Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к вязкоупругим составам (ВУС) для изоляционных работ в скважинах, которые могут быть использованы для ликвидации межколонных газопроявлений, изоляции поглощающих пластов при бурении и ремонте скважин, повторной герметизации резьбовых соединений обсадных колонн, разделении потоков жидкостей и других ремонтных работах.

Анализ существующего уровня техники показал следующее:

— известен ВУС для изоляционных работ в скважинах, рецептура которого имеет следующее соотношение ингредиентов, мас.%:

(см. а.с. СССР №1377371 от 07.06.1985 г. по кл. Е21В 33/138, опубл. в Бюл. №8, 1988 г.).

Данный ВУС также имеет пониженную адгезию к металлу труб и пластовой породе, в связи с чем не представляется возможным его эффективное применение для ликвидации межколонных газопроявлений, изоляции поглощающих пластов при бурении и ремонте скважин, повторной герметизации резьбовых соединений обсадных труб. Это обусловлено не только появлением синерезиса, но и изменением первоначально образовавшейся структуры с конформацией макромолекул полимера в результате влияния используемой окислительно-восстановительной сшивающей системы. При этом происходит ослабление связей между ВУС и контактирующими с ним поверхностями (металла или горной породы);

— известен ВУС для изоляционных работ в скважинах, рецептура которого имеет следующее соотношение ингредиентов, мас.%:

(см. а.с. СССР №1767159 от 01.10.1990 г. по кл. Е21В 33/138, опубл. в Бюл. №37, 1992 г.).

Недостатком указанного ВУС является низкая эффективность проведения изоляционных работ в скважинах. Это обусловлено следующими причинами: пониженная пластическая прочность связана с применением баритового концентрата в качестве наполнителя, который представляет собой инертный порошкообразный реагент и не обладает армирующими свойствами волокнистого наполнителя, способного повышать прочностные свойства. Кроме того, способ приготовления ВУС путем добавления барита в раствор полимера, представляющий собой вязкую жидкость, не в полной мере обеспечивает равномерность смачивания наполнителя полимерным раствором, что приводит к появлению локально расположенных рыхлых частиц в массе сшитого геля и не способствует формированию однородной структуры с высокой пластической прочностью.

Кроме того, данный ВУС имеет пониженную адгезию к металлу труб и пластовой породе, что снижает эффективность его применения для ликвидации межколонных газопроявлений, изоляции поглощающих пластов при бурении и ремонте скважин, повторной герметизации резьбовых соединений обсадных труб. Низкая адгезия ВУС обусловлена конформационными изменениями макромолекул гидролизованного полиакрилонитрила под действием катиона кальция, взаимодействие которого с функциональными группами полимера приводит к скручиванию (сжатию) его макромолекул с выталкиванием вошедшей в структуру геля воды. Выделившаяся вода смачивает поверхность контакта ВУС с металлом труб или горной породой и, являясь своеобразной гидрофильной прослойкой, препятствует хемосорбции функциональных групп ВУС на контактных поверхностях и способствует ослаблению адгезионных связей.

Указанный ВУС отличается нерегулируемым временем гелеобразования, так как в результате отсутствия в составе регулятора гелеобразования сшивка полимера происходит практически сразу после добавления хлорида кальция. В отличие от лабораторных условий, в которых описан способ приготовления ВУС, в промысловых условиях это не позволит прокачать состав в интервал изоляции, что потребует изменения технологии его приготовления, например применить двухрастворный способ закачки со смешиванием полимерного и хлоркальциевого растворов в зоне изоляции;

— в качестве прототипа взят ВУС для изоляционных работ в скважинах, рецептура которого имеет следующее соотношение ингредиентов, мас.%:

(см. патент РФ №2147672 от 26.10.1998 г. по кл. Е21В 33/138, 43/32, опубл. в Бюл. №11, 2000 г.).

Недостатком данного ВУС является невысокая эффективность проведения изоляционных работ в скважинах. Это обусловлено следующими причинами: трудно регулируемым временем гелеобразования при нормальных температурах, особенно при температуре ниже 35°С с применением уротропина в качестве сшивающего агента, поскольку его действие как сшивателя проявляется при более высоких температурах, что ограничивает применение состава в неглубоких скважинах. Время гелеобразования, равное 20 ч при температуре 20°С, является технологически неоправданным, приводит к непроизводительным затратам и удорожанию ремонтно-изоляционных работ. Указанный ВУС имеет пониженную пластическую прочность, что обусловлено структурой и свойствами применяемых растительных наполнителей (лигнина и древесной муки хвойных пород), которые не относятся к наполнителям волокнистого типа, обладающим повышенной армирующей способностью, влияющей на улучшение прочностных свойств. Кроме того, использование органических сшивающих полиакриламид агентов приводит к образованию ВУС с меньшей пластической прочностью, чем использование неорганических сшивателей (солей поливалентных металлов). Это обусловлено тем, что при взаимодействии формальдегида органических сшивающих агентов с содержащейся в древесной муке хвойных пород смолой на основе абиетиновой кислоты (а также других жирных кислот) происходит коагуляция частиц наполнителя с образованием агрегатов частиц дисперсной фазы в объеме дисперсионной среды. При этом нарушается однородность структуры сшивающегося полимера, что отрицательно сказывается на его прочностных свойствах. Применение соляной кислоты в качестве инициатора сшивки и регулятора времени гелеобразования приводит к образованию трехмерной структуры сшитого полимера, которая в результате заполнения лигнином или древесной мукой хвойных пород обеспечивает лишь снижение усадки, но не придает сшитому полимеру достаточных адгезионных свойств по отношению к металлу и пластовой породе. Ослаблению адгезии ВУС способствует также синерезис, обусловленный неоднородностью структуры сшитого ВУС в результате описанного выше процесса коагуляции частиц наполнителя, покрытых слоем сшитого полимера. Так как коагуляция происходит практически сразу после введения в состав наполнителя, в окружающей агрегаты его частиц среде концентрация полимера снижается, и при последующей сшивке этой среды образуется непрочная структура ВУС, не способная удерживать воду. Этим объясняется ее отделение уже в первые 2 ч после гелеобразования. Поэтому данный ВУС не может с высокой эффективностью применяться для ликвидации межколонных газопроявлений, изоляции поглощающих пластов при бурении и ремонте скважин, повторной герметизации резьбовых соединений обсадных труб.

Технический результат, который может быть получен при реализации предлагаемого изобретения сводится к следующему: повышается эффективность проведения изоляционных работ в скважинах за счет использования ВУС с улучшенными технологическими свойствами, обусловленными регулируемым временем гелеобразования, повышенными пластической прочностью и адгезией к металлу труб и пластовой породе.

Заявляемый ВУС соответствует условию «новизны».

Монасил представляет собой легкосыпучий порошок белого или желтовато-кремового цвета, хорошо растворимый в горячей воде.

Органоминеральный реагент «АПТОН-РС» представляет собой торф фрезерного способа добычи, подсушенный до определенной влажности, измельченный и просеянный с целью получения необходимого фракционного состава. Обработан щелочной и полимерной добавками.

Совместное применение в рецептуре ВУС используемых ингредиентов способствует получению ВУС, обладающего улучшенными технологическими свойствами, что обеспечивает повышение эффективности проведения изоляционных работ в скважинах. Это обусловливается следующими процессами.

Сшивка полиакриламида с наполнителем в вязкоупругий гель трехмерной структуры происходит с помощью катионов трехвалентного хрома (Cr 3+ ), являющихся активным сшивающим агентом, требующим для инициирования процесса сшивки определенных значений рН среды. Следует учесть и тот факт, что органоминеральный реагент «АПТОН-РС», обработанный щелочной добавкой (кальцинированной содой) в процессе его приготовления, является высокощелочным компонентом ВУС. Поэтому при используемом в предлагаемом ВУС сочетании ингредиентов регулируемое время гелеобразования в пределах 2-4,5 ч для обеспечения возможности прокачивания ВУС на заданную глубину в скважине можно получить, применяя комбинированный регулятор гелеобразования из сульфаминовой кислоты и Монасила, одновременно являющийся своеобразным буфером щелочности, который обеспечивает необходимые для сшивки значения рН при определенном соотношении указанных компонентов.

Ингредиентный состав ВУС обеспечивает полное отсутствие синерезиса, что значительно повышает эффективность проведения изоляционных работ. Это обусловлено тем, что в составе органоминерального реагента «АПТОН-РС» содержится полиакриламид, дополнительное количество которого помимо полиакриламида как ингредиента ВУС (1,4-1,9 мас.%) способствует удержанию воды, вошедшей в образовавшуюся трехмерную структуру при сшивке полимера в объеме дисперсионной среды. Взаимодействие полиакриламида органоминерального реагента «АПТОН-РС» с водой и сшивателем внутри сетчатой структуры ВУС происходит с задержкой во времени по сравнению с реакцией ПАА, находящегося в дисперсионной среде. Поэтому ВУС имеет более сложную и упрочненную мелкоячеистую структуру без малейших признаков синерезиса.

Заявляемый ВУС имеет повышенную адгезию как к металлу труб, так и к пластовой породе, что обусловливает эффективность его применения для различных видов изоляционных работ в скважинах. Это объясняется следующим. Так как в составе органоминерального реагента «АПТОН-РС» содержится до 20% кальцинированной соды (Na₂СО₃), выделяющийся при ее взаимодействии с сульфаминовой кислотой углекислый газ находится внутри образовавшейся структуры сшитого полимера. В результате этого образуется газонаполненный ВУС со свойствами расширяющегося материала, что обеспечивает напряженный контакт ВУС со стенками труб в скважине и породой при закачке в пласт. Адгезия ВУС улучшается также в результате наличия в его составе силикатного компонента Монасила, который в сочетании с битумной составляющей торфяных волокон органоминерального реагента повышает хемосорбцию ВУС на контактных поверхностях.

Таким образом, согласно вышеуказанному предлагаемая совокупность существенных признаков обеспечивает достижение заявляемого технического результата.

Не выявлены по имеющимся источникам известности технические решения, имеющие признаки, совпадающие с отличительными признаками предлагаемого изобретения по заявляемому техническому результату.

Заявляемый ВУС соответствует условию «изобретательский уровень».

Более подробно сущность заявляемого изобретения описывается следующими примерами.

Дебит постоянного притока газа в межколонное пространство, определенный в процессе газодинамических исследований в скважине, составил 850 м 3 /сут. Эксплуатация скважин возможна при дебитах не более 100 м 3 /сут. Следовательно, необходимо проведение ремонтно-изоляционных работ.

Вначале с целью определения приемистости межколонного пространства в

Для приготовления 100 л ВУС плотностью 1000 кг/м 3 емкость цементировочного агрегата ЦА-320 заполняют 83,65 л (83,65 мас.%) пресной подогретой до 40-50°С воды, затем вводят 1,7 кг (1,7 мас.%) полиакриламида и перемешивают до его полного растворения. После этого вводят 3,1 кг (3,1 мас.%) сульфаминовой кислоты, перемешивают в течение 15 мин, вводят 230 г (0,23 мас.%) Монасила и перемешивают полимерную систему еще 10 мин, после чего добавляют 320 г (0,32 мас.%) нитрата хрома, перемешивают 5 мин и вводят 11 кг (11 мас.%) органоминерального реагента «АПТОН-РС». Перемешивание ведут до полного смачивания наполнителя полимерным раствором и после этого готовый ВУС закачивают в скважину.

Суммарное давление столба пены, ВУС и тампонажного раствора в МКП_9×12 должно составить 1,04 МПа.

При бурении нефтяной скважины с проектной глубиной 2000 м установлен интервал залегания трещиноватых отложений (трапповых тел) 1050-1204 м с поглощением промывочной жидкости 20 м 3 /ч.

ВУС при соотношении ингредиентов, мас.%:

в объеме 10 м 3 для заполнения 154 м ствола скважины от забоя готовят в глиномешалке Г-2-10. Для этого глиномешалку заполняют 9124 л (91,24 мас.%) пресной воды, подогретой до 40-50°С, затем вводят 190 кг (1,9 мас.%) полиакриламида и перемешивают до его полного растворения. После этого вводят 150 кг (1,5 мас.%) сульфаминовой кислоты, перемешивают в течение 30 мин, вводят 11 кг (0,11 мас.%) Монасила и перемешивают полимерную систему еще 15 мин, после чего добавляют 25 кг (0,25 мас.%) нитрата хрома, перемешивают 5 мин и вводят 500 кг (5 мас.%) органоминерального реагента «АПТОН-РС». Перемешивание ведут до полного смачивания наполнителя полимерным раствором и его равномерного распределения по объему.

Готовый к применению ВУС буровыми насосами через бурильный инструмент закачивают в скважину. Затем поднимают бурильный инструмент на 200 м от забоя скважины для проверки перекрытия зоны поглощения путем восстановления циркуляции промывочной жидкости. Убедившись, что поглощение отсутствует, скважину оставляют в покое на 8 ч. Затем спускают бурильный инструмент до 1050 м, восстанавливают циркуляцию и с промывкой доходят до забоя 1250 м. Промывают скважину в течение 2 ч.

Для повторной (исправительной) герметизации резьбовых соединений обсадных колонн в емкости цементировочного агрегата ЦА-320 готовят ВУС при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:

Для приготовления 1 м 3 ВУС плотностью 1000 кг/м 3 емкость цементировочного агрегата ЦА-320 заполняют 879,7 л (87,97 мас.%) пресной подогретой до 40-50°С воды, затем вводят 14 кг (1,4 мас.%) полиакриламида и перемешивают до его полного растворения. После этого вводят 22 кг (2,2 мас.%) сульфаминовой кислоты, перемешивают в течение 10 мин, вводят 1,6 кг (0,16 мас.%) Монасила и перемешивают полимерную систему еще 5 мин, после чего добавляют 2,7 кг (0,27 мас.%) нитрата хрома, перемешивают 5 мин и вводят 80 кг (8 мас.%) органоминерального реагента «АПТОН-РС». Перемешивание ведут до полного смачивания наполнителя полимерным раствором и его равномерного распределения по объему. После этого ВУС готов к применению.

Кольцевое пространство между насосно-компрессорными (НКТ) и обсадными трубами заполняют ВУС и герметизируют пакером ниже места пропуска. Далее при соответствующей герметизации устья скважины ЦА-320 в кольцевом пространстве создают избыточное давление. Объем ВУС определяют исходя из пропускной способности канала негерметичности (излишний объем ВУС не приводит к прихвату НКТ).

После достижения максимально допустимого стабильного давления продавки ВУС устье скважины закрывают и оставляют под давлением на время, требуемое для достижения составом необходимых прочностных свойств (не менее 4 ч). Затем стравливают давление, освобождают пакер и промывают скважину для удаления излишнего объема ВУС.

Для приготовления 1000 г ВУС в 912,4 мл (91,24 мас.%) подогретой до 40-50°С воды вводят 19 г (1,9 мас.%) полиакриламида и перемешивают до его полного растворения и образования однородного полимерного раствора. После этого вводят 15 г (15 мас.%) сульфаминовой кислоты, перемешивают в течение 10 мин, вводят 1,1 г (0,11 мас.%) Монасила и перемешивают полимерную систему еще 5 мин, после чего добавляют 2,5 г (0,25 мас.%) нитрата хрома, перемешивают 3 мин и вводят 50 г (5 мас.%) органоминерального реагента «АПТОН-РС». Перемешивание ведут до полного смачивания наполнителя полимерным раствором и его равномерного распределения по объему.

Время гелеобразования определяют по моменту утраты ВУС свойства текучести (сшивается в неразделяемую сплошную массу).

Готовят 1000 г ВУС, г/мас.%:

Проводят все операции как в примере 1.

Готовят 1000 г ВУС, г/мас.%:

Проводят все операции как в примере 1.

Готовят 1000 г ВУС, г/мас.%:

Проводят все операции как в примере 1.

Готовят 1000 г ВУС, г/мас.%:

Проводят все операции как в примере 1.

Таким образом, заявляемое техническое решение соответствует условиям «новизна, изобретательский уровень и промышленная применимость», то есть является патентоспособным.

Источник