Гидрофобный полимерный тампонажный состав (варианты)
Владельцы патента RU 2376336:
Открытое акционерное общество "Акционерная нефтяная компания "Башнефть" (ОАО "АНК "Башнефть") (RU)
Изобретение относится к гидрофобному полимерному тампонажному составу и может найти применение в нефтегазодобывающей промышленности для ремонтно-восстановительных работ при устранении негерметичности эксплуатационной колонны и цементного кольца, ликвидации поглощений при бурении скважин, изоляции пластовых вод при проведении ремонтно-изоляционных работ в газонефтяных скважинах. Гидрофобный полимерный тампонажный состав, включающий карбамидоформальдегидную смолу - КФС и гидроксохлористый алюминий - ГХА, дополнительно содержит углеводородный растворитель - нефть и приготовлен перемешиванием в течение 10 минут КФС с инвертной эмульсией, предварительно образованной при перемешивании нефти и ГХА, при следующем соотношении компонентов, об.ч.: КФС - 100, ГХА 10-50, нефть 10-50. В другом варианте гидрофобного полимерного тампонажного состава инвертную эмульсию образовывают при последовательном перемешивании ПАВ - эмунола с дизельным топливом и с ГХА при следующем соотношении компонентов, об.ч.: КФС 100, ГХА 10-50, дизельное топливо 10-50, указанное ПАВ 0,5- 1,0. Технический результат: создание гидрофобного нерастворимого в воде полимерного тампонажного состава с повышенными прочностными и адгезионными свойствами. 2 н. ф-лы, 1 табл.
Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и предназначено для ликвидации поглощений при бурении скважин, изоляции пластовых вод при проведении ремонтно-изоляционных работ (РИР) в газонефтяных скважинах и для ремонтно-восстановительных работ (РВР) при устранении негерметичности эксплуатационной колонны и цементного кольца.
Известны полимерные тампонажные составы на основе карбамидоформальдегидной смолы и различных кислотных отвердителей, например соляной кислоты [Ивачев Л.И. Промывка и тампонирование геолого-разведочных скважин. - М.: Недра, 1989. С.156].
Недостатком известных тампонажных составов является короткое время твердения смолы и усадка твердого полимера.
Наиболее близким по технической сущности к изобретению является полимерный тампонажный состав для РИР и изоляции зон поглощения, содержащий водорастворимую карбамидоформальдегидную смолу (марки КФ-Ж) и кислый отвердитель - водный раствор алюмохлорида (гидроксохлористый алюминий) [А.с. 1763638, МПК 7 Е21В 33/38, оп. 23.09.91].
Недостатками известного состава являются:
- разбавление водорастворимой карбамидоформальдегидной смолы технической водой при прохождении состава по стволу скважины, что приводит к ухудшению прочностных свойств отвержденной смолы;
- реагирование кислотного отвердителя с карбонатами, слагающими породу, и (или) гидроксидом кальция - основой цементного камня, в результате этого тампонажный состав на границе с горной породой и цементным камнем остается неотвержденным.
Указанные недостатки снижают успешность проводимых РИР и РВР.
Исходя из вышеизложенного возникает проблема создания гидрофобного (не растворимого в воде) полимерного тампонажного состава с высокими прочностными и адгезионными свойствами.
Указанный технический результат достигается тем, что гидрофобный полимерный тампонажный состав (варианты), включающий водорастворимую карбамидоформальдегидную смолу и гидроксохлористый алюминий, согласно изобретению дополнительно содержит нефть, причем тампонажный состав приготовят путем предварительного перемешивания нефти и гидроксохлористого алюминия с получением инвертной эмульсии с последующим добавлением в полученную указанную эмульсию карбамидоформальдегидной смолы, при следующем содержании компонентов, об.ч:
| карбамидоформальдегидная смола | 100 |
| гидроксохлористый алюминий | 10-50 |
| нефть | 10-50 |
Гидрофобный полимерный тампонажный состав, включающий водорастворимую карбамидоформальдегидную смолу и гидроксохлористый алюминий, согласно изобретению дополнительно содержит дизельное топливо и ПАВ-эмунол, при этом гидрофобный полимерный состав приготовят путем добавления ПАВ при постоянном перемешивании в дизельное топливо с последующим введением гидроксохлористого алюминия с получением инвертной эмульсии, затем добавления карбамидоформальдегидной смолы, при следующем содержании компонентов, об.ч:
| карбамидоформальдегидная смола | 100 |
| гидроксохлористый алюминий | 10-50 |
| дизельное топливо | 10-50 |
| ПАВ-эмунол | 0,5-1,0 |
В предлагаемом составе используются:
- карбамидоформальдегидные смолы марки КФ-Ж по ГОСТ 14231-88 или марки «РЕЗОЙЛ К-1» по ТУ 2221-637-55778270-2004;
- гидроксохлористый алюминий по ТУ 38.302163-94, изм. №№1, 2 - жидкость плотностью 1,181-1,247 г/м3 с содержанием основного вещества в пересчете на АlСl3 в пределах 200-300 г/л, обладающую кислыми свойствами (рН не менее 2)
- нефть, ГОСТ Р 51858-2002 и дизельное топливо ГОСТ 2177-82
- в качестве ПАВ используется эмунол, вязкая жидкость от коричневого до темно-коричневого цвета, соответствующая ТУ 2458-008-18947160-2001.
Использование нефти или дизельного топлива соответственно с гидроксохлористым алюминием или гидроксохлористым алюминием и ПАВ-эмунолом способствует образованию устойчивых инвертных эмульсии, внешней (дисперсионной) средой которых является углеводородная жидкость, что обеспечивает гидрофобные свойства полимерному тампонажному составу при введении водорастворимой карбамидоформальдегидной смолы и предотвращает его разбавление технической или пластовой водой в стволе скважины и пласте соответственно.
Капсулирование карбамидоформальдегидной смолы и кислотного отвердителя (гидроксохлористого алюминия) в углеводородной среде предотвращает непосредственный контакт и последующее реагирование отвердителя с породой или цементным камнем, что повышает адгезию отвержденного полимерного состава к породе и «старому» цементному камню.
Нефть или дизельное топливо в предлагаемом составе, помимо вышеперечисленных достоинств, играют роль пластификатора, располагаясь между полимерными цепочками, предотвращая образование большого количества полимерных сшивок, тем самым, способствуя снижению усадки отвержденного полимера.
Ниже приведены примеры, подтверждающие возможность осуществления изобретения.
Пример 1. Тампонажный состав готовится следующим образом. В стакан помещается 10 мл нефти и при постоянном перемешивании с помощью пропеллерной мешалки вводится 10 мл гидроксохлористого алюминия до образования инвертной эмульсии, затем добавляется 100 мл смолы КФ-Ж.
Перемешивание продолжается в течение 10 мин до образования нефтесмоляной инвертной эмульсии, которая оставляется для твердения при температуре 25°С. Тампонажный состав теряет текучесть через 2 ч, прочность на сжатие составляет 16,20 Ма. Адгезия характеристики через 2-е суток хранения отвержденных образцов в пластовой воде составили, МПа: с поверхностью породы - 0,58; металла - 0,25 и «старого» цементного камня - 0,31.
Адгезионные свойства образующегося полимерного состава с поверхностями металла, породы и «старого» цементного камня определялись на приборе с цилиндрическими формой и пуансоном по известной схеме и методике (Данюшевский B.C., Алиев P.M., Толстых М.Ф. Справочное руководство по тампонажным материалам. - 2-е изд., перераб. и доп.-М.: Недра, 1987. - С.352-353.)
Примеры 2, 4, 5 готовятся аналогично первому, отличаются количеством нефти, гидроксохлористого алюминия и маркой смолы.
Пример 3. В стеклянный стакан помещается 10 мл дизельного топлива и при постоянном перемешивании с помощью пропеллерной мешалки вводится 0,5 мл эмунола и 10 мл гидроксохлористого алюминия до образования инвертной эмульсии, затем вводится 100 мл смолы КФ-Ж. Перемешивание продолжается в течение 10 мин до образования инвертной смоляной эмульсии, которая оставляется для твердения при температуре 25°С. Тампонажный состав теряет текучесть через 1 ч, прочность на сжатие достигает 14,70 МПа. Адгезионные характеристики (МПа) через 2-е суток хранения отвержденных образцов в пластовой воде составляют: с поверхностью породы - 0,36; металла - 0,18 и «старого» цементного камня - 0,27.
Применение нефти или дизельного топлива в количестве 10-50 об.ч. обусловлено свойствами отвержденных полимерных составов, удовлетворяющих требованиям РИР и РВР. Введение менее 10 об.ч. нефти или дизельного топлива в тампонажный состав не устраняет усадки твердого полимера, более 50 об.ч. - снижает прочность твердого полимера. ПАВ-эмунол в количестве 0,5-1,0 об.ч. добавляется при постоянном перемешивании в дизельное топливо перед введением гидроксохлористого алюминия, что способствует в дальнейшем при введении карбамидоформальдегидной смолы образованию устойчивых инвертных эмульсий. Последние на основе нефти, гидроксохлористого алюминия и карбамидоформальдегидной смолы сохраняют устойчивость до потери текучести без применения ПАВ.
Заявляемый гидрофобный полимерный тампонажный состав, как показывает таблица, обладает оптимальным для проведения РИР и РВР временем отверждения (2-2 ч 30 мин), высокой прочностью и адгезией к поверхностям металла, породы и «старого» цементного камня в отличие от состава по протипу.
В промысловых условиях гидрофобный полимерный состав готовится на стандартном оборудовании, применяемом для проведения РИР и РВР. К примеру, для ликвидации заколонного перетока в нагнетательной скважине №75 Культюбинского месторождения готовили нефтесмоляную эмульсию следующим образом: в один отсек цементировочного агрегата заливали 0,2 м3 нефти и при постоянном перемешивании подавали 0,4 м3 гидроксохлористого алюминия до образования инвертной эмульсии. К полученной эмульсии добавляли 1,0 м3 смолы «Резойл К-1» и смесь тщательно перемешивали в течение 10 мин. Готовую нефтесмоляную эмульсию закачали в скважину. По результатам комплекса геофизических исследований заколонный переток был устранен.
Таким образом, предлагаемый гидрофобный полимерный тампонажный состав простой в приготовлении, не разбавляется технической и пластовой водой, отвержденный полимер на его основе обладает высокой прочностью и адгезией к поверхностям породы, металла, цементного камня, что обеспечивает успешность проводимых РИР и РВР.
| Таблица - Отверждение гидрофобного полимерного тампонажного состава | ||||||||||
| Гидрофобный полимерный тампонажный состав, об.ч. | Время потери текучести, ч-мин. | Прочность на сжатие, МПа | Адгезия к поверхности, МПа | Примечание | ||||||
| породы | цементного камня | металла | ||||||||
| карбамидоформальдегидная смола | ГХА | нефть | дизельное топливо | ПАВ-эмунол | ||||||
| КФ-Ж 100 | 10 | 10 | - | - | 2-00 | 16,20 | 0,58 | 0,31 | 0,25 | усадка твердого полимера отсутствует |
| 100 | 50 | 50 | - | - | 1-30 | 10,40 | 0,28 | 0,22 | 0,15 | |
| 100 | 50 | - | 10 | 0,5 | 1-00 | 14,70 | 0,36 | 0,27 | 0,18 | |
| Резойл К-1 100 | 10 | 10 | - | - | 2-30 | 17,10 | 0,62 | 0,41 | 0,23 | |
| 100 | 50 | 50 | - | - | 2-00 | 13,60 | 0,42 | 0,35 | 0,23 | |
| 100 | 50 | - | 50 | 1,0 | 2-00 | 8,25 | 0,29 | 0,21 | 0,16 | |
| Состав по прототипу | ||||||||||
| КФ-Ж 100 | 50 | - | - | - | 0-30 | 17,20 | - | - | - | значительная усадка твердого полимера |
| 100 |
1. Гидрофобный полимерный тампонажный состав, включающий карбамидоформальдегидную смолу-КФС и гидроксохлористый алюминий-ГХА, отличающийся тем, что он дополнительно содержит углеводородный растворитель-нефть и приготовлен перемешиванием в течение 10 мин КФС с инвертной эмульсией, предварительно образованной при перемешивании нефти и ГХА, при следующем соотношении компонентов, об.ч.:
| КФС | 100 |
| ГХА | 10-50 |
| Нефть | 10-50 |
2. Гидрофобный полимерный тампонажный состав, включающий карбамидоформальдегидную смолу-КФС и гидроксохлористый алюминий-ГХА, отличающийся тем, что он дополнительно содержит углеводородный растворитель- дизельное топливо и поверхностно-активное вещество-ПАВ-эмунол и приготовлен перемешиванием в течение 10 мин КФС с инвертной эмульсией, предварительно полученной при последовательном перемешивании ПАВ с дизельным топливом и с ГХА, при следующем соотношении компонентов, об.ч.:
| КФС | 100 |
| ГХА | 10-50 |
| Дизельное топливо | 10-50 |
| ПАВ | 0,5-1,0 |
