Состав для изоляции водопритока в нефтяные и газовые скважины (варианты)

 

Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности и используется для ограничения водопритока путем герметизации обсадных колонн, ликвидации заколонных перетоков и изоляции обводнившихся пропластков в нефтяных и газовых скважинах. Состав для изоляции водопритока в скважине содержит, %: фенолоформальдегидную смолу резольного типа (30-90) и композиционный отвердитель, включающий формалин (8-60) и гидроксид натрия (2-10). Варианты указанного состава включают дополнительно многоатомный спирт (этиленгликоль, диэтиленгликоль или глицерин) - 5-20% или наполнитель (древесная мука, цемент или глинопорошок) - 1-10%. Изобретение позволяет повысить адгезию к цементному камню и горной породе, сложенной терригенными и карбонатными коллекторами, а также снизить вязкость, обеспечивающую проникновение в пористую среду. 3 с.п. ф-лы, 4 табл., 1 ил.

Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности и может быть использовано для ограничения водопритока путем герметизации обсадных колонн, ликвидации заколонных перетоков и изоляции обводнившихся пропластков в нефтяных и газовых скважинах.

Известен тампонажный состав, включающий фенолоформальдегидную смолу марки ТСКГС, тампонажный портландцемент в качестве вяжущего реагента и воду (А. с. СССР 819304, кл. Е 21 В 33/138, 1981).

Недостатком данного тампонажного состава является высокая вязкость и плохо регулируемое время схватывания (отверждения).

Наиболее близким решением, взятым за прототип, является тампонирующий материал для изоляции водопритоков в нефтяных и газовых скважинах, состоящий из фенолоформальдегидной смолы, минеральных или органических кислот и вспенивающей добавки (Патент РФ 2147332, кл. Е 21 В 33/138, 2000).

Недостатком его является ограниченность использования в результате отсутствия адгезии к горной породе, сложенной терригенными и карбонатными коллекторами, и цементному камню, так как кислотный отвердитель реагирует со всеми породами, слагающими коллектор, кроме песчаника, в результате чего остается не отвержденным тампонирующий состав на контакте с горной породой и цементным камнем, что резко снижает эффективность таких работ.

Задачей изобретения является получение изолирующего материала с улучшенными технологическими параметрами: высокой адгезией к цементному камню и горной породе, сложенной терригенными и карбонатными коллекторами, низкой вязкостью, обеспечивающей проникновение в пористую среду.

Поставленная задача решается составом для изоляции водопритока в нефтяные и газовые скважины, содержащем фенолоформальдегидную смолу резольного типа и отвердитель, в качестве которого используют композиционный отвердитель, включающий формалин и гидроксид натрия, при следующем соотношении компонентов, мас.%: Фенолоформальдегидная смола - 30-90 Формалин - 8-60 Гидроксид натрия - 2-10 и составом для изоляции водопритока в нефтяные и газовые скважины, содержащим фенолоформальдегидную смолу резольного типа и отвердитель, в качестве которого используют композиционный отвердитель, включающий формалин и гидроксид натрия, и дополнительно - многоатомный спирт, выбранный из группы, включающей этиленгликоль, диэтиленгликоль, глицерин, при следующем соотношении компонентов, мас.%: Фенолоформальдегидная смола - 30-85 Формалин - 8-60 Гидроксид натрия - 2-10 Многоатомный спирт - 5-20 а также составом для изоляции водопритока в нефтяные и газовые скважины, содержащем фенолоформальдегидную смолу резольного типа и отвердитель, в качестве которого используют композиционный отвердитель, включающий формалин и гидроксид натрия, и дополнительно - наполнитель, выбранный из группы, включающей древесную муку, цемент,глинопорошок, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Фенолоформальдегидная смола - 30-85
Формалин - 8-60
Гидроксид натрия - 2-10
Наполнитель - 1-10
Все заявленные варианты связаны единым изобретательским замыслом.

Для исследований использовали термореактивную фенолоформальдегидную смолу (ФФС) резольного типа марки СФЖ-3016, которая выпускается в соответствии с ТУ 2221-039-26161597-96 и имеет следующую техническую характеристику (см. табл.А).

Для получения изоляционного материала на основе ФФС резольного типа можно использовать аналогичные по свойствам смоле СФЖ-3016 марки: СФЖ-305, СФЖ-309 и другие, нерастворимые в воде и имеющие срок хранения не менее 6 месяцев.

Для приготовления отвердителя использовали формалин (40% раствор формальдегида) и гидроксид натрия по ГОСТ 2262-79.

В качестве многоатомного спирта используют диэтиленгликоль, выпускаемый промышленностью в соответствии с ГОСТ 10136-77, этиленгликоль технический по ГОСТ 19710-83 или технический глицерин по ГОСТ 6259-75.

В качестве наполнителя используют древесную муку по ГОСТ 16361-87, или глинопорошок по ГОСТ 28177-89, или цемент по ГОСТ 1581-96.

Из приведенного источника информации, взятого за прототип, известно, что составы на основе фенолоформальдегидной резольной, термореактивной смолы отверждают кислотным отвердителем, используя соляную кислоту, сульфокислоты и так далее. При этом качество тампонажного материала не удовлетворяет требованиям, предъявляемым к тампонажным материалам, в результате отсутствия адгезии к горной породе, сложенной терригенными и карбонатными коллекторами, и цементному камню. При контакте тампонирующего состава с цементным камнем и со всеми породами, слагающими коллектор, кислотный отвердитель реагирует с ними, в результате чего он расходуется частично или полностью, и тампонирующий состав на контакте с горной породой и цементом не отверждается, образуя зазор 2-5 мм, что резко снижает эффективность изоляционных работ.

Положительный эффект достигается тем, что для отверждения предлагаемого состава, содержащего фенолоформальдегидную смолу резольного типа, разработан композиционный отвердитель, содержащий формалин и гидроксид натрия, в результате чего получен тампонажный материал, обладающий хорошей адгезией как к горной породе, так и к цементному камню. Для снижения вязкости и температуры замерзания в пластах с температурой от 20^oС до 50^oС в состав вводят многоатомный спирт: этиленгликоль, или диэтиленгликоль, или глицерин. Для уменьшения усадки и повышения прочности изоляционного материала состав содержит наполнитель: древесную муку, или цемент, или глинопорошок.

Основные технологические параметры изолирующего состава определяли в лаборатории.

Пример конкретного получения состава.

Вариант 1. В начале готовят композиционный отвердитель: к 18 г формалина добавляют 2 г гидроксида натрия и перемешивают. К 80 г фенолоформальдегидной смолы добавляют композиционный отвердитель, все тщательно перемешивают до получения однородного продукта.

Вариант 2. В начале готовят композиционный отвердитель: к 8 г формалина добавляют 2 г гидроксида натрия и перемешивают. К 81 г фенолоформальдегидной смолы добавляют 9 г диэтиленгликоля и перемешивают, затем добавляют композиционный отвердитель, все тщательно перемешивают до получения однородного продукта.

Вариант 3. В начале готовят композиционный отвердитель: к 10 г формалина добавляют 5 г гидроксида натрия и перемешивают. К 77 г фенолоформальдегидной смолы добавляют 8 г глинопорошка и тщательно перемешивают до получения однородного продукта, затем добавляют композиционный отвердитель и снова перемешивают.

Все составы по предлагаемым вариантам представляют собой однородные жидкости от оранжевого до темно-красного цвета и различаются по физико-химическим свойствам.

Основные технологические параметры изолирующего состава определяли в лаборатории.

Исследования реологических свойств составов проводились на вискозиметре ВСН-3. Вязкость измеряли у исходной смолы СФЖ-3016 и ее композиции в зависимости от температуры. Динамика изменения вязкости от температуры изображена на графике, из которого видно, что при повышении температуры от 20^oС до 80^oС вязкость изолирующего состава снижается в 8-10 раз, а вязкость состава, содержащего многоатомный спирт, ниже в 2,5 раза, чем вязкость исходной смолы и изолирующего состава, не содержащего многоатомный спирт. Такое снижение вязкости способствует лучшему проникновению изолирующего материала в поровое пространство и мелкие трещины, обеспечивая адгезию к горной породе.

Так как заколонные перетоки могут проявляться на разных уровнях глубины скважин, подбор составов проводился для широкого диапазона температур 20-80^oС. Результаты исследований приведены в табл.1, из которой видно, что время потери текучести можно варьировать в интервале 2-6,5 ч, а полное отверждение составов - в пределе 4-24 ч, изменяя содержание формалина и гидроксида натрия. Рабочая концентрация формалина в изолирующем составе находится в интервале 8-60%, так как при содержании его менее 8% отверждения не происходит, а при содержание выше 60% ухудшается качество отвержденного материала.

Увеличение содержания гидроксида натрия выше 10% приводит к тому, что не происходит полного отверждения.

Содержание в составе фенолоформальдегидной смолы ниже 30% приводит к резкому снижению прочностных характеристик.

Прочностные характеристики изолирующих составов определяли стандартными методами. После отверждения образцы выдерживали 48 ч и определяли их прочность на сжатие и усадку. Прочностные характеристики предлагаемых изолирующих составов приведены в табл.2, из которой видно, что в присутствии многоатомного спирта не только снижается вязкость (см. график), но и улучшаются прочностные характеристики - усадка и прочность материалов на сжатие (табл. 2, опыт 4). Присутствие наполнителя также повышает прочность отвержденного изолирующего материала и снижает усадку (табл.2, опыт 5).

В табл.3 приведены составы по трем заявленным вариантам с указанием динамики отверждения и физико-механических свойств для каждого примера.

Для определения адгезии готовили образцы цементного камня и дезинтегрированной горной породы, затем образы помещали в стаканчики, заливали исследуемым составом и термостатировали до отверждения. Отвержденные образцы представляли собой прочный монолит с горной породой и цементным камнем. При разрушении образцов горная порода разрушалась быстрее, чем отвержденный состав, что дает возможность считать адгезию отвержденного изолирующего состава, удовлетворяющей требованию тампонажного материала.

Анализ результатов лабораторных исследований показал, что предлагаемый состав имеет преимущества по сравнению с аналогом и прототипом: высокую адгезию к цементному камню и горной породе, сложенной терригенными и карбонатными коллекторами; низкую вязкость, обеспечивающую проникновение в пористую среду; регулируемое время отверждения от 4 до 36 ч в широком интервале температур 20-80^oС; высокую прочность при отсутствии усадки.

В промысловых условиях предлагаемый изолирующий состав готовят непосредственно на промысле с использованием стандартного оборудования. В емкость цементировочного агрегата загружается расчетное количество смолы, композиционный отвердитель, затем, в зависимости от выбранного варианта, вводят многоатомный спирт или наполнитель. Насосом агрегата состав перемешивают до полного смешения и при помощи насоса цементировочного агрегата закачивают в скважину.

Формула изобретения

1. Состав для изоляции водопритока в нефтяные и газовые скважины, содержащий фенолоформальдегидную смолу резольного типа и отвердитель, отличающийся тем, что в качестве отвердителя состав содержит композиционный отвердитель, включающий формалин и гидроксид натрия, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Фенолоформальдегидная смола - 30-90
Формалин - 8-60
Гидроксид натрия - 2-10
2. Состав для изоляции водопритока в нефтяные и газовые скважины, содержащий фенолоформальдегидную смолу резольного типа и отвердитель, отличающийся тем, что в качестве отвердителя состав содержит композиционный отвердитель, включающий формалин и гидроксид натрия, и дополнительно - многоатомный спирт, выбранный из группы, включающей этиленгликоль, диэтиленгликоль, глицерин, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Фенолоформальдегидная смола - 30-85
Формалин - 8-60
Гидроксид натрия - 2-10
Многоатомный спирт - 5-20
3. Состав для изоляции водопритока в нефтяные и газовые скважины, содержащий фенолоформальдегидную смолу резольного типа и отвердитель, отличающийся тем, что в качестве отвердителя состав содержит композиционный отвердитель, включающий формалин и гидроксид натрия, и дополнительно - наполнитель, выбранный из группы, включающей древесную муку, цемент, глинопорошок, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Фенолоформальдегидная смола - 30-85
Формалин - 8-60
Гидроксид натрия - 2-10
Наполнитель - 1-10м

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5