Способ разобщения пластов в скважине и вязкоупругий состав
Изобретение относится к области крепления скважин и предназначено для прУцесса цементирования обсадных колонн и для установки цементных мостов. Цель изобретения - получение герметичной крепи, предотвращающей флюидоперетоки в зацементированном затрубном пространстве. Способ включает , последовательную закачку твердеющего тампонажного материала с нетвердеющим. Нетвердеющий материал располагают против непроницаемых пластов. В качестве нетвердеющего материала используют термодинамически устойчивый вязкоупругий состав. Его аэрируют со степенью аэрирования 20-60. Вязкоупругий состав выполнен на основе водных растворов соли трехвалентного хрома (СТХ) и полиакриламида, смешанных в соотношениях 1:5- 30. Соотношение ингредиентов з составе следукицее, мас.%: полиакриламид 0,8-10,0; СТХ О,03-1,о; вода - остальное . Использование в качестве гелеобразователя СТХ обеспечивает термодинамическую устойчивость состава . При установке цементного моста часть состава располагается внутри моста, а часть - под ним. Это предотвращает гравитационное перемещение цементного раствора с заданного интервала . В случае образования флюидопроводящих каналов и перепада давлений состав деформируется и самоуплотняется , предотвращая флюидоперетоки . 2 с. и 2 з.п. фт-лы, 3 ил, 3 табл. (О СЛ г СО со О5
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК
aD 4 E 21 В 33/138
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3660590/22-03 (22) 05.11.83 (46) 07.04.87. Бюл. 9 13 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт по креплению скважин и буровым растворам (72) А.К.Куксов, Г.Н.Льппко, О.Н.Иироненко, В.И.Мыценко и P.Ô.Óõàíîâ (53) 622.245.42(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР
1040116, кл. E 21 В 33/13, 1984. (54) СПОСОБ РАЗОБЦЕНИЯ ПЛАСТОВ В
СКВАЖИНЕ И ВЯЗКОУПРУГИЙ СОСТАВ (57) Изобретение относится к области крепления скважин и предназначено для прОцесса цементирования обсадных .колонн и для установки цементных мостов. Цель изобретения — получение герметичной крепи, предотвращающей флюидоперетоки в зацементированном затрубном пространстве. Способ включает. последовательную закачку твердеющего тампонажного материала с нетвердеющим. Нетвердеющий материал
„.SU 1301961 А 1 располагают против непроницаемых пластов ° В качестве нетвердеющего материала используют термодинамически устойчивый вязкоупругий состав.
Его аэрируют со степенью аэрирования
20-60. Вязкоупругий состав выполнен на основе водных растворов соли трехвалентного хрома (СТХ) и полиакриламида, смешанных в соотношениях 1:530. Соотношение ингредиентов в составе следующее, мас.7.: полиакриламид
О, 8-10, О; СТХ О, 03-1, О, вода — остальное. Использование в качестве гелеобразователя СТХ обеспечивает термодинамическую устойчивость сос- д тана. При установке цементного моста часть состава располагается внутри моста, а часть — под ним. Это предотвращает гравитационное перемещение ( цементного раствора с заданного интервала. В случае образования флюидопроводящих каналов и перепада давлений состав деформируется и самоуплотняется, предотвращая флюидоперетоки. 2 с. и 2 з.п. ф-.лы, 3 ил, 3 табл.
130196
Изобретение относится к креплению скважин, а именно к процессу цементирования обсадных колонн и установ ке цементных мостов.
Цель изобретения — получение герметичной крепи, предотвращающей флюидоперетоки в зацементированном затрубном, пространстве, и обеспечение термодинамической устойчивости вязкоупругого состава. 10
На фиг. 1 приведен пример использования нетвердеющего состава для герметизации определенных участков при установке цементного моста, на фиг. 2 — то же, при цементировании 15 затрубного пространства (а — нетвердеющий состав, б — непроницаемые пласты; в — флюидосодержащие пласты, r — цементный камень; д — промывочная жидкость); на фиг, 3 — схема ра- 20. бочей камеры экспериментальной установки, на которой испытывают предлагаемый способ разобщения пластов.
Камера содержит цилиндрический корпус 1, крышку 2, входной 3 и вы25 ходной 4 патрубки, 5 и 6 — краны, втулку 7, иммитирующую обсадную колонну, порции тампонажного раствора-камня 8 и 9, пленка глинистого раствора 10, ВУС 11, дно 12. 30
Пример. В процессе закачки цементного раствора в скважину (как при цементировании обсадных колонн, так и при установке цементных мостов) между отдельными порциями цемента 35 закачивают порцию вязкоупругой жидкости (табл. 1 п.2), причем этот состав оказывается внутри столба цементного раствора и место его расположения выбирается так, чтобы он оказался 40 против непроницаемого пласта, разделяющего разнонапорные на участке с центрированной колонной. При установке цементного моста часть состава располагается внутри моста, а часть — 45 под ним (фиг. 1). Последнее также предотвращает гравитационное перемещение цементного раствора с заданного интервала. После затвердевания цементного раствора, в случае образо-50 вания флюидопроводящих каналов и перепада давлений, состав деформируется и самоуплотняется, предотвращая флюидоперетоки. В случае образования каналов, например > жду тампон ажным к ам.55 нем и стенками обсадных труб или стенками обсадных труб и стенками скважины, давление флюидов в которых не может быть больше пластового, возникает
1 2 перепад давлений, направленный от состава в канал. Под действием этого перепада давлений состав расширяется в канал и за счет своих вязкоупругих сил кольматирует его, предотвращая флюидоперетоки.
Лабораторные испытания способа проводят на приборе, схема рабочей камеры которого изображена на фиг. 3, На внутренние поверхности корпуса и дна камеры наносят пленку необработанного глинистого раствора. Загем в камеру между двумя порциями раствора портландцемента помещают вяэкоупругий состав. В одних случаях его предварительно газируют, в других нет. Массы вязкоупругих составов, как и порций цементного раствора, во всех случаях берут одинаковыми. Затвердение цементного раствора происходит в течение 24 ч при давлении 4 кг/см без подпитки водой. Затем давление сбрасывают и определяют герметичность системы. Для этого через нее продавливают воду. В случае, когда нетвердеющий состав не аэрирован, система оказывается негерметичной из-за образовавшихся в глинистой пленке трещин и неспособности состава закупорить их. Вода проникает по трещинам по всей длине камеры при давлении 0—
О, 1 кг/см . Когда же аэрируют нетвердеющий состав, вода проникает через систему при давлениях, превышающих
4 кг/см, несмотря на аналогичные трещинообразования в глинистой пленке.
В качестве нетвердеющего тампонажного материала используют термодинамически устойчивый вязкоупругий состав на основе водных растворов соли трехвалентного хрома и полиакриламида, смешанных в соотношениях 1:5-30.
В табл. 1 приведены термодинамически устойчивые вязкоупругие составы и их свойства.
Так, для получения состава 1 смешали 1000 мл Дзержинсксго ПАА с условной вязкостью 220 с по СПВ-5 и
20 мл 10Х-ного раствора. Cr (БО„ )
Смесь перемешали на механической мешалке с турбинкой, в результате чего ее объем за счет газирования увеличился на 50 мл. Через 5 мин раствор приобрел вязкоупругие свойства и был оставлен на хранение в герметично закрытом эксикаторе. Через
4, 8, 12 и 16 мес. определяли водоотцеление. Для получения состава 6 этот состав газировали сильнее, увег 301 личивая интенсивность перемешивания.
Для получения состава 7 взяты 1000 мл
0,82Х-ного японского полиакриламида
СПД-20 и смешаны с 15 мл 207-ного раствора сернокислого хрома. 5
Результаты приведены в табл. 1 и свидетельствуют,что предлагаемая рецептура ВУС обладает очень малым водоотделением в течение длительного времени и отсутствием синерезиса и, следова- 1О тельно, термодинамически стабильна.
Температурный интервал применения о состава 0-100 С. Нижний предел обусловлен температурой замерзания состава, верхний — температурой, при ко-15 торой происходит снижение упругих свойств состава приблизительно в два раза по сравнению с их значениями при 20 С. Об упругих свойствах можно судить по величине нормальных 20 напряжений б,, представленных в табл.2 н (номера составов и содержание ингредиентов соответствует табл, 1).
Проведены опыты по изучению герметичности системы, включающей сжатый аэрированный ВУС, помещенный в замкнутую полость. Последняя соединена с каналами.
Результаты исследований изолирую- 30 щей способности различных термодинамически устойчивых вязкоупругих составов (согласно табл. 1) приведены в табл. 3.
Согласно приведенным примерам 35 о (табл. 3) положительный эффект возрастает при увеличении гаэосодержания в составе от 5 до 30 об.X. Учитывая, что предлагаемый способ наиболее целесообразно применять в 40 скважинах глубиной до 2000 м, для обеспечения в скважине указанного газоосдержания на поверхности состав необходимо газировать со степенью газирования от 10 до 60. 45
Из данных табл. 1-3 следует, что известный состав в предлагаемом способе использовать нельзя, так как он термодинамически неустойчив и через несколько часов после цементиро- 50 вания саморазрушается (табл. 1) и. не может препятствовать флюидоперетоку (табл. М, а его структурно-механические характеристики недостаточны даже для того, чтобы препятство- 55
961 4 вать всплытию пузырьк-..в, л;а. не говоря уже о сдерживании перепадов давлений, поскольку минимальная разрывная прочность ВУСов, при которой не происходит всплытие пузырьков газа диаметром до 10 мм, составляет около 0,8 кПа.
Пример приготовления ВУС. В 1 м технической воды растворяют IIAA в количестве 300 кг до получения раствора с условной вязкостью по
СПВ-5 180-200 с. В раствор вводят азотнокислый хром в виде 20Х-ного раствора в объеме 5 л и перемешивают.
Производят закачку состава в скважину после первой порции цементного раствора с одновременной аэрацией.
Формула изобретения
1. Способ разобщения пластов в скважине, включающий последовательную закачку твердеющего тампонажного материала с нетвердеющим, о т— л и ч а ю шийся тем, что, с целью получения герметичной крепи, предотвращающей флюидоперетоки в зацементированном затрубном пространстве, нетвердеющий тампонажный м териал располагают против непроницае,мых пластов, причем в качестве нетвердеющего материала используют термодинамически устойчивый вязкоупругий состав.
2. Способ по п. 1, о т л и ч аю шийся тем, что термодинамически устойчивый вязкоупругий состав аэрируют со степенью аэрирования
20-60 °
3. Вязкоупругий состав, включающий полиакриламид, гелеобразователь и воду, отличающийся тем, что, с целью обеспечения его термодинамической устойчивости, в качестве гелеобразователя используют соль трехвалентного хрома при следующем соотношении ингредиентов, мас.X:
Полиакриламид О, 8-10, 0
Соль трехвалентного хрома 0,03-1,0
Вода Остальное
4. Состав по и. 3, о т л и ч аю шийся тем, что на 1 мас.ч. соли трехвалентного хрома он содержит от 5 до 30 мас.ч. полиакриламида.
1301961
Таблица 1
g_#_ кИа одоотделение, Ж через
Содержание ингредиентов мас.7
Состав
12 16 мес ° мес.
ПАА Cr (ЯО„) Cr (NO ) мес. ес.
10:1
0,2
1,3
1,0
0,2
5:1
0,1
30:1
0,9
30:1 0,9
0 0
0,05
5 (известный) 0 5 75 75 75 75
0,5
2 0,2
0,8 0,4
10 1,0
0,5
10: 1
20:1
10:1
9 (известный) 1:0,7 0,7
75 75
75
0,7
10 (известный) 1:10 0,6 75 75 75 75
2 20 х
Разрывное напряжение, определенное на разрывной машине через 2 ч после смешения компонентов — минимальное время, необходимое для перемешивания, закачки и доставки реакционной. смеси в скважину.
Таблица 2
Состав
1,6 1,1 0,9 0,8 0,6 1,6 0,6 !, 1,7
100
e„, кПа, при температуре, ОС.
0 0 0
0 0 2
0 0 0
15. 0 0
0,9 0 0
2,6 0 0
1301961
Состав
30 50
50
0,1
60
100
100
100
100
100
100
100
100
100
50
10
100
100
100
100
100
60
25
50
100
О.
20
40
10
100
100
100
33
100
50
50
100
100
100
80
20
100 гоо
100
75
75 хх
100
100
t00
20 хх
Общее газосодержание при давлении
Таблица 3
Номер опытов с положительным результатом, в которых геретичность сохранилась через, сут
1301961
Продолжение табл.3
Состав
Общее газосодержание при давлении
Помер опытов с положительным результатом, в которых герметичность сохранилась через, сут
20
10
10
20 х — известный состав, содержащий, мас.Х"., ПАА 2,6, (NH ) Cr О 0,4; Na S O 0,4; барит 5,2;
NH>OH О, 1 и вода 91, 3. хх — известный состав, содержащий, мас.%: ПАА 5,0, Иа СгО О, 8, Na Б 1,2, барит 12,9; НС! 0,1, вода 80.
1301961
Составитель В. Борискина
Техред М.Моргентал Корректор М.Шароши
Редактор Н.Марголина
Тираж 533
ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 Заказ 1197/32
Подписное
Производственно-полиграфическое предприятие, г.ужгород, ул.Проектная, 4
