Состав для глушения скважин
Владельцы патента RU 2254454:
Общество с ограниченной ответственностью "Волго-Уральский научно-исследовательский и проектный институт нефти и газа" (ООО "ВолгоУралНИПИгаз") (RU)
Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности и может быть использовано в процессе глушения при капитальном и текущем ремонте скважин, а также при временной консервации скважин. Техническим результатом является улучшение реологических свойств состава и увеличение срока жизни образующихся гелей. Состав для глушения скважин, содержащий карбоксиметилцеллюлозу, гидроксид натрия, сульфат меди, добавку и воду, в качестве добавки содержит метанол при следующем соотношении ингредиентов, мас.%: карбоксиметилцеллюлоза - 3,5-4,5, гидроксид натрия - 1,5-2,0, сульфат меди - 0,3-0,4, метанол - 4,0-16,0, вода - остальное. 1 табл.
Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности и может быть использовано в процессе глушения при капитальном и текущем ремонте скважин, а также при временной консервации скважин.
Известен гелеобразующий состав для проведения изоляционных работ при бурении и эксплуатации нефтяных и газовых скважин, содержащий карбоксиметилцеллюлозу 1,0-6,0 мас.%, хроматы 0,25-5,0 мас.%, лигносульфонаты 0,1-25,0 мас.%, вода - остальное. Состав обладает высокими прочностными характеристиками, стабильностью во времени [А.с. СССР №1472643, МПК Е 21 В 33/138, опубл. 15.04.89. Бюл. №14].
Однако известный состав не обеспечивает сохранение первоначальной проницаемости пласта за счет наличия в составе лигносульфонатов. Кроме того, состав содержит экологически опасные вещества, а именно: хроматы.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению по совокупности существенных признаков является вязкоупругий состав для заканчивания и капитального ремонта скважин, который может быть использован в качестве состава для глушения скважин. Состав содержит реагент на основе полисахаридов, например, карбоксиметилцеллюлозу, структурообразователь - сульфат алюминия или сульфат меди, гидроксид щелочного металла, например, гидроксид натрия, в качестве деструктора - монопероксигидрат мочевины и воду при следующем соотношении ингредиентов, мас.%: реагент на основе полисахаридов 1,0-3,0, структурообразователь 0,15-0,3, гидроксид щелочного металла 0,05-0,45, монопероксигидрат мочевины 0,1-0,2 и вода - остальное [п. РФ №2116433, МПК Е 21 В 33/138, 43/26, С 09 К 7/02, опубл. 27.07.98].
Известный состав обладает низкими проникающими и кольматирующими воздействиями на продуктивный пласт, обеспечивающими сохранение проницаемости пород продуктивного пласта за счет ускорения структурообразования, снижения фильтрации, повышения вязкости.
Однако, низкая прочность образующейся вязкоупругой массы в виде геля и недостаточная агрегативная устойчивость известного состава от времени (время начала деструкции образующегося геля через 1-6 суток) ограничивает его применение при капитальном ремонте скважин, которое требует глушения вскрытого пласта на длительное время (до 4 месяцев).
Задачей заявляемого изобретения является улучшение реологических свойств состава и увеличение срока жизни образующихся гелей (более 40 суток).
Поставленная задача решается тем, что состав для глушения скважин, содержащий карбоксиметилцеллюлозу, гидроксид натрия, сульфат меди, добавку и воду, в качестве добавки содержит метанол при следующем соотношении ингредиентов, масс.%:
| Карбоксиметилцеллюлоза | - 3,5-4,5 |
| Гидроксид натрия | - 1,5-2,0 |
| Сульфат меди | - 0,3-0,4 |
| Метанол | - 4,0-16,0 |
| Вода | - остальное. |
Метанол (метиловый спирт) представляет собой прозрачную легкоподвижную бесцветную жидкость, по запаху очень напоминающую этиловый спирт; плотность - 796 кг/м3; температура кипения - 64,7°С, температура затвердевания - минус 97,7°С.
Авторами экспериментально установлено, что применение метанола в предлагаемом составе для глушения скважин позволяет значительно повысить реологические свойства (динамическую вязкость и статическое напряжение сдвига) состава и его синерезис (продолжительность жизни образующегося геля). Наличие в предлагаемом составе метанола способствует снижению плотности состава, что особенно актуально для скважин с низкими пластовыми давлениями, и позволяет производить работы по глушению скважин в условиях низких температур окружающей среды (до - 35°С). Метанол участвует в сшивке карбоксиметилцеллюлозы сульфатом меди в присутствии щелочи, придавая образовавшейся связи дополнительную прочность и устойчивость во времени за счет получения дополнительных связей с образованием в растворе эластичной и разветвленной сетки.
Таким образом, замена одного компонента в известном составе на другой (новая совокупность признаков) и новое соотношение компонентов позволили получить новый технический результат, заключающийся в улучшении реологических свойств состава для глушения скважин и увеличении сроков жизни образующихся гелей (более 40 суток), что обеспечивает надежность и качество проводимых работ по глушению скважин в условиях низких пластовых давлений на длительный период времени за счет стабильности вязкоупругих систем, сохранения первоначальной проницаемости продуктивного пласта. Низкая температура замерзания состава позволяет производить работы по глушению скважин независимо от времени года и снизить энергоемкость технологических процессов при отсутствии подогрева приготовленного состава.
Состав для глушения скважин на промысле готовится следующим образом.
Предварительно приготовливают два исходных раствора - водометанольный раствор карбоксиметилцеллюлозы с добавлением гидроксида натрия и водометанольный раствор сульфата меди. Затем насосными агрегатами одновременно закачивают два исходных раствора в скважину. При смешении данных растворов в НКТ в процессе закачки образуется гель, обладающий необходимыми реологическими свойствами и регулируемым сроком жизни геля (синерезисом).
Изменяя соотношения компонентов, входящих в заявляемый состав для глушения скважин, можно регулировать в широком диапазоне время деструкции образовавшегося геля.
Для подтверждения качества состава для глушения скважин проведены лабораторные исследования. При проведении лабораторных опытов использовали следующие реагенты:
карбоксиметилцеллюлоза марки КМЦ-9, ТУ 6-55-221-1453-96 производства ЗАО «Корпорация «Эфиры-целлюлозы» г.Владимир;
гидроксид натрия ГОСТ 2263-79;
сульфат меди ГОСТ 19347-84;
метанол ГОСТ 2222-95.
Пример. Приготовили 4%-ный раствор КМЦ путем растворения 4 г КМЦ в 96 мл воды. Отделили 80 мл раствора в отдельный стакан. Растворили 2 г гидроксида натрия в 5 мл воды при помешивании до полного растворения, после чего полученный раствор медленно влили в раствор КМЦ при интенсивном перемешивании в течение 5-7 минут (до полного смешивания). Добавили 5 мл метанола и снова перемешивали. В отдельной пробирке растворили 0,3 г сульфата меди в 5 мл воды, добавили 5 мл метанола, тщательно перемешали и полученный раствор медленно влили в ранее приготовленный водометанольный раствор КМЦ в смеси с гидроксидом натрия. Смешивание проводили при интенсивном перемешивании в течение 5-15 минут до получения однородной массы раствора. Процесс образования геля происходит быстро, сразу же по мере ввода в раствор КМЦ сшивателя - сульфата меди.
Таким образом, получили состав со следующим соотношением ингредиентов, масс.%: КМЦ - 4,0; гидроксид натрия - 2,0; сульфат меди - 0,3; метанол - 4,0 и вода - остальное (опыт 4).
Аналогичным образом готовили другие составы с различным соотношением ингредиентов (опыты 3, 5-7), а также состав по прототипу (опыт 1) и состав без метанола (опыт 2).
В ходе лабораторных исследований определяли реологические свойства полученных гелей: динамическую вязкость (Па·с) и статическое напряжение сдвига СНС (Па), которые определяли на вискозиметре «Полимер РПЭ-1М». Реологические свойства образовавшегося геля определяли через 1 час после приготовления геля, затем через 10, 20 и 30 дней. Срок жизни образовавшегося геля определяли визуально, наблюдая за его разрушением, по времени начала деструкции геля.
Результаты лабораторных опытов представлены в таблице.
Как видно из таблицы, известный состав (опыт 1) обладает низкими реологическими свойствами и недостаточным синерезисом (начало деструкции образовавшегося геля через 2 суток).
На основании проведенных исследований установлено, что в отсутствие метанола гелеобразующий состав на основе КМЦ, сшитого сульфатом меди в присутствии щелочи, обладает высокими реологическими свойствами, однако по истечении времени реологические свойства снижаются, а после выдержки в течение 20 дней образовавшийся гель начинает расслаиваться (опыт 2).
Введение метанола в состав для глушения скважин обеспечивает неизменность свойств гелеобразной вязкоупругой пластичной массы в течение длительного времени (более 40 суток) и позволяет использовать его при капремонте, а также в газопроявляющих скважинах. Кроме того, пониженная плотность предлагаемого состава (менее 1,0 г/см3) позволяет снизить репрессию на пласт, что особенно актуально для скважин с низкими пластовыми давлениями, и предотвратить проникновение состава в пласт.
Установлено, что оптимальное содержание метанола в заявляемом составе составляет 4,0-16,0 мас.% (опыт 4-6). При содержании метанола менее 4,0 мас.% (опыт 3) состав обладает достаточно высокими реологическими показателями, но недостаточной устойчивостью во времени (менее 40 суток). Содержание в заявляемом составе метанола более 16,0 мас.% экономически нецелесообразно (опыт 7).
Оптимальное содержание карбоксиметилцеллюлозы составляет 3,5-4,5 мас.%, гидроокиси натрия - 1,5-2,0 мас.% и сульфата меди - 0,3-0,4 мас.%.
Снижение содержания указанных компонентов ниже рекомендуемых пределов приводит к снижению реологических свойств состава, что ведет к образованию малоэластичного непрочного геля, а также к снижению долговременности блокирующего эффекта. Увеличение содержания данных компонентов в предлагаемом составе выше рекомендованных пределов приводит к тому, что состав загущается до неизмеримо высоких значений вязкости и СНС и не может быть использован для глушения скважин.
Основными достоинствами предлагаемого состава для глушения скважин являются:
- высокие и регулируемые величины вязкости и статического напряжения сдвига, которые при применении других составов для глушения скважин (глинистые растворы, рассолы, эмульсии, гидрогели и пены) не достигаются;
- снижение глубины проникновения состава в пласт, что позволяет сохранить и восстановить проницаемость коллектора после ремонта;
- достаточно высокий и регулируемый срок жизни вязкоупругого состава, что необходимо при различных продолжительностях ремонтных работ;
- возможность разрушения и удаления состава соляной кислотой, т.е. проведением обычной соляно-кислотной обработки при освоении скважины.
Таким образом, использование предлагаемого состава для глушения скважин с низким пластовым давлением обеспечивает надежное блокирование высокопроницаемых интервалов продуктивного коллектора на различные сроки проведения капитального ремонта, в том числе и на длительные (до 4 месяцев).
| Таблица | |||||||||||||
| №опыта | Ингредиенты геля | Массовая доля ингредиентов, % | Массовая доля метанола. % | Реологические свойства ВУС через: | Начало деструкции (разрушения) геля, сутки | Плотность геля, г/см3 | |||||||
| 1 час | 10 дней | 20 дней | 30 дней | ||||||||||
| Динам. вязкость, Па·с | СНС, Па | Динам. вязкость, Па·с | СНС, Па | Динам. вязкость, Па·с | СНС, Па | Динам. вязкость, Па·с | СНС, Па | ||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 |
| 1 | КМЦ Едкий натр Медный купорос Монопероксигидрат мочевины Вода | 2,5 0,45 0,3 0,2 остальное | - | 0,15 | 39,00 | - | - | - | - | - | - | 2 | 1,02 |
| 2 | КМЦ Едкий натр Медный купорос Вода | 4,0 2,0 0,3 | - | 1,85 | 234,20 | 1,14 | 153,00 | 0,78 | 54,00 | - | - | 22 | 1,02 |
| 3 | КМЦ Едкий натр Медный купорос Вода | 4,0 2,0 0,3 остальное | 2,5 | 1,91 | 257,50 | 2,20 | 402,30 | 2,00 | 268,80 | 1,01 | 131,30 | 33 | 1,02 |
| Продолжение таблицы | |||||||||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 |
| 4 | КМЦ Едкий натр Медный купорос Вода | 4,0 2,0 0,3 остальное | 4,0 | 2,00 | 268,80 | 2,72 | 365,57 | 2,55 | 342,72 | 1,55 | 208,32 | 60 | 1,00 |
| 5 | КМЦ Едкий натр Медный купорос Вода | 4,0 2,0 0,3 остальное | 8,0 | 1,82 | 228,70 | 2,15 | 356,08 | 1,55 | 287,00 | 1,21 | 202,00 | 60 | 0,98 |
| 6 | КМЦ Едкий натр Медный купорос Вода | 4,0 2,0 0,3 остальное | 16,0 | 1,79 | 256,30 | 2,20 | 402,30 | 1,69 | 311,00 | 1,39 | 260,00 | 120 | 0,97 |
| 7 | КМЦ Едкий натр Медный купорос Вода | 4,0 2,0 0,3 остальное | 24,0 | 1,71 | 213,44 | 1,98 | 383,00 | 1,62 | 303,00 | 1,11 | 140,00 | 35 | 0,95 |
Состав для глушения скважин, содержащий карбоксиметилцеллюлозу, гидроксид натрия, сульфат меди, добавку и воду, отличающийся тем, что он в качестве добавки содержит метанол при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:
| Карбоксиметилцеллюлоза | - 3,5-4,5 |
| Гидроксид натрия | - 1,5-2,0 |
| Сульфат меди | - 0,3-0,4 |
| Метанол | - 4,0-16,0 |
| Вода | - остальное. |
