Гидроизолирующий состав и способ получения гидроизолирующего состава
Владельцы патента RU 2430946:
Общество с ограниченной ответственностью "Торговый дом "Буровые материалы" (RU)
Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к буровым и нефтегазопромысловым технологическим жидкостям и способам их применения. Гидроизолирующий состав - ГИС может быть использован для предупреждения и ликвидации осложнений в процессе строительства и эксплуатации скважин. Технический результат - ускорение гелеобразования и повышение его стойкости к воздействию щелочной среды. Гидроизолирующий состав содержит, мас.ч.: нефелинсодержащий материал 1, 5-20%-ный водный раствор сильной кислоты 4-15, спиртовая добавка 0,40-2,25. Гидроизолирующий состав также может дополнительно содержать отход этого гидроизолирующего состава - ГИС в виде сухого ГИС в количестве 0,4-3,0 мас.ч. Способ получения гидроизолирующего состава включает смешение, мас.ч.: 5-20%-ного водного раствора сильной кислоты 4-15 и спиртовой добавки 0,40-2,25 с последующим введением в полученную смесь 1 мас.ч. нефелинсодержащего материала и 0,4-3,0 мас.ч. сухого ГИС - отхода гидроизолирующего состава, полученного смешением, мас.ч.: нефелинсодержащего материала 1 со смесью 5-20%-ного водного раствора сильной кислоты 4-15 и спиртовой добавки 0,40-2,25. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 2 табл.
Область техники.
Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к буровым и нефтегазопромысловым технологическим жидкостям и способам их приготовления.
Уровень техники.
Известен гидроизолирующий состав - ГИС, содержащий 50-70 кг нефелина в 1 м3 10%-ного водного раствора соляной кислоты (Патент РФ №2046183. Способ разработки нефтяной залежи с обводненными пропластками. 1995). Достоинством состава и способа его получения является использование нефелина, который полностью растворяется в водном растворе соляной кислоты. Благодаря этому гелеобразующий состав не содержит твердой фазы и обладает повышенной проникающей способностью. К недостаткам состава следует отнести необходимость применения водного раствора соляной кислоты только 10%-ной концентрации, что ограничивает возможности его использования.
Известен ГИС, содержащий водную среду, 3-15% нефелина и 5-9% соляной кислоты (Патент РФ №2089723. Способ разработки нефтяных месторождений. 1997). Достоинством состава и способа его получения является использование для приготовления состава слабоминерализованной пластовой воды плотностью 1,07 г/см3. Благодаря этому расширяются возможности его использования. К недостаткам следует отнести низкую прочность геля и образование пузырьков газа при взаимодействии состава с карбонатными породами. При водоизоляционных работах это ограничивает область применения гидроизолирующего состава некарбонатными породами, а при его использовании для отверждения жидких отходов - приводит к повышению проницаемости отвержденного материала.
Прототипом данного изобретения является ГИС «Невод», состоящий из 1 мас.ч. нефелинсодержащего порошкообразного материала и от 4 до 15 мас.ч. 5-20%-ного раствора сильной кислоты (Патент РФ №2064570. Способ получения гидроизолирующего состава. 1996). Этот состав характеризуется повышенной устойчивостью к разбавлению водой и сероводородной агрессии. К недостаткам ГИС «Невод» можно отнести его нетехнологичность, заключающуюся в большой продолжительности растворения нефелинсодержащего материала в растворе сильной кислоты, последующем медленном гелеобразовании (переход золя в гель) и низкой стойкости геля к воздействию щелочной среды. Частично решить эти проблемы можно путем повышения концентрации нефелинсодержащего материала и кислоты, однако это увеличивает материалоемкость технологии, а использование более концентрированной кислоты ухудшает условия работы технологического оборудования и увеличивает риск травмирования персонала.
Отмеченные недостатки существенно снижают эффективность и результативность применения ГИС «Невод». Например, при гидроизоляции рапоносного горизонта длительность процесса гидроизоляции (обвязка технологического оборудования и приготовление ГИС, спуск колонны труб в скважину и закачка ГИС в пласт, ожидание застудневания геля, подъем колонны труб и демонтаж технологического оборудования) составляет примерно 3 сут. Самым продолжительным является этап ожидания застудневания геля (не менее 2 сут). Если завершить процесс гидроизоляции до образования прочного геля, то под давлением рапы ГИС может быть полностью или частично вымыт из пласта.
При взаимодействии со щелочной средой (цементный камень, горные породы, пластовые флюиды) гель теряет прочность, что также может быть причиной некачественной гидроизоляции.
Невозможность точной оценки потребного объема ГИС для закачки в гидроизолируемый объект предопределяет необходимость опережающего приготовления ГИС с целью обеспечения непрерывности процесса закачки. Поэтому при прекращении закачки остается неизрасходованный ГИС (отход), захоронение которого в соответствии с требованиями экологического законодательства сопровождается временными, материальными и финансовыми затратами.
Раскрытие изобретения.
Изобретение решает задачу расширения технических средств, используемых для выполнения гидроизоляционных работ в нефтегазодобывающей промышленности.
Достигаемый при этом технический результат заключается в ускорении гелеобразования и повышении стойкости геля к воздействию щелочной среды. Этот технический результат обеспечивает высокую результативность применения ГИС. Эффективность ГИС обеспечивается также за счет использования его отходов, образующихся в процессе гидроизоляции, для приготовления новых порций ГИС.
Сущность изобретения.
Гидроизолирующий состав, содержащий нефелинсодержащий материал и 5-20%-ный водный раствор сильной кислоты, дополнительно содержит спиртовую добавку при соотношении, мас.ч.: нефелинсодержащий материал - 1; 5-20%-ный водный раствор сильной кислоты - 4-15; спиртовая добавка - 0,40-2,25, а также он может содержать дополнительно отход гидроизолирующего состава - ГИС в виде сухого ГИС в количестве 0,4-3,0 мас.ч. Способ получения гидроизолирующего состава включает смешение, мас.ч.: 5-20%-ного водного раствора сильной кислоты -4-15 и спиртовой добавки - 0,40-2,25 с последующим введением в полученную смесь 1 масс.ч. нефелинсодержащего материала и 0,4-3,0 мас.ч. сухого ГИС - отхода гидроизолирующего состава, полученного смешением, мас.ч.: нефелинсодержащего материала - 1 со смесью 5-20%-ного водного раствора сильной кислоты - 4-15 и спиртовой добавки - 0,40-2,25.
Осуществление изобретения.
В качестве порошкообразного нефелинсодержащего материала можно использовать измельченные как нефелиновую руду, например отвальные хвосты, так и кондиционный нефелиновый концентрат. Нефелиновый концентрат представляет собой отход, образующийся при обогащении апатит-нефелиновой руды, содержащий, мас.%: нефелин до 82, полевой шпат - до 12, эгирин - до 4, гидрослюду - до 3, а также другие компоненты, суммарное количество которых не превышает 1 мас.%.
В качестве сильной кислоты можно использовать серную, азотную, соляную и другие кислоты. Однако предпочтительнее серная кислота, как не вызывающая образования токсичных летучих веществ.
В качестве спиртовой добавки можно использовать любые - одно-, двух-, трех- и многоатомные спирты.
Осуществление изобретения иллюстрируется примерами, приведенными в таблице 1.
ГИС «Невод» (опыт №1) приготавливали путем введения в 270 мл (9 мас.ч.) 10%-ного раствора серной кислоты при перемешивании 30 г (1 мас.ч.) нефелинового концентрата, просеянного через сито с отверстиями 0,5 мм.
Гидроизолирующие составы со спиртовой добавкой получали путем смешения 270 мл (9 мас.ч.)10%-ного раствора серной кислоты и спиртовой добавки в количестве 10-15% мас. от водного раствора кислоты - 0,4-2,25 мас.ч. с последующим введением в эту смесь при перемешивании 30 г (1 мас.ч.) нефелинового концентрата, просеянного через сито с отверстиями 0,5 мм.
В качестве спиртовой добавки (СД) в опытах №2-3 использовали жидкость «Тосол А-65М», в опыте №4 - глицерин, в опыте №5 - изопропанол, а в опыте №6 - бутанол.
В процессе гелеобразования через фиксированные промежутки времени измеряли вязкость ГИС (η, мПа×с). Как следует из результатов, представленных в таблице, гелеобразование в составе «Невод» в течение первых 36 ч идет относительно медленно и лишь через 48 ч вязкость превышает 1000 мПа×с. Практически такой же результат дает введение в этот состав спиртовой добавки «Тосол А-65М» в количестве менее значения нижнего предела заявленного содержания. При содержании СД 0,4 мас.ч. процесс гелеобразования завершается спустя 48 ч, поскольку в дальнейшем вязкость повышается незначительно.
При количестве СД более верхнего предела заявленного содержания дальнейший рост вязкости хотя и незначительно, но замедляется.
Таким образом, технический результат - короткий период гелеобразования и высокая скорость упрочнения геля, достигается при содержании спиртовой добавки «Тосол А-65М» в количестве 0,4-2,25 мас.ч.
Применение в качестве спиртовой добавки глицерина (опыт №4), изопропилового (опыт №5) и бутилового (опыт №6) спирта в заявленном количестве дает результаты, аналогичные применению жидкости «Тосол А-65М». В качестве спиртовой добавки можно также использовать отходы производства и потребления, содержащие спирт, например отработанные жидкости для очистки стекол автомобилей.
Отход гидроизолирующего состава - ГИС представляет собой неизрасходованный ГИС, который через некоторое время, порядка 3-4 ч, переходит в сухое состояние, с влажностью порядка 30-50%, т.е. в форме пасты.
Этот отход можно использовать путем добавления в процессе получения гидроизолирующего состава в смесь водного раствора сильной кислоты и СД. Так, в опыте №7 гидроизолирующий состав был приготовлен путем смешения 9 мас.ч. 10%-ного раствора серной кислоты и 0,9 мас.ч. глицерина, с последующим введением в эту смесь 0,9 мас.ч. сухого ГИС и 1 мас.ч. нефелинового концентрата. Сухой ГИС-отход - неизрасходованный остаток ГИС, полученного введением 1 мас.ч. нефелинового концентрата в смесь 9 мас.ч. 10%-ного раствора серной кислоты и 0,9 мас.ч. глицерина.
| Таблица 1 | ||||||||
| № опыта | ГИС | Вязкость ГИС (η, мПа×с) в зависимости от времени гелеобразования (ч) | ||||||
| 6 | 12 | 24 | 36 | 48 | 60 | 72 | ||
| 1 | Невод | 18 | 42 | 112 | 386 | 1074 | 1636 | 2077 |
| 2 | Невод + 0,9 мас.ч. СД | 26 | 52 | 1131 | 2692 | 3214 | 3408 | 3496 |
| 3 | Невод + 1,35 мас.ч. СД | 27 | 50 | 1126 | 2687 | 3207 | 3412 | 3488 |
| 4 | Невод + 0,9 мас.ч. СД | 16 | 49 | 1224 | 2796 | 3308 | 3621 | 3696 |
| 5 | Невод + 0,9 мас.ч. СД | 28 | 54 | 1178 | 2587 | 3422 | 3498 | 3523 |
| 6 | Невод + 0,9 мас.ч. СД | 33 | 61 | 1304 | 2672 | 3293 | 3624 | 3744 |
| 7 | Невод + 0,9 мас.ч. СД + 0,9 мас.ч. ОГИС | 32 | 58 | 1196 | 2432 | 2914 | 3218 | 3293 |
После завершения гелеобразования ГИС ведет себя как вязкоупругая система: при небольших амплитудах прогибается, при резких - растрескивается на блоки. При взаимодействии со щелочной средой (цементный камень, горные породы, пластовые флюиды) гель теряет прочность. Устойчивость ГИС к щелочной агрессии оценивали при помощи вискозиметра типа «конус-плоскость» путем измерения страгивающей нагрузки до (τо) и после (τк) контакта геля с 1%-ным водным раствором полимера КМЦ-700 (pH=9,6) в течение 72 ч. Анализ результатов этих исследований (таблица 2) показывает, что прочность ГИС «Невод» (опыт №1), оцениваемая страгивающей нагрузкой, в результате воздействия щелочной среды снизилась на 27% (с 49 до 36 дПа). Для ГИС, приготовленных с добавлением спиртовой добавки, падение прочности составило 13%. Таким образом, введение в ГИС в процессе его приготовления спиртовой добавки позволили повысить устойчивость гидроизолирующего состава к воздействию щелочной среды.
| Таблица 2 | |||||
| Номер ГИС по табл.1 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
| τо, дПа | 49 | 48 | 64 | 62 | 51 |
| τк, дПа | 36 | 38 | 56 | 56 | 39 |
1. Гидроизолирующий состав, содержащий нефелинсодержащий материал и 5-20%-ный водный раствор сильной кислоты, отличающийся тем, что он дополнительно содержит спиртовую добавку при соотношении, мас.ч.:
| нефелинсодержащий материал | 1 |
| 5-20%-ный водный раствор сильной кислоты | 4-15 |
| спиртовая добавка | 0,40-2,25 |
2. Гидроизолирующий состав по п.1, отличающийся тем, что он дополнительно содержит отход этого гидроизолирующего состава-ГИС в виде сухого ГИС в количестве 0,4-3,0 мас.ч.
3. Способ получения гидроизолирующего состава, включающий смешение, мас.ч.: 5-20%-ного водного раствора сильной кислоты 4-15 и спиртовой добавки 0,40-2,25 с последующим введением в полученную смесь 1 мас.ч. нефелинсодержащего материала и 0,4-3,0 мас.ч. сухого ГИС-отхода гидроизолирующего состава, полученного смешением, мас.ч.: нефелинсодержащего материала 1 со смесью 5-20%-ного водного раствора сильной кислоты 4-15 и спиртовой добавки 0,40-2,25.
