Нетвердеющий тампонажный состав

 

Изобретение относится к нефте- и газодобывающей промышленности, а именно к тампонажным составам для крепления, ликвидации и консервации скважин, а также к составам для ликвидации поглощающих горизонтов. Техническим результатом предлагаемого состава является получение нетвердеющего упруго-вязкопластичного тампонажного раствора, обладающего высокой стабильностью и пластической прочностью, низкими фильтрационными характеристиками, повышенными изоляционными свойствами и кольматирующим действием, повышение долговечности и экологической надежности крепи скважин в условиях действия температур от 70 до 120°С. Нетвердеющий тампонажный состав содержит, мас.%: латекс 2-5, палыгорскитовый глинопорошок 4,8-10,0, бентонитовый глинопорошок 1,2-4,0 полимерные реагенты-стабилизаторы карбоксиметилцеллюлоза-КМЦ 0,4-1,5, полиакриламид-ПАА 0,0015-0,005, барит 10-60, вода - остальное. 1 табл.

Изобретение относится к области нефте- и газодобывающей промышленности, а именно к тампонажным материалам для крепления, ликвидации и консервации скважин, а также к составам для ликвидации поглощающих горизонтов.

Одной из основных задач при строительстве и эксплуатации скважин является ликвидация межколонных флюидопроявлений и межпластовых перетоков.

Эксплуатация скважин с межколонными флюидопроявлениями сопровождается значительными потерями углеводородного сырья, загрязнением окружающей среды, нарушением экологического равновесия. Кроме того, известно, что наличие негерметичности в обсадной колонне и заколонных перетоков приводит к потере энергии продуктивного пласта и снижению коэффициента извлекаемого флюида.

В сложившихся условиях проблема качественного разобщения пластов является одной из основных и актуальных в области строительства скважин. Одним из направлений разработки тампонажных материалов для крепления, ликвидации и консервации скважин является создание тампонажных композиций на основе природных материалов (преимущественно алюмосиликатов), родственных по своему химическому составу породам, слагающим разрез, вскрываемый скважиной. Чтобы обеспечить надежность и долговечность скважины, заколонное пространство необходимо заполнять непроницаемыми природными материалами, не подвергающимися коррозии, обладающими повышенными деформативными свойствами, необходимой пластичностью, упругостью и вязкостью.

Известен тампонажный раствор для изоляции зон поглощений состоящий из латекса, коагулянта, 10%-ного раствора КМЦ и наполнителя (опила) [1].

Недостатком известного раствора является низкая плотность (1-1,2 г/см³), что ограничивает возможность применения данного раствора при АВГ1Д. Кроме этого, данный состав обладает низкой адгезией к поверхностям, пластической прочностью, изоляционными свойствами.

Известен состав для изоляции зон поглощений при бурении скважин, содержащий латекс, каолиновый (кальциевый) глинопорошок, бентонитовый (натриевый) глинопорошок, воду [2].

Данный состав обладает следующими недостатками: низкой подвижностью, высокой вязкостью, кроме того, большая концентрация латекса способствует появлению большого водоотделения, неоднородности получаемой массы, наличию резиноподобных сгустков в жидкой фазе.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является создание нетвердеющего упруговязкопластичного тампонажного состава, обладающего комплексом требуемых технологических свойств (подвижность, водоотделение, плотность, структурно-механические свойства), в том числе с повышенными изоляционными характеристиками (показателем тампонирующей способности) и кольматирующим действием.

Поставленная задача достигается тем, что тампонажный состав, содержащий латекс, кальциевый глинопорошок, бентонитовый глинопорошок и воду, дополнительно содержит полимерные реагенты-стабилизаторы: карбоксиметилцеллюлоза-КМЦ и полиакриламид-ПАА, барит, а в качестве кальциевого глинопорошка используют палыгорскитовый глинопорошок при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:

Бентонитовый глинопорошок 1,2-4,0

Палыгорскитовый глинопорошок 4,8-10,0

КМЦ 0,4-1,5

ПАА 0,0015-0,005

Латекс 2-5

Барит 10-60

Вода Остальное

При разработке тампонажного состава использовалась способность глинистого материала адсорбировать воду и набухать, получаемая коллоидная система приобретает структуру, вид и прочность которой в конечном итоге и будут определять основные структурно-механические свойства тампонажного состава. Минеральный состав и качество глин оказывают существенное влияние на набухание и, как следствие, начальную подвижность материалов.

Скорость набухания зависит от типа глинистого материала. Использование в качестве исходного материала плохонабухаемых глин (палыгорскитовых) позволяет в некоторой степени снизить скорость структурообразования. Добавка бентонита (натриевого глинопорошка) изменяет свойства всего состава, поэтому были использованы комбинированные глины (бентонит+палыгорскит). Установлено самое оптимальное соотношение кальциевых и натриевых глин, что позволяет регулировать процесс структурообразования, получая на начальной стадии подвижную, прокачиваемую систему, которая впоследствии превращается в вязкоупругий материал с определенными технологическими свойствами.

Установлено, что активным компонентом является ПАА, присутствие его в жидких растворах и гетерогенных системах полимерно-глинистых суспензий меняет все свойства этих систем, придавая им новые свойства: смазочные, удерживающие, изолирующие, ингибирующие. В водных растворах и полимерно-глинистых суспензиях происходит деформация связей в функциональных группах и усиление (двойных) свободных связей в углеводородном скелете. Этот является причиной того, что происходит “сшивка” ПАА и КМЦ и, как следствие, - синергетическое увеличение вязкости этих растворов происходит по углеводородным цепям.

Использование в качестве регулятора плотности барита позволяет получать тампонажные растворы с плотностью 1,15-2,0 г/см³.

Введение латекса придает тампонажному раствору упругие свойства и повышает его устойчивость во времени. Латексы хорошо и равномерно распределяются в объеме раствора при перемешивании, дополнительно стабилизируют коллоидную фазу.

Раствор готовят следующим образом: берут требуемое количество бентонитового и палыгорскитового глинопорошков и смешивают их в сухом виде, затем в расчетное количество воды добавляют смесь глинопорошков и перемешивают до образования однородной глинистой суспензии. В полученный раствор вводят необходимое количество полимеров в сухом виде и перемешивают. При постоянном перемешивании добавляют латекс, затем барит. Полученный состав перемешивают в лабораторной мешалке до однородного состояния. Общее время приготовления раствора 20-30 минут.

Примеры приготовления заявляемого состава.

Пример 1. Берут 257,95 г воды и добавляют 24 г палыгорскитового глинопорошка и 6 г бентонитового глинопорошка и перемешивают до образования однородной глинистой суспензии. В полученный раствор вводят смесь полимеров - 2,0 г КМЦ и 0,025 г ПАА. При постоянном перемешивании добавляют 10 г латекса, а затем 200 г барита. Полученный состав перемешивают в лабораторной мешалке до однородного состояния (Состав 1).

Пример 2. Берут 179,95 г воды и добавляют 37 г палыгорскитового глинопорошка и 13 г бентонитового глинопорошка. Перемешивают данный состав 5-7 минут до получения однородной глинистой суспензии. Затем вводят в сухом виде смесь полимеров - 5,0 г КМЦ и 0,015 г ПАА. При постоянном перемешивании добавляют 15 г латекса, после него 250 г барита. Данный состав перемешивают в лабораторной мешалке до однородного состояния в течение 20-30 минут.

Пример 3. Берут 199,95 г воды и добавляют 28 г палыгорскитового и 7 г бентонитового глинопорошка. Перемешивают состав в течение 5-7 минут до получения однородной глинистой суспензии. В полученный состав вводят смесь полимеров - 2,5 г КМЦ и 0,025 г ПАА. Смесь полимеров готовят в сухом виде. При постоянном перемешивании добавляют 12,5 г латекса, а затем 250 г барита. Все ингредиенты перемешивают в течение 20-30 минут до однородного состояния. После этого замеряют все технологические параметры полученного состава.

Содержание ингредиентов подобрано на основании лабораторных исследований и регулируются исходя из обеспечения требуемых технологических параметров, данные которых приведены в таблице.

Концентрация глины подбирается исходя из обеспечения начальной подвижности и образования достаточно прочной пространственной структуры непосредственно в заколонном пространстве. При содержании глинопорошка до 5,6% получаем малоконцентрированную суспензию с большой растекаемостью (>25 см), которая при дальнейшей гидратации глинопорошка не позволяет получить изоляционный материал достаточными структурно-механическими свойствами. Наоборот, большая концентрация глинопорошка уже на стадии приготовления приводит к образованию раствора с недостаточной подвижностью и, как следствие, плохой прокачиваемостью.

Оптимальная концентрация латекса 2-5%. Увеличение более 5% - снижает начальное СНС, при длительном хранении наблюдается отделение латекса по всему объему, что ухудшает изоляционные свойства состава. Малая добавка (менее 2%) не является структурообразующей для растворов.

Концентрация утяжелителя (барита) выбирается исходя из требуемой плотности и нормирования седиментации. Введением от 10-60% барита позволяет регулировать плотность тампонажного материала от 1,15 до 1,90 г/см³ соответственно. Дальнейшее увеличение барита позволяет получить раствор более высокой плотности до 2,0 г/см³, но при этом сильно уменьшается растекаемость. Раствор становится непрокачиваемым, кроме того, приготовление растворов с повышенной плотностью затруднено непосредственно на буровой. Введение барита менее 10% не позволяет получить нетвердеющий тампонажный материал с необходимыми изолирующими характеристиками.

Разработанный нетвердеющий тампонажный состав обладает комплексом положительных технологических свойств:

- высокой стабильностью в интервале температур 20-120°С;

- низкими фильтрационными характеристиками;

- регулируемой плотностью;

- высоким коэффициентом тампонирующей способности;

- достаточной пластической прочностью;

- высокой адгезией с вмещающей средой.

Источники информации

1. Авторское свидетельство СССР № 595489, кл. Е 21 В 33/138, 1978.

2. Авторское свидетельство СССР № 1239271, кл. Е 21 В 33/138, 1986. - прототип.

Формула изобретения

Нетвердеющий тампонажный состав, содержащий латекс, кальциевый глинопорошок, бентонитовый глинопорошок и воду, отличающийся тем, что дополнительно содержит полимерные реагенты-стабилизаторы карбоксиметилцеллюлозу-КМЦ и полиакриламид-ПАА, барит, а в качестве кальциевого глинопорошка используют палыгорскитовый глинопорошок при следующем соотношении ингредиентов, мас. %:

Бентонитовый глинопорошок 1,2 - 4,0

Палыгорскитовый глинопорошок 4,8 - 10,0

КМЦ 0,4 - 1,5

ПАА 0,0015 - 0,005

Латекс 2 - 5

Барит 10 - 60

Вода Остальное