Способ герметизации затрубного пространства скважины

 

Изобретение относится к способу герметизации затрубного пространства скважины и может быть использовано также для герметизации элементов подземного оборудования, а также для аналогичных операций, возникающих при бурении и эксплуатации нефтяных и газовых скважин. Технический результат - образование прочного непроницаемого экрана и изоляция внутрискважинного пространства от контакта с продуктивным пластом. В способе герметизации затрубного пространства скважины, включающем предварительное приготовление закупоривающего агента и закачивание его в зону герметизации в жидкости-носителе на углеводородной основе, в зону герметизации закачивают закупоривающий агент, содержащий не менее двух составов, которые приготавливают отдельно и закачивают в скважину одновременно в избыточном количестве жидкости-носителя, в которой равномерно распределяют частицы резины, причем в первый состав вводят частицы неполимеризованной резины в защитной пленке, а во второй - частицы полимеризованной резины. При этом в первый состав вводят частицы резины размерами от 0,1 до 0,6 см³ в количестве не более 20 вес.%, а защитную пленку на поверхности частиц неполимеризованной резины образуют на основе лигносульфонатных, или акриловых, или полиакриламидных, или целлюлозосодержащих химреагентов. Во второй состав вводят частицы резины размером от 0,05 до 1,0 мм³ в количестве 1,0-5,0 вес.%. 3 з.п. ф-лы, 2 табл.

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и может быть использовано для герметизации затрубного пространства и элементов подземного оборудования, а также для других аналогичных операций, возникающих при бурении и эксплуатации нефтяных и газовых скважин.

Известен способ ликвидации межколонных газопроявлений в скважине по патенту РФ 2144130 от 21.04.99 г. МПК 7 E 21 В 33/138. По этому способу в затрубное пространство одновременно закачиваются два состава с последующим образованием высоковязкой системы непосредственно в скважине. Однако способ предусматривает герметизацию межколонного пространства только за счет повышения реологических свойств закупоривающего агента, а не его полимеризации. В случае высоких перепадов давления, которые имеют место в глубоких скважинах, закупоривающий агент может быть выдавлен из зоны герметизации. Кроме того, вязкостные и структурно-механические свойства такого состава будут уменьшаться с ростом забойных температур.

Наиболее близким, принятым за прототип, является способ изоляции зоны поглощения в скважине по а.с. 1559116 от 22.02.88 г., МПК 5 Е 21 В 33/138, который осуществляется за счет использования закупоривающего агента, включающего частично структурированный регенерат на основе каучуков общего назначения в жидкости-носителе на углеводородной основе. Недостатком этого способа является то, что использование резинового регенерата больших концентраций (густота сшивки более М_с=20-50•10⁴ м³/кмоль) не позволяет добиться высокой степени набухания, а меньшая густота сшивки приводит к растворимости закупоривающего агента.

Способ не учитывает наличие высоких температур и длительное время закачивания закупоривающего агента в зону герметизации при проведении работ в глубоких скважинах. В этом случае могут быть трудности в работе насосов, так как резиновый регенерат будет залипать в клапанах насосов и не позволит обеспечить безостановочный процесс закачивания закупоривающего агента.

Предлагаемое изобретение решает конкретную задачу по закачиванию закупоривающего агента в зону герметизизации глубоких скважин с образованием на длительное время прочного непроницаемого экрана и надежной изоляцией внутрискважинного пространства от контакта с продуктивным пластом.

Для решения этой задачи предложен способ, включающий одновременное закачивание в зону герметизации двух составов в жидкости-носителе. Первый состав включает частицы неполимеризованной резины размером 0,1-0,6 cм³ в количестве 20 вес.%. Второй состав - частицы полимеризованной резины размером 0,05-1,0 мм³ в количестве 1,0-5,0 вес.%. При этом оба состава для обеспечения работы насосов закачивают в избыточном количестве жидкости-носителя. Избыток жидкости-носителя в дальнейшем поглощается полимеризованным составом непосредственно в зоне герметизации, при этом за счет набухания частиц резины дополнительно улучшаются физико-механические свойства закупоривающего агента. Этому процессу способствуют и размеры частиц резины - 0,05-1,0 мм³.

В целях предупреждения преждевременного растворения неполимеризованных частиц резины в жидкости-носителе на углеводородной основе на них наносят защитную пленку на основе лигносульфонатных, или акриловых, или полиакриламидных, или целлюлозосодержащих химреагентов. Защитная пленка предохраняет частицы резины также и от слипания и предотвращает образование в затрубном пространстве скважины, в процессе закачивания закупоривающей смеси, непрокачиваемой пробки.

Пример осуществления способа.

Предлагаемый способ герметизации затрубного пространства скважины осуществляют следующим образом.

Частицы неполимеризованной резины размерами от 0,1 до 0,6 см³ помещают в водный раствор лигносульфонатного, или акрилового, или полиакриламидного, или целлюлозосодержащего химреагентов и выдерживают до его адсорбции на поверхности частиц в течение 1-2 ч. Затем частицы вынимают и высушивают до образования защитной пленки. Далее приготовленный таким образом закупоривающий агент в избытке жидкости-носителя на углеводородной основе (например, на основе дизельного топлива) закачивают в зону герметизации скважины. Благодаря защитной полимерной пленке частицы не слипаются и позволяют обеспечить нормальную работу насоса без залипания клапанов. Одновременно закачивают и частицы полимеризованной резины, которые в процессе закачивания при движении закупоривающего агента по затрубному пространству скважины к зоне герметизации (в течение времени и при повышении температуры) интенсивно набухают и, увеличиваясь в объеме, впитывают в себя избыток жидкости-носителя. Неполимеризованные частицы резины в течение этого времени под влиянием температуры теряют свою защитную пленку, растворяются в жидкости-носителе и образуют связующую полимерную основу.

После закачивания закупоривающего агента в зону герметизации скважины с течением времени и под действием температуры происходит его полимеризация с образованием прочного тампона с высокими адгезионными свойствами.

Процесс герметизизации затрубного пространства в скважине должен отвечать следующим условиям: - закупоривающий агент должен растворяться в растворителе, например, в углеводородной жидкости, при этом полученный состав должен обладать реологическими характеристиками, позволяющими легко закачивать его насосом цементировочного агрегата в скважину и продавливать в зону герметизации; - процесс полимеризации закупоривающего агента должен осуществляться через определенное время, требуемое для его доставки в зону герметизации.

Для получения закупоривающего агента на основе резин с необходимыми физико-механическими свойствами, содержание жидкой фазы (например, мягчителей, пластификаторов) обычно не превышает 18-20%. При этом время полимеризации закупоривающего агента в зависимости от химсостава и температуры может колебаться от 0,3 до 4,0 ч, он имеет тестообразную консистенцию и закачать его насосом невозможно.

Для того чтобы закупоривающий агент мог прокачиваться насосом, его измельчают и вводят в него, как минимум, 60% жидкости-носителя. При этом уменьшается содержание полимера в закупоривающем агенте, ухудшаются его физико-механические свойства, а время полимеризации увеличивается почти в 10 раз или полимеризация может и не произойти.

Для осуществления способа герметизации затрубного пространства использовались следующие материалы: - неполимеризованная резина на основе бутилкаучука; - полимеризованная резина на основе бутилкаучука; - дизельное топливо; - защитная пленка формировалась на основе метилцеллюлозы и полиакриламида.

Изменение сроков растворения неполимеризованной резины в жидкости-носителе (дизельном топливе) в зависимости от наличия защитной пленки на ее поверхности при 20^oС и 100^oС представлено в табл.1.

Результаты эксперимента (табл.1) показывают, что без защитной пленки на поверхности частиц резины они начинают слипаться уже через 10 мин. Наличие защитной пленки увеличивает время их устойчивого состояния до слипания друг с другом от 4 до 48 ч и существенно зависит от температуры.

В табл. 2 представлена продолжительность полимеризации закупоривающего агента при 100^oС и его физико-механические свойства в зависимости от концентрации частиц полимеризованной и неполимеризованной резин в жидкости-носителе.

Из табл. 2 следует, что при оптимальном соотношении частиц резин (неполимеризованной - до 20%, полимеризованной - 1,0-5,0%) наиболее высокие физико-механические свойства и оптимальное время полимеризации закупоривающего агента - от 2,5 до 4,0 ч и его.

Таким образом, предложенный способ герметизации затрубного пространства позволяет обеспечить нормальный технологический процесс закачивания закупоривающего агента в условиях высоких забойных температур и длительного времени процесса в глубоких скважинах. При этом обеспечиваются благоприятные условия полимеризации и образование закупоривающего агента с высокими прочностными и физико-механическими показателями (условная прочность при растяжении, остаточная деформация, твердость по Шору).

Формула изобретения

1. Способ герметизации затрубного пространства скважины, включающий предварительное приготовление закупоривающего агента и закачивание его в зону герметизации в жидкости-носителе на углеводородной основе, отличающийся тем, что в зону герметизации закачивают закупоривающий агент, содержащий не менее двух составов, которые приготавливают отдельно и закачивают в скважину одновременно в избыточном количестве жидкости-носителя, в которой равномерно распределяют частицы резины, причем в первый состав вводят частицы неполимеризованной резины в защитной пленке, а во второй - частицы полимеризованной резины.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в первый состав вводят частицы резины размерами от 0,1 до 0,6 см³ в количестве не более 20 вес.%.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что защитную пленку на поверхности частиц неполимеризованной резины образуют на основе лигносульфонатных, или акриловых, или полиакриламидных, или целлюлозосодержащих химреагентов.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что во второй состав вводят частицы резины размером от 0,05 до 1,0 мм³ в количестве 1,0-5,0 вес.%.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2