Герметизирующая композиция для ремонтных и изоляционных работ в скважине

 

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и может быть использовано для герметизации элементов колонной головки на устье, изоляции заколонного пространства и для других аналогичных операций, возникающих при бурении и эксплуатации нефтяных и газовых скважин. Герметизирующая композиция, включающая эластомер на основе каучука с функциональным наполнителем, дополнительно содержит смесь сложных эфиров с кальциевыми солями алкиларилсульфокислот, твердый наполнитель коллоидного размера - карбонат или гидроокись кальция с размером частиц менее 1 мкм, причем смесь сложных эфиров с кальциевыми солями алкиларилсульфокислот используют в соотношении 1:30. Технический результат - получение герметизирующей композиции с улучшенными пластическими свойствами, необходимыми для герметизации элементов колонной головки на устье и для изоляции заколонного пространства при бурении или эксплуатации нефтяных и газовых скважин в условиях высокого содержания агрессивных кислых газов, например сероводорода. 1 з.п. ф-лы, 3 табл.

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и может быть использовано для герметизации элементов колонной головки на устье, изоляции заколонного пространства и для других аналогичных операций, возникающих при бурении и эксплуатации нефтяных и газовых скважин, особенно в условиях высокого содержания сероводорода и в пластовом флюиде.

Известно использование различных по составу герметизирующих композиций для указанных целей. При этом они должны отвечать следующим основным требованиям: надежно изолировать внутрискважинное пространство от контакта с атмосферой, иметь хорошие пластические свойства, позволяющие легко осуществлять шприцевание композиции в узкие зазоры технологического оборудования, и сохранять технологически обусловленное время необходимые физико-химические свойства.

Особо жесткие требования предъявляются к герметизирующим композициям при наличии в пластовом флюиде большого количества агрессивных компонентов, например, сероводорода (до 25%). Такое положение имеет место на большинстве нефтяных и газовых месторождений Прикаспийской впадины.

Однако применяемые в настоящее время герметизирующие композиции не отвечают необходимым требованиям. Так, герметизирующая композиция по патенту РФ 2102427 от 19.06.95 г., МПК 6 С 09 К 3/10, при большом количестве сероводорода не обладает необходимой термоокислительной устойчивостью (показатель "старения"), а входящие в состав индустриальное масло и нефтяной битум являются нестойкими компонентами по отношению к углеводородным газам.

Более близким по физико-химической природе к предлагаемому является герметизирующая композиция по а. с. 1263812 от 17.12.1984 г., МПК Е 21 В 33/138, включающая эластомер на основе каучука с функциональным наполнителем. Однако указанная композиция деструктирует в кислой среде под воздействием сероводорода, а при ее шприцевании возникают высокие давления.

Предлагаемое изобретение решает конкретную задачу получения герметизирующей композиции с улучшенными пластическими свойствами, необходимыми для герметизации элементов колонной головки на устье и для изоляции заколонного пространства при бурении или эксплуатации нефтяных и газовых скважин, даже в условиях высокого содержания агрессивных кислых газов (например, сероводорода).

Поставленная техническая задача решается тем, что герметизирующая композиция для ремонтных и изоляционных работ в скважине, включающая эластомер на основе каучука с функциональным наполнителем, дополнительно содержит смесь сложных эфиров с кальциевыми солями алкиларилсульфокислот и твердый наполнитель коллоидного размера, карбонат или гидроокись кальция с размером частиц менее 1 мкм, причем смесь сложных эфиров с кальциевыми солями алкиларилсульфокислот используют в соотношении 1:30.

В качестве эластомера может быть использован натуральный или синтетические каучуки, или их смеси. В качестве функционального наполнителя эластомера могут быть использованы вещества, инициирующие процессы его вулканизации (например, сера, тиурам), инертный наполнитель (например, железистый пек, асбест, сажа) и пластификатор (например, битум нефтяной, индустриальное масло, парафин).

Сложные эфиры общей формулы: С_nH_2n-mCOOCH₂CH₂N(CH₂CH₂OH)₂, где n= 15-17; m= 1, 2, 3, 5 являются углеводородорастворимыми поверхностно-активными веществами. Они могут, например, быть образованы при взаимодействии таллового масла и триэтаноламин, а получаемое при этом поверхностно-активное вещество известно под названием "Эмультал" и выпускаются в РФ по ТУ 6-14-1036-74.

Кальциевые соли алкиларилсульфокислот общей формулы (C_nH_2n+1C₆H₄SO₃)₂Ca могут использоваться в качестве компонентов моющих составов для снижения поверхностного натяжения. Они присутствуют в процессе производства сульфонатных и силицилатных присадок к моторным маслам при алкилировании бензола продуктами полимеризации пропанпропиленовой фракции газов крекинг- и реформинг-процессов.

Твердый наполнитель представляет собой карбонат кальция или гидроокись кальция с частицами коллоидного размера менее 1 мкм. Такие размеры достигаются химическими реакциями или размолом на коллоидной мельнице.

Смесь сложных эфиров с кальциевыми солями алкиларилсульфокислот и твердый наполнитель в виде частиц карбоната или гидроокиси кальция коллоидного размера менее 1 мкм являются составными частями мицеллярной дисперсии, выпускаемой АО "Уфанефтехим" по ТУ 38-302/02-90 под товарным названием "Дисин".

Смесь сложных эфиров с кальциевыми солями и алкиларилсульфокислот в соотношении 1: 30 за счет получаемого синергетического эффекта придает герметизирующей композиции хорошие пластифицирующие свойства, что позволяет существенно снизить давление при ее шприцевании в узкие зазоры технологического оборудования.

Твердый наполнитель за счет своей химической природы, высокой степени дисперсности и удельной поверхности хорошо связывает сероводород, переводя его в неактивную форму: Пример.

Для приготовления герметизирующей композиции использовались следующие материалы (табл.1).

Испытание герметизирующей композиции с различной концентрацией исходных компонентов (табл.2) проводили при воздействии на нее сероводорода. Для этих целей использовали пластовый флюид Астраханского газоконденсатного месторождения с содержанием сероводорода 25,5% и углекислого газа - 23,7%.

Физико-механические показатели герметизирующей композиции определялись до и после воздействия на нее пластового флюида (табл.3).

Из результатов, приведенных в табл.3, следует, что для герметизирующей композиции нижний предел (составы 2, 7, 13) содержания ингредиентов составляет, мас.%: эластомер на основе каучука функциональным наполнителем - 80,0 смесь сложных эфиров с кальциевыми солями алкиларилсульфокислот - 2,0 твердый наполнитель коллоидного размера - 5,0 а верхний предел (составы 4, 9, 24) составляет:
эластомер на основе каучука функциональным наполнителем - 90,0
смесь сложных эфиров с кальциевыми солями алкиларилсульфокислот - 6,0
твердый наполнитель коллоидного размера - 15,0
В этих пределах основные свойства герметизирующей композиции отвечают требованиям, предъявляемым при выполнении работ по герметизации элементов колонной головки на устье, изоляции заколонного пространства и для других аналогичных операций, возникающих при бурении и эксплуатации нефтяных и газовых скважин, в условиях высокого содержания сероводорода в пластовом флюиде.

Таким образом, по своим физико-механическим свойствам (пластичность, условная прочность при растяжении, относительное удлинение, остаточная деформация, условная твердость и изменение относительно удлинения после старения в воздухе) герметизирующая композиция при испытаниях вод воздействием высоких концентраций сероводорода (до 25,5%) показала себе устойчивой к агрессивной среде и способной сохранять свои технологические характеристики в допустимых пределах. При этом улучшенные пластические свойства герметизирующей композиции позволяет существенно снизить давление при шприцевании в узкие зазоры технологического оборудования.

Формула изобретения

1. Герметизирующая композиция для ремонтных и изоляционных работ в скважине, включающая эластомер на основе каучука с функциональным наполнителем, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит смесь сложных эфиров с кальциевыми солями алкиларилсульфокислот и твердый наполнитель коллоидного размера - карбонат или гидроокись кальция с размером частиц менее 1 мкм при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Эластомер на основе каучука с функциональным наполнителем - 80,0 - 90,0
Смесь сложных эфиров с кальциевыми солями алкиларилсульфокислот - 2,0 - 6,0
Твердый наполнитель - 5,0 - 15,0
2. Герметизирующая композиция по п.1, отличающаяся тем, что смесь сложных эфиров с кальциевыми солями алкиларилсульфокислот используют в соотношении 1:30.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3