

Поставленная цель достигается пенообразующим составом, включающим бентонит, водорастворимый полимер акрилового ряда, анионогенное поверхностно-активное вещество (ПАВ) и воду, который дополнительно содержит гидроксид алюминия, а в качестве полимера гидролизованный полиакрилонитрил (гипан), в качестве анионогенного ПАВ триэтаноламиновую соль алкилсульфатов с длиной алкильной цепи 7-12 углеродных атомов (ТЭАС) при следующем соотношении компонентов, мас. Бентонит 2,0-3,0 Гипан 3-4 ТЭАС 2,0-4,0 Гидроксид алюминия 0,2-0,5 Вода Остальное Бентонит используют по ОСТ 39-202-85 на глины различных марок. Авторами использовались глины следующих марок: ПББ (основной минерал монтмориллонит), ППГ (основной минерал палыгорскит), ПКГД (основной минерал каолинитогидрослюда). Действие указанных марок глин в пенообразующем составе идентичное.

Гипан используют по ТУ 6-01-166-74. Получают его гидролизом полиакрилонитрила в щелочной среде при ≈ 100^оС. Представляет собой высоковязкую жидкость 10-20%-ной концентрации.

Общая формула: CH₂---- Основная цепь полимера содержит ≈ 63-80% карбоксильных (-СOО-), 10-27% амидных (-COONH₂) и 1-10% нитрильных (-CN) групп. Является высокомолекулярным катионным соединением.

ТЭАС используют по ТУ 38-407350-86. Представляет собой однородную текучую жидкость без посторонних механических примесей полностью при 20^оС 1000-1200 кг/м³, c кинематической вязкостью при 20^оС не более 60 ^. 10^-3 м²/с, с температурой замерзания не ниже (-8) С^о, не взрывоопасна, не горюча, не токсична. Общая формула: С_nН_2n+1OSO₃NH(C₂H₄OH)₃, где n 7-12. Является анионогенным ПАВ.

Гидроксид алюминия (гидраргиллит, гиббсит) используют по ГОСТ 11841-76. Представляет собой моноклинные кристаллы белого цвета, практически не растворимые в воде.

При перемешивании состава происходит образование 3-фазной пенной системы. Ориентацию молекул в пленке, окружающей пузырек воздуха, образованной структурными адсорбционными слоями, можно представить следующим образом. Молекулы ТЭАС ориентируются водорастворимой анионной частью к диполям воды пузырька воздуха, а нерастворимой углеводородным радикалом к воздушной части его.

ТЭАС, имеющее прямолинейные углеводородные радикалы, имеет преимущества по отношению к ПАВ, содержащим в структуре циклические радикалы, т. к. обладает значительной стабилизирующей способностью по отношению к дисперсным системам и наиболее выраженным эффектом снижения поверхностного натяжения.

Молекулы гипана также ориентируются катионной водорастворимой частью (функциональными группами) к диполям воды пузырька воздуха, а нерастворимой углеводородным радикалом к воздушной части его.

Частицы бентонита, имеющие отрицательный заряд на поверхности, также адсорбируются на катионах гипана.

Между разноименными частицами возникают силы электростатического притяжения. Кроме того, в щелочной среде происходит частичное взаимодействие гипана с ТЭАС, сопровождающееся разрывом cвязей С≡ N у гипана и образованием выcокомолекулярных соединений с разветвленной структурой с неодинаково ориентированными свободными концами, удерживающими значительное количество воды за счет ван-дер-ваальсовых сил.

Агрегаты молекул нерастворимого гидроксида алюминия солюбилизируют внутрь глобул катионактивных молекул гипана, также значительно упрочняя структурные адсорбционные ряды.

Вышеописанные процессы построения многослойных разветвленных адсорбционных слоев стенки пузырька воздуха позволяют повысить устойчивость трехфазных пенных систем к действию углеводородов с тяжелыми радикалами.

Известен состав для разделения потоков жидкостей, содержащих ТЭАС в смеси с хромокалиевыми квасцами, с целью повышения его разделяющей способности в каналах сложной геосимметрии при одновременном понижении его плотности до 700-900 кг/м³ (а. с. N 1690434, кл. Е 21 В 33/138, 1989).

Известен состав для временной закупорки продуктивных пропластков, содержащий полиакриламид, минерализованную воду с метанолом и гидроокись алюминия с целью повышения эффективности технологии временной закупорки за счет восстановления проницаемости (а. с. N 1279294, кл. Е 21 В 33/138, 1985).

Известен состав тампонажного раствора, содержащий гидроксид алюминия в смеси с алюминатом натрия, с целью повышения прочности при сохранении сроков схватывания (а. с. N 1728474, кл. Е 21 В 33/138, 1990).

Известен состав инвертного эмульсионного бурового раствора, с целью повышения термостабильности до 150^оС, в качестве внутренней фазы содержащий 5-10% -ный раствор гидроокиси алюминия (а. с. N 709662, кл. С 09 К 7/02, 1977).

Известен гуматный реагент для обработки буровых растворов, содержащий гидроокись алюминия, с целью улучшения качества реагента за счет повышения его ингибирующего действия на буровые растворы (а. с. N 1046271, кл. С 09 К 7/02, 1982).

Использование ТЭАС и гидроксида алюминия по заявляемой цели не выявлено по имеющимся источникам известности.

Заявляемое изобретение имеет изобретательский уровень, т. к. оно явным образом не следует из уровня техники.

П р и м е р 1. Предварительно растворяют 200 г (2,0 мас.) бентонита в 3 л воды и оставляют на сутки для набухания. Далее при перемешивании на мешалке добавляют ТЭАС в количестве 200 г (2,0 мас.), затем 1736 мл 16%-ного раствора гипана ( ρ 1080 кг/м³), что составляет 300 г в пересчете на сухое вещество или 3,0 мас. и 20 г (0,2 мас.) гидроксида алюминия. Образующуюся смесь доводят до 100 мас. приливая 4,705 л воды (92,8 мас.).

Для проведения испытаний образующуюся пенную систему разбавляют 2,5 л газоконденсата. Кратность пены составляет 3,0, устойчивость 15640 с/см³.

П р и м е р 2. Проводят все операции так, как в примере 1, но образующуюся пенную систему разбавляют 2,5 л нефти. Кратность пены 2,7, устойчивость 15638 с/см³.

П р и м е р 3. Готовят пенную систему следующего состава, г/мас. Бентонит 300/3,0 Гипан 400/4,0 (или 2315 мл, или 2500 г 16%-ного раствора гипана, в котором содер- жится 2100 мл воды) ТЭАС 400/4,0 Гидрооксид алюминия 50/0,5 Вода 8850/88,5 (систему доводят до 100% приливая 3,750 л воды).

Проводят все операции так, как в примере 1, систему разбавляют 2,5 л газоконденсата. Кратность пены 3,5, устойчивость 16139 с/см³.

П р и м е р 4. Проводят все операции так, как в примере 3, но образующуюся пенную систему разбавляют 2,5 л нефти. Кратность пены 2,0, устойчивость 16143 с/см³.

П р и м е р 5. Готовят пенную систему следующего состава, г/мас. Бентонит 250/2,5 Гипан 350/3,5 (или 2026 мл, или 2188 г 16%-ного раствора гипана, в котором содержится 1838 мл воды) ТЭАС 300/3,0 Гидрооксид алюминия 30/0,3 Вода 9070/90,7 (систему доводят до 100% приливая 4,232 л воды)
Проводят все операции так, как в примере 1, систему разбавляют 2,5 л газоконденсата. Кратность пены 3,5, устойчивость 15892 с/см³.

П р и м е р 6. Проводят все операции так, как в примере 5, но образующуюся пенную систему разбавляют 2,5 л нефти. Кратность пены 3,1, устойчивость 15884 м/см³.

П р и м е р 7. Готовят пенную систему следующего состава, г/мас% Бентонит 190/1,9 Гипан 250/2,5 (или 1446 мл, или 1562 г 16%-ного раствора гипана,
в котором содержится
1312 мл воды) ТЭАС 190/1,9 Гидрооксид алюминия 10/0,1 Вода 9360/93,6 (cистему доводят до 100% приливая 5,048 л воды)
Проводят все операции так, как в примере 1, систему разбавляют 2,5 л газоконденсата. Кратность пены 2,6, устойчивость 10000 с/см³.

П р и м е р 8. Проводят все операции так, как в примере 7, но образующуюся пенную систему разбавляют 2,5 л нефти. Кратность пены 2,2, устойчивость 9854 с/см³.

П р и м е р 9. Готовят пенную систему следующего состава, г/мас% Бентонит 310/3,1 Гипан 410/4,1 (или 2372 мл, или 2562 г 16%-ного раствора гипана,
в котором содержится
2242 мл воды) ТЭАС 410/4,1 Гидрооксид алюминия 60/0,6 Вода 8810/88,1 (систему доводят до 100% приливая 3,568 л воды)
Проводят все операции так, как в примере 1, систему разбавляют 2,5 л газоконденсата. Кратность пены 3,5, устойчивость 16130 с/см³.

П р и м е р 10. Проводят все операции так, как в примере 9, но образующуюся пенную систему разбавляют 2,5 л нефти. Кратность пены 2,8, устойчивость 16143 с/см³.

Содержание в пенообразующем составе, мас. бентонит менее 2,0, гипан менее 3,0, ТЭАС менее 2,0, гидрооксид алюминия менее 0,2 нецелесообразно, т. к. не способствует упрочнению структурных адсорбционных слоев пленки воздушного пузырька пенных систем.

Содержание в пенообразующем cоcтаве, мас. бентонит более 3,0, гипан более 4,0, ТЭАС более 4,0, гидрооксид алюминия более 0,5 экономически нецелесообразно, т. к. не способствует улучшению физико-технологических показателей пенных систем.

По сравнению с прототипом применение заявляемого пенообразующего состава обеспечивает проведение комплекса ремонтных работ в нефтяных и газоконденсатных скважинах без осложнений.

Формула изобретения

ПЕНООБРАЗУЮЩИЙ СОСТАВ ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ РЕМОНТНЫХ РАБОТ В СКВАЖИНЕ, включающий бентонит, водорастворимый полимер акрилового ряда, анионогенное поверхностно-активное вещество (ПАВ) и воду, отличающийся тем, что, с целью повышения устойчивости состава к действию жидких углеводородов, он дополнительно содержит гидроксид алюминия, в качестве водорастворимого полимера гидролизованный полиакрилонитрил (гипан), а в качестве анионогенного ПАВ триэтаноламиновую соль алкилсульфатов при следующем соотношении компонентов, мас.

Бентонит 2,0 3,0
Гипан 3,0 4,0
Триэтаноламиновая соль алкилсульфатов 2,0 4,0
Гидроксид алюминия 0,2 0,5
Вода Остальное