Тампонирующий состав для селективной изоляции притока пластовых вод
Изобретение относится к составам для изоляции притока пластовых вод в нефтяных, газовых и нефтегазовых скважинах и может быть использовано в нефтегазодобывающей промышленности. Тампонажный состав для селективной изоляции притока пластовых вод включает, мас.%: структурообразующая глина - бентонит 5,5-7,5, наполнитель - керамзитовая пудра 5,5-7,5, силикат натрия - жидкое стекло плотностью 1500±20 кг/м3 35-45, кремнефтористый натрий 3,5-4,5, карбонат щелочного металла 0,5-1,5, хромат щелочного металла 0,05-0,09, КМЦ-Na 0,3-0,5, вода пресная - остальное. Технический результат - повышение эффективности изоляции водопритока. 4 табл.
Изобретение относится к составам для изоляции притока пластовых вод в нефтяных, газовых и нефтегазовых скважинах и может быть использовано в нефтегазодобывающей промышленности.
Известен способ селективной изоляции притока пластовых вод, в котором в качестве тампонирующего состава используют бентонит, силикат натрия, полимер и воду, при соотношении компонентов, мас.%:
| Бентонит | 5-10; |
| Силикат натрия | 2-4; |
| Полимер | 0,1-0,3; |
| Вода | остальное |
(см. заявка РФ №92011390/03, 1992 г.) (1).
Недостатком этого состава является невысокая эффективность изоляции водопритока из-за недостаточно высоких структурно-механических свойств тампонирующего состава.
Наиболее близким к предлагаемому является тампонирующий состав, включающий керамзитовую пудру в качестве наполнителя, силиката натрия (жидкое стекло), кремнефтористый натрий, карбонат натрия, ПАВ и воду, при соотношении компонентов, мас.%:
| Керамзитовая пудра | 17,5-22,5 |
| Силикат натрия (жидкое стекло) | 45,0-60,0 |
| Кремнефтористый натрий | 4,5-5,5 |
| Карбонат щелочного металла | 1,0-3,0 |
| ПАВ | 0,001-0,005 |
| Вода | остальное |
(Патент РФ №2362007, 2007 г.) (2).
Недостатком этого решения является его недостаточная технологичность из-за быстрого «схватывания» загустевания раствора, в результате чего не исключается возможность нарушения технологического регламента, вплоть до возникновения аварийных ситуаций, а также ухудшения структурно-механических свойств камня и повышение его водопроницаемости, т.е. снижение эффективности изоляции пласта.
Технической задачей изобретения является повышение эффективности изоляции водопритока путем увеличения адгезионных свойств состава, расширение охвата водоносных участков пласта и увеличения времени его загустевания.
Технический результат достигается тем, что в тампонирующем составе для селективной изоляции притока пластовых вод, включающем глинистый материал в виде керамзитовой пудры в качестве наполнителя, а также силикат натрия (жидкое стекло плотностью 1500±20 м кг/м3), кремнефтористый натрий, карбонат щелочного металла и пресную воду, в нем новым является то, что он дополнительно содержит структурообразующий глинистый материал - бентонит, а также хромат щелочного металла и КМЦ-Na, при соотношении компонентов, мас.%:
| Бентонит | 5,5-7,5 |
| Керамзитовая пудра | 7,5-9,5 |
| Силикат натрия (жидкое стекло плотностью | |
| 1500±20 м кг/м3) | 45-55 |
| Кремнефтористый натрий | 4,5-5,5 |
| Карбонат щелочного металла | 0,5-1,5 |
| Хромат щелочного металла 0,05-0,09 | |
| КМЦ-Na | 0,3-0,5 |
| Вода пресная - | остальное |
Таким образом, высокая эффективность предлагаемого состава обеспечивается за счет его отличительных признаков следующим образом.
Бентонит благодаря своим свойствам создавать стабильные структуры в щелочных водных растворах, не содержащих поливалентные металлы, обеспечивает образование однородной и стабильной суспензии со стабильной структурой и низкой водоотдачей, и в конечном результате образование однородно прочного камня. Кроме того, свежеприготовленная бентонитная суспензия после закачки в водоносный пласт, создает более объемную и прочную структуру, которая при затвердевании набухает и увеличивается в объеме, заполняя при этом промытые каналы. Набухание состава в замкнутом пространстве создает давление на стенках поровых каналов, при этом создается прочная и твердая структура с широким охватом водоносных каналов и высокими адгезионными свойствами, что в конечном итоге повышает эффективность гидроизоляции.
Эффективность гидроизоляции усилена совместным применением бентонита и керамзитовой пудры, поскольку последняя благодаря ее структуре и наличию мелкодисперсных пор создает более стабильную структуру суспензии, а в смеси с бентонитом обеспечивает образование однородного более прочного камня.
Хромат щелочного металла (натрия или калия) выполняет роль замедлителя реакции затвердевания кремнефтористого натрия с жидким стеклом, что необходимо при проведении водоизоляционных работ и для предотвращения аварийных ситуаций. Количество хромата зависит от времени начала схватывания тампонирующего состава (см. табл.3).
КМЦ-Na - натриевая соль карбоксиметилцеллюлозы и выполняет роль пластификатора и смачивателя твердых частиц глины, который обволакивает структурообразующие частицы и улучшает их проникающую способность в малопроницаемые каналы водоносного участка пласта, кроме того, КМЦ-Na является стабилизатором структуры свежеприготовленной суспензии.
Для достижения заданного технического результата, повышения эффективности изоляционных свойств состава, существенным являются также признаки, общие с прототипом.
Водный раствор силиката натрия (жидкое стекло) является растворителем химреагентов и стеклообразователем, при этом кремнефтористый натрий является отвердителем жидкого стекла, при их взаимодействии образуются прочные и очень твердые структуры с высокими механическими и адгезионными характеристиками.
Карбонат щелочного металла (натрия или калия) обеспечивает щелочную среду, необходимую для образования глинистой структуры и улучшения механических свойств глинистого камня, предохраняет его от разрушения под действием пластовой воды и снижает водопроницаемость при взаимодействии с солями поливалентных металлов, преимущественно магния и кальция (Mg, Ca).
При этом после затвердевания тампонирующего состава и образования глинисто-стекольного камня проникновения в его поры пластовой воды способствует улучшению механических и фильтрационных свойств камня именно благодаря наличию в составе щелочных соединений (не прореагировавший силикат натрия и карбонат натрия).
В условиях пласта, до начала затвердевания тампонирующего состава при контакте с ним пластовой воды с одной и другой стороны образуются водонерастворимые вяжущие соединения (силикаты и карбонаты кальция и магния), «согласно реакции (1-4)», обладающие высокими адгезионными свойствами, которые создают экранирующие слои, препятствующие выносу и разбавлению тампонирующего состава.
Способ приготовления тампонирующего состава.
В емкость для приготовления суспензии наливают расчетное количество товарного силиката натрия (жидкого стекла плотностью 1500±20 кг/м3), добавляют расчетное количество пресной воды, перемешивают, добавляют расчетное количество КМЦ-Na и перемешивают до полного растворения КМЦ-Na и получения гомогенной системы. Затем в последовательном порядке добавляют карбонат щелочного металла (Na, К), хромат щелочного металла (Na, К) и кремнефтористый натрий, перемешивают до получения гомогенной суспензии. После этого добавляют бентонит и керамзитовую пудру и перемешивают до получения однородной суспензии. Состав прокачивают в скважину в свежеприготовленном виде.
В таблице 1 приведены варианты тампонирующего состава.
| Таблица 1 | |||
| Компонентный состав, мас.% | Варианты | ||
| А | Б | В | |
| 1. Бентонит | 5,5 | 6,5 | 7,5 |
| 2. Керамзитовая пудра | 7,5 | 6,5 | 5,5 |
| 3. Силикат натрия (жидкое стекло плотностью 1500±20 кг/м3) | 45 | 40 | 35 |
| 4. Кремнефтористый натрий | 4,5 | 4,0 | 3,5 |
| 5. Карбонат натрия или калия | 0,5 | 1,0 | 1,5 |
| 6. Хромат натрия или калия | 0,05 | 0,07 | 0,09 |
| 7. КМЦ | 0,3 | 0,4 | 0,5 |
| 8. Вода | 36,65 | 41,53 | 46,41 |
В Таблице 2 приведены технические характеристики образующегося камня предлагаемого состава (варианты в соответствии с таблицей 1).
| Таблица 2 | ||||
| Показатели | Варианты предлагаемого состава | Прототип | ||
| А | Б | В | ||
| 1. Адгезионная прочность, МПа | 4,0-4,5 | 4,5-5,0 | 5,0-6,0 | 3,0-4,0 |
| 2. Водонепроницаемость, МПа | 14,0-14,5 | 14,5-15,5 | 16-17 | 14-15 |
| 3. Предел прочности при сжатии, МПа | 11-13 | 13-15 | 15-17 | 11-12 |
| 4. Предел прочности при изгибе, МПа | 5-6 | 6-7 | 7-8 | 4-6 |
| 5. Начало схватывания, час | 6-7 | 7-8 | 8-9 | 3-4 |
Объем необходимого гидроизоляционного раствора зависит от интервала перфорации, пористости и проницаемости обводненного участка ПЗП и определяется расчетным путем.
Начало схватывания состава составляет от 6 и до 9 часов. Время полного затвердевания состава и образования стойкого камня в пластовых условиях составляет 24-78 часов в зависимости от температуры пласта, таблица 3.
Зависимость затвердевания тампонирующего состава от температуры.
| Таблица 3 | ||
| Температура, °С | Время затвердевания, час | |
| Предлагаемый состав | Прототип | |
| Ниже 25 | 72-78 | 60-68 |
| 25-50 | 48-56 | 36-44 |
| 50-75 | 32-36 | 24-28 |
| Выше 75 | 20-24 | 12-18 |
В таблице 4 приведены результаты лабораторных исследований в поровых кернах эффективности предлагаемого состава. Определение эффективности провели после заполнения керна предлагаемым составом, а заполненный керн окунали в пластовую воду в течение времени более трех суток.
| Таблица 4 | ||||
| № | Исходная проницаемость керна, дарси | Предлагаемым способ | Прототип | |
| Проницаемость керна после закачки, дарси | Эффективность | Эффективность | ||
| 1 | 7,2 | 0,42 | 94,1 | 74,4 |
| 2 | 4,8 | 0,23 | 95,2 | 78,3 |
| 3 | 3,8 | 0,14 | 96,3 | 82,7 |
| 4 | 3,4 | 0,09 | 97,1 | 83,5 |
| 5 | 2,3 | 0,05 | 97,8 | 89,2 |
| 6 | 1,9 | 0,03 | 98,4 | 94,2 |
Таким образом, предлагаемый состав обеспечивает создание более прочного и стойкого в агрессивных условиях гидроизоляционного барьера
Тампонажный состав для селективной изоляции притока пластовых вод, включающий глинистый материал в виде керамзитовой пудры в качестве наполнителя, силикат натрия - жидкое стекло плотностью 1500±20 кг/м3, кремнефтористый натрий, карбонат щелочного металла, пресную воду, отличающийся тем, что он дополнительно содержит структурообразующий глинистый материал - бентонит, а также хромат щелочного металла и КМЦ-Na, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| Структурообразующая глина - бентонит | 5,5-7,5 |
| Наполнитель - керамзитовая пудра | 5,5-7,5 |
| Силикат натрия - жидкое стекло плотностью 1500±20 кг/м3 | 35-45 |
| Кремнефтористый натрий | 3,5-4,5 |
| Карбонат щелочного металла | 0,5-1,5 |
| Хромат щелочного металла | 0,05-0,09 |
| КМЦ-Na | 0,3-0,5 |
| Вода пресная | Остальное |
