Состав для крепления неустойчивых пород

 

Союз Советскин

Социалнстмческик

Веслублкк

Оп ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

«i>977709 (61) Дополнительное к авт. сана-ву (22) Заявлено 03, 04. 81 (21) 3313854/22-03 с присоелннением заявки Ж(23) Приоритет

Опубликовано30, 1l .82. !>к<ллетеп №44

Дата опубликования опнсанн.< 30.l ) .82 (5! )М. Кл.

Е 21 В 33/138

С 09 К 17/00

9<сударстнсннь<й кнмнтат

CCCP по данам нзабретеннй н ат«рь<тнй (53) УДК622.276

{088. 8) (72) Авторы изобретения

Л.И,Комисаров и С.К.Петров!

Северо-Кавказский .государственный научно-исследовательскйй и проектный институт нефтяной промьшшенности (71) Заявитель

{54.1 COCTM ДЛЯ КРЕПЛЕНИЯ НЕУСТОПЧИБЫХ

ПОРОД лоту С17.

Изобретение относится к нефтяно<1 и газовой -промышленности, и может быть исполь зо ва но для крепления неустойчивых пород при добыче углеводородов, а также термальных вод.

Известен состав для крепления неустойчивых пород, включающий мочевинофурфуролформальдегидную смо<лу и в качестве кислОтного Отвердителя щавелевую и ортофосфорную кис- <о

Основными недостатками применения этого состава являются ограниченность использования состава до 6070 С; снижение проницаемости пласта из-за отсутствия газообразных продуктов реакции в процессе твердения.

Наиболее близким к предлагаемому о является состав, включающий силикат щелочного мет:<лла, например силикат натрия, поверхностно-активное вещество, например ОП-10, и воду (2).

Основным недостатком известного состава является низкая прочность крепления и уменьшение проницаомости в 4-6 раз по сравнению с первоначальной.

Экспериментально установлено, что при проведении крепле«ия неустойчи.вых пород с проницаемостью 1500 мД известным составом проницаемость составляет 300 мД, а прочность О, 3 кгс/см 2:

Мель изобретения — повышение прочности крепления неустойч< вых пород и предотвращение снижения их проницаемости.

Поставленная цель достигается тем, что состав, включающий силикат щелочного металла, например силикат натрия, поверхностно-активное вещество, например ОП-10, и воду,, дополнительно содержит металлический алюминий, гидроксид щелочного металла при следующем соотношении компонентов, вес.ь:

977709

0,0?- 3,7

3S

3

Силикат щелочного металла, например силикат натрия 1,5- 8,0

Металлический алюминий

Гидроксид щелочного металла, например гидроксид натрия или гидр- 10 оксид калия 2,8- б,7

Поверхностно-акт и вное вещество, например ОП-10 0 13- 0,52

Вода Ос таль ное 15

Механизм твердения состава заключается в следуюцем.

Известно, что алюминий покрыт проч" ной окисной пленкой А1 0 .

При определенной температуре, кото- рая зависит от содержания в составе силиката натрия и гидроксида натрия или:гидроксида калия, последние начинают реагировать с окисной пленкой по реакции

А, О + ОООН =МаА О0+Н,О

АР О + KOH lК AKOg+Hg0

После снятия пленки алюминий начинает реагировать с водой

2.ДЮ+6Н О = 2АИОН)э, + Н а.

Образующийся гидроксид алюминия в свою очередь реагирует с гидроксидом натрия или гидроксидом калия:

АВ (Он) +наОН-МаАВО +1Н,О

АЦОН) +КОН = КАЕО0+ g.Í Î, Одновременное протекание указанных реакций приводит к образованию алюмината натрия или алюмината калия 45 и большого количества газообразного водорода. Алюминат натрия или алюминат калия коагулирует раствор силиката натрия с образованием прочной камнеподобной массы, а наличие га- 50 зообразного водорода придает этой массе высокую пористость и проницаемость. Наличие в составах смесей поверхностно-активного вещества способствует дополнительному увеличению H проницаемости и улучшает условия удаления воды из закрепленной части пласта.

Лабораторные исследования предлагаемого состава проводят со смесями, составы которых приведены в табл.1.

Опыт с указанными в табл.1 смесями проводят следующим образом.

Готовят смесь силиката натрия, гидроксида натрия, поверхностно-активного вещества ОП-1О и воды в объеме, равном объему пор модели насыпного керна .из кварцевого песка фракции 0,1-0,8 мм. Проницаемость керна из песка перед опытом составляет

1,5 Д. Соответствующее количество алюминиевой пудры смешивают в стеклянном цилиндре с песком, заливают песок слоем парафина, а сверху наливают приготовленную смесь NaOH

Na

150 С. При нагревании парафин расо плавляется и укрепляющий состав заполняет поры керна. После этого определяют проницаемость скрепленного песка и прочность на сжатие столбика скрепленного песка (6 кгс/см ).

Полученные результаты представлены в табл. 2.

Как видно из табл. 1 и 2, наиболее эффективными смесями для крепления неустойчивых пород являются смеси, содержацие, вес.3:

Силикат натрия 1,5 - 8,0

Металлический алюминий 0,07- 3,7

Гидроксид натрия 2,8 - 6,7

Поверхностноактивное вецество

ОП-10 0 13- 0,52

Вода Остальное

Существенное влияние на крепление неустойчивых пород оказывает наличие в составе силиката натрия.

Использование для крепления смесей, содержащих более 8 вес.3 силиката натрия (смесь У 1), приводит к снижению проницаемости и некоторому увеличению прочности. Снижение проницаемости приводит к снижению производительности скважины, а это не дает ожидаемого эффекта, который получают от применения крепления эффективными смесями. Применение смесей,содержащих силикат натрия менее

1,5. вес.3 (смесь N 16),,приводит к снижению предела прочности до значений, при которых крепление приза77709 6

S в

1О

3S

S5

5 9 бойной зоны пласта для большинства скважин не дает эффекта, так как при наличии небольших возмуцений в скважине цемент разрушается.

Введение в состав металлического алюминия способствует получению высокопроницаемого и прочного цемента.

Гидроксид натрия добавляется в соста для ускорения протекания химической реакции. Из табл.2 видно, что повы- . шение температуры выше 50ОС практически не оказывает существенного влияния на проницаемость и прочность неустойчивых пород.

При приготовлении и применении состава для обработки пласта с температурой 60ОС работы проводят следующим образом.

К пресной воде добавляют поверхностно-активное вещество и перемешивают в течении 20 мин, затем добавляют силикат натрия и перемешивают в течении 1 ч до полного его растворения. В полученный раствор добавляют гидроксид натрия или гидроксид,калия и перемешива т 10 мин. В последующем добавляют алюминиевую пудру и перемешивают 30 мин до равномерного распределения частиц алюминия в жидкости.

При подготовке скважины к обработке забой скважины очищают от песчаной пробки, оттесняют нефть из, призабойной зоны и охлаждают ее до

45ОС 0,53-ным водным раствором поверхностно-активного вещества, определяют приемистость.

После этого приготовленный состав закачивают и размещают его в приза= бойной зоне. Выдерживают состав в пласте 2 ч для восстановления плас товой температуры до 60 C. При этой температуре в предлагаемом составе начинается реакция, сопровождаюцая ся его твердением.

При приготовлении и применении состава для обработки пласта с температурой более 100 С работы прово дятся следующим образом.

При подготовке скважины к обработке забой ее очицают от песчаной проб" ки и определяют приемистость. Готовят состав смешивая 0,54 водного раст вора поверхностно-активного вецества совместно с алюминиевой пудрой в те чение 20 мин. Затем осуществляют закачку данного состава для оттеснения нефти из призабойной зоны пласта и размещения алюминиевой пудры в обрабатываемом интервале. Закачиваемая смесь одновременно является оттесняющей жидкостью и жидкостью-алюминоносителем. Предварительная закачка алюминиевой пудры перед закачкой состава для крепления неустойчивых пород необходима для предотвращения образования цементного камнл в НКТ в высокотемпературных скважинах

Вслед за оттесняющим раствором прокачивают разделительную пробку

0,3 м3 воды.

После прокачки пробки закачивают состав для крепления неустойчивых пород, приготовленный следуюцим образом. К пресной воде добавляют поверхностно-активные вещества, например ОП-10, и перемешивают 20 мин, затем добавляют силикат натрия и перемешивают 1 ч до полного его растворения. В полученный раствор добавляют гидроксид натрил и перемеши-вают 10 мин.

В высокотемпературном пласте (с температурой .60-150 С) в результате химической реакции происходит затвердение раствора, при котором порода приобретает повышенную механическую прочность при сохранении проницв емости.

Вследствие малой вязкости состава, близкой к вязкости воды, предлагаемый состав легко может нагнетаться в мелкозернистые водопроницаемые пласты с малым коэффициентом приемистости, где применение других методов закрепления — полимеризации, цементации - неприменимо ввиду малого размера пор породы. Вещества, входящие в состав для крепления, недефицитны и недороги. Проведенная таким составом обработка призабойной зоны позволяет увеличить межремонтный период, исключить износ подземного оборудования и дополнительно по" лучить 500 т нефти на одну обработку. Дополнительная добыча подсчитана исходя иэ того,что средний дебит нефти составляет Я, = 2,0 т/сут, скважина в ожидании ремонта простаивает 15-20 сут, а в течении года требуется 8-12 ремонтов по каждой скважине, осложненной пескообра зова нием.

При средней себестоимости товарной продукции 13 р/т экономический эффект составит не менее 10 тыс.руб. на одну обработку скважины.

977709

Таблица ° 1 е аэ е Е в е е е е

Состав, вес, Ф

Смесь

ОП - 10 вода е е е ев

7,0

8,5

0,55

79,95

8,0

6,7

3 ° 7

0,52

6,4

7 5

0,49

6,1

3,1

0,46

83,34

6,5

5,8

0,43

84,47

0,40

85,60

5,5

5,5

86,73

0,37

4,9

1,9

0,34

87,56

4,6

0 31

4,3

0,28

1 4,0

0,25

91, 25

92,38

0 7

3 ° 7

0,22

0,4 3,4

2 5

0,19

93,5!

94,64

0,16

0,1

3,1

2,8

1 5

0 07

95,50

0,13

0,04

96,36

2 5

О,1

Таблица 2

Температура 150 С о

Смесь

6, кгс/см

1О, кгс/см й

9,4

370

9,0

330

8,2

8,0

2200

2000

6,3

1850

6,0

1800

4,8

1600

1500

3,1

1300

3,0! 280

?,8

1300

2,8

1220 силикат алюминий гидроксид натрия натрия

Температура 50 С

Проницаемость, мД

Проницаемость, мД

81,08

82,21

89,99

90,12

977709

Продолжение табл. 2 йЬО Ь

Температура 150 С

Температура 50"С

Смесь

Проницаемость, мД

О, кгс/см а

Q, кгс/см

Проницаемость, мД

2,8

1260

2,7

1200

2,6

1210

2 5

1190

1170

2,4

2,4

117О

1150

1140

2,2

1120

2,0

1100

1,9

1070

1,9

1050

1,8

1030

1,7

1020

1020

1000

1,6

1,4

1000

1,2

1000

1,0

15 980

0 7

0,6

990

Формула изобретения

ВНИИПИ Заказ 9155/43 Тираж 623 Подписное филиал ППП "Патент", r, Ужгород, ул. Проектная, 4

Ю Ю В О Ю ЮЮ ЮЮ Ю Ю ЮЮ ЮЮ Ю Ю ЮЮ О О Ю Ю Ю Ю ВЮ Ю О ВВ

I. Состав для крепления неустойчивых пород, включающий силикат щелочного металла, например силикат натрия, поверхностно-активное вещество, например ОП-10,и воду,о т л и " ч а ю шийся тем,что,с целью flo вышения прочности крепления неустойчивых пород и предотвращения сйиже-— ния их проницаемости, он дополнительно содержит металлический алюми ний и гидроксид щелочного металла при следующем соотношении компонен тов, вес.Ф:

Силикат щелочного металла, например силикат натрия 1,50 - 8.0

Иеталлический алюминий 0,07.- 3 7

Гидроксид щелочного металла 2,8 - 6,7

Поверхностно-активное вещество, например ОП-10 0,13 -,п,52

Вода Остальное в 2. Состав по и. 1, о т л и ч а ю. шийся тем, что он в качестве гидроксида щелочного металла содержит гидроксид натрия или гидроксид .калия.

Источники информации, принялв во внимание при экспертизе, 1. Авторское свидетельство CCCP

N 509691, кл. С 09 К 17/GO. 1971, 2. Патент C6h N 3592267, кл. 166-294, опублик. 1971.