Способ ликвидации негерметичности обсадной колонны

 

Изобретение относится к нефтегазодобывающей пром-сти и м.б. использовано при проведении работ по уплотнению обсадной колонны. Цель - повышение эффективности уплотнения негерметичности колонны газовой скважины за счет повышения адгезионной прочности изолирующего слоя. В затрубное пространство одновременно или последовательно закачивают суспензию глинопорошка в водном растворе омыленного таллового пека и водного раствора хлорида кальция. В последний дополнительно вводят уксусную кислоту в кол-ве от 2 до 3% от массы раствора хлорида кальция. Омыленный таловый пек представляет собой отход производства целлюлозно-бумажной пром-сти. Увеличение адгезионного агента позволяет существенно повысить надежность и долговечность уплотнения негерметичности обсадной колонны скважин, снизить кол-во повторных изоляционных работ на скважинах с дефектом обсадной колонны. 4 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (si>s Е 21 В 33/00, 33/138

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4712340/03 (22) 29.06.89 (46) 07.07.91. Бюл. ¹ 25 (71) Уфимский нефтяной институт (72) M.Ô.Êàðèìoâ, А.Г.Латыпов,M.M.Харисов, P.Р,Ибрагимов, В.И.Пауль, С,С.Исмагилов, Д.З.Круглов и А.А.Баранов (53) 622.245 (088.8) (56) Киселев А.И. Способы и материалы для герметизации и восстановления герметичности соединения узлов обсадных колонн.

Обзорная информация. Сер. Бурение. — М.:

ВНИИОЭНГ, 1987.

Авторское свидетельство СССР

N 1232783, кл. Е 21 В 33/138, 1986. (54) СПОСОБ ЛИКВИДАЦИИ НЕГЕРМЕТИЧНОСТИ ОБСАДНОЙ КОЛОННЫ (57) Изобретение относится к нефтегезодобывающей пром-ти и м.б, использовано при проведении работ по уплотнению обсадной

Изобретение относится к нефтегазодо: бывающей промышленности, в частности, может быть использовано при проведении работ по уплотнению негерметичности обсадной колонны скважин.

Целью изобретения является повышение эффективности уплотнения негерметичности обсадной колонны газовой скважины за счет повышения адгезионной прочности изолирующего слоя.

Способ ликвидацими негерметичности обсадной колонны включает последовательное или одновременное закачивание в эако,лонное пространство суспензии глинопорошка в водном растворе омылен„„5U„„166136Q Al колонны. Цель — повышение эффективности уплотнения негерметичности колонны газовой скважины за счет повышения адгезионной прочности изолирующего слоя. В затрубное пространство одновременно или последовательно закачивают суспензию глинопорошка в водном растворе омыленного таллового пека и водного раствора хлорида кальция. В последний дополнительно вводят уксусную кислоту в кол-ве 2 — 3% от массы раствора хлорида кальция. Омыленйый талловый пек представляет собой отход производства целлюлозно-бумажной промсти, Увеличение адгезионного агента позволяет существенно повысить надежность и долговечность уплотнения негерметичности обсадной колонны скважин, снизить кол-во повторных изоляционных работ на скважинах с дефектом обсадной колонны.

4 табл. ного таллового пека и водного раствора хпорида кальция, причем в водный раствор хлорида кальция предварительно вводят уксусную кислоту в количестве 2 — 3 g, от массы водного раствора хлорида кальция.

Омыленный талловый пек (ОТП) представляет собой отход производства целлюлозно-бумажной промышленности и имеет следуюбщий химический состав (табл. 1 ).

ОТП в нормальных условиях представляет собой продукт твердой консистенции с удельным весом 950 — 1000 кг/м, температура размягчения составляет 75 С, нетокси-. чен, удобен в транспортировке.

1661360

При взаимодействии водного раствора !

ОТП с электролитом, содержащим двухвалентные катионы кальция и ионы хлора, происходит образование гелеобразной массы, обладающей вяжущими свойствами, что и определяет использование этого материала для уплотнения колонны, Высокая механическая прочность образовавшегося геля ! объясняется сильными молекулярными взаимодействиями между скоагулированными ,,частицами ОТП благодаря присутствию в

, них парафинов и окисленных углеводородов.

Благодаря наличию в составе ОТП омыленных жирных кислот CnHzn+1COONa, характеризующихся высокой поверхностной активностью, растворение ОТП в пресной, воде при приготовлении гелеобразующего, агента происходит практически самопроизвольно. При этом омыленные жирные кисло ты диссоциируют в пресной воде по схеме

CnH2nt1COONB + Йа + CnH2n+)COO, образуя агрегаты (мицеллы), в которых ионогенные, сильно полярные группировки (СОО ) обращены наружу в водную среду, а углеводородная часть (СпН2 +1) направлена вовнутрь мицеллы.

Строение мицеллы коллоидного раствора имеет вид

COO

СОО где 0 — полярная группа СОО:

С вЂ” —.! — углеводородный родиков.

Углеводороды парафинового ряда (CnHzn+z) и окисленные (CnHzn+10H) солюбилизируются и располагаются внутри мицеллы,. Совокупность таких мицелл в пресной воде представляет собой коллоидный раствор, обладающий агрегатной устойчивостью благодаря стабилизирующему действию поверхностно- активных группировок СОО. Химическая структура таких коллоидных растворов ОТП подтверждена исследованиями спектров ядерного магнитного резонанса (ЯМР) на приборе "Тесла В

S — 497".

При контакте коллоидного раствора

ОТП с электролитом (водным раствором хло5 рида кальция), содержащим катионы кальция и ионы хлора. происходит изменение строения мицелл благодаря связыванию сильно полярных группировок (COO) в мицелле с катионами Са по схеме

C.„H,„„СОО + Со —

0 с.н „с

Q с

Сп 4и+I С о О

20

При этом образуются кристаллы труднорастворимых в воде соединений кальция, которые определяют в дальнейшем адгези25 онную прочность образуемого геля, На поверхности этих кристаллов возникает двойной электрический слой, образующийся благодаря адсорбции на поверхнос ти катионов и диффузии распре30 деленных около них анионов CI, В результате образуются мицеллы дисперсной системы вида (m (CnH2n+ICOO)2Ca 2(п-x)CI )2" 2xCI, 35 где и — число потенциалоопределяющих

Ионов;

x — число противоионов в диффузной части слоя;

40 m — количество молекул (СпН2п+ СООН)2Сасодержащихся в агрегате мицеллы.

Поскольку в водном растворе хлорида кальция ионов хлора больше, чем катионов

45 Са, то происходит сжатие диффузного слоя мицеллы, приводящее к уменьшению электрокинетического потенциала. В результате электростатические силы между частицами ослабевают, а последние при

50 столкновении коагулируют и выпадают в осадок, образуя гелеобразную массу, обла- дающую вяжущими свойствами, Солюбилизированные парафины и окисленные углеводороды в мицеллах кол55 лоидных растворов ОТП играют роль флокулянтов. Механизм действия флокулянтов заключается в их адсорбции на поверхности частиц и образовании мостиков эа счет межмолекулярных взаимодействий, связывающих частицы между собой с образованием

1661360

10

20

30

35 агрегатов. Присутствие флокулянтов предотвращает пептиаацию частиц, т.е. препятствует переходу частиц труднорастворимых солей кальция обратно в коллоидное состояние, обеспечивает механическую прочность и вяжущие свойства образуемого геля, Укаэанный механизм гелеобразования не противоречит существующей теории поверхностных явлений в дисперсных системах и позволяет рекомендовать пути регулирования структурно-механических свойств геля, в том числе и адгезионной прочности.

Усиление адгезионной прочности геля возможно осуществить путем повышения концентрации в поверхностных слоях мицелл ОТП сильнополярных группировок (COO), являющихся акцепторами катионов кальция иэ электролита (схема гелеобразования). Наличие в составе мицелл катионов кальция, связанных с сильнополярными группировками (СОО ), определяет, как показали исследования, адгезионную.прочность образуемого геля.

Механизм увеличения адгезионной прочности при добавке в осадитель геля (водный раствор хлорида кальция) уксусной кислоты заключается в следующем. Уксусная кислота имеет константу диссоциации, равную 1,85 .10 моль/л, и диссоциирует по схеме

СНЗСООН вЂ” у СН3СОО + Н с образованием сильнополярных группировок (COO), которые дополняют поверхностный слой мицелл ОТП (первоначально лишь только частично насыщенный группировками СОО из омыленных жирных и смолянных кислот, входящих в состав ОТП), Увеличение в поверхностном слое мицелл концентрации группировок (СОО ) обеспечивает при коагуляции эквивалентное возрастание числа связанных с мицеллой катионов кальция и, как следствие, увеличение адгеэионной прочности образуемого геля, Согласно проведенным исследованиям концентрация уксусной кислоты в осадителе геля (водном растворе хлорида кальция), обеспечивающая эффективное увеличение адгезионной прочности геля, составляет 2—

3 мас. 4.

Пример, В лабораторных условиях с помощью разрывной машины P-5 при 20 С определяют адгезионную прочность соединенных с помощью геля металлических образцов из материала обсадной колонны, В качестве гелеобраэующего агента берут водные растворы омыленного таллового пека различной массовой концентрации (15, 20, 250 )

В качестве наполнителя в гелеобразующем агенте на основе водного раствора ОТП во всех случаях используют бентонитовый глинопорошок в количестве 1.5 мас., В качестве осадителя геля используют водные растворы хлорида кальция и водные растворы хлорида кальция с добавкой уксусной кислоты различной концентрации. Объемы водного раствора ОТП и осадителя геля берут эквивалентными. Поверхность образцов перед нанесением на нее геля во всех случаях подготавливается идентично.

Гель, образованный путем смешивания гелеобразующего агента и осадителя геля, наносится на торцовую поверхность металлических образцов цилиндрической формы, предварительно удалив иммобилиэованную в процессе гелеобразования жидкость (избыточную жидкость).

Образцы с нанесенным слоем геля приводят в соприкосновение и выдерживают в течение одних суток под действием силы собственного веса. По истечении указанноro срока образцы испытывают на машине

Р-5, регистрируя усилие, необходимое для разрыва соединения, и определяют адгезионную прочность как частное от деления регистрируемого усилия на площадь контакта образцов.

B табл. 2 представлены результаты экспериментов по исследованию адгезионной прочности соединения металла колонны гелеобраэующим агентом на основе ОТП при использовании в качестве осадителя геля смеси 10 -ного водного раствора CaClz ф 1,08 г/см ) и уксусной кислоты МПа; в з табл, 3 — то же, при использовании в качест40 ве осадителя геля смеси 20;4-ного водного раствора CaCI2 (р = 1,17 г/см ) и уксусной кислоты, МПа; в табл. 4 — то же, при использовании в качестве осадителя геля смеси

30 -ного водного раствора CaCtz(p = 1,28

45: г/смз) и уксусной кислоты, Mfla, Из результатов испытаний следует, что наилучший эффект, соо гветствующий достижению максимальной величины адгезионной прочности соединения

50 металлических образцов с помощью гелеобразующего агента на основе ОТП, достигается при введении в состав осадителя геля уксусной кислоты в количестве 2 — Змас. .

Наблюдаемое в опытах увеличение ад55 геэионной прочности соединения на 60—

70% по сравнению с известным способом свидетельствует о более высокой эффективности предлагаемого способа, Увеличение адгезионной прочности герметизирующего

1661360

Таблица 1

Таблица 2 агента позволяет существенно повысить надежность и долговечность уплотнения негеметричности обсадной колонны скважин, снизить количество повторных изоляционных работ на скважинах с дефектами обсадной колонны.

Формула изобретения

Способ ликвидации негерметичности обсадной колонны путем одновременного или последовательного закачивания в эатрубное пространство суспензии глинопорошка в водном растворе омыленного таллового пека и водного раствора хлорида кальция, отличающийся тем, что. с

5 целью повышения эффективности уплотнения негерметичности колонны газовой скважины за счет повышения адгеэионной прочности изолирующего слоя, в водный раствор хлорида кальция дополнительно

10 вводят уксусную кислоту в количестве 2—

З от массы раствора хлорида кальция.

1661360

Таблица 3

Таблица 4

Составитель Л.Бестужева

Техред М.Моргентал Корректор M.Êó÷åðÿBàÿ

Редактор И.Шулла

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина. 101

Заказ 2105 Тираж 375 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5