СПОСОБ ИЗОЛЯЦИИ ЗОНЫ ПОГЛОЩЕНИЯ ПЛАСТА
METHOD OF FORMATION ABSORPTION ZONE ISOLATION

Изобретение относится к нефтегазовой промышленности, в частности к способам изоляции зон осложнений, и может найти применение в процессах бурения и ремонта скважин.
Известен способ изоляции обводненных нефтяных коллекторов путем закачки в пласт водной суспензии химического гипса и взаимодействующего с ним с образованием гелеобразных продуктов водного раствора соли многоосновных кислот с одновалентными катионом (пат. №2224101, Е21В 43/22, опубл. 20.10.2003, бюл. №29). Недостатком данного способа является низкая изолирующая способность получаемого гелеобразного продукта за счет его растворимости в воде.
Известен также способ изоляции зоны поглощения пласта путем закачки в нее тампонажного раствора на водной основе, выдержку определенного времени на схватывание данного раствора и закачку эмульсионного раствора на нефтяной основе (авторское свидетельство СССР №927966, Е21В 33/13, опубл. 15.05.82, бюл. №18). Недостатком известного способа является его низкая эффективность вследствие того, что эмульсионный раствор на нефтяной основе после закачки образует недостаточно прочный камень, который при значительных перепадах давлений между пластом и внутрискважинным пространством разрушается, что в сочетании с относительно низкой седментационной устойчивостью известного тампонажного раствора приводит к возобновлению фильтрации через породы изолируемой зоны.
Наиболее близким к изобретению является способ изоляции зоны поглощения пласта путем закачки в нее через насосно-компрессорные трубы - НКТ тампонажного состава на основе цемента и воды и после его отверждения тампонажного состава на основе смеси формальдегидной смолы и кислотного отвердителя с объемом закачиваемого раствора кислоты 5-10% от объема смеси формальдегидной смолы и кислотного отвердителя (пат. №2323325, Е21В 33/138, опубл. 27.05.2008 г., бюл. №15). К недостаткам способа относится значительная длительность его вследствие того, что работы по известному способу проводят в два этапа с дополнительной временной выдержкой на затвердение цемента и разбуривание цементного стакана. Кроме того, как показали промысловые работы, после цементирования полная герметизация зоны нарушения часто не достигается, а относительная приемистость в ней становится, как правило, минимальной, что препятствует дальнейшей закачке в зону нарушения других герметизирующих составов.
Целью изобретения является повышение эффективности изоляции зоны поглощения пласта и сокращение времени проведения работ.
3
3
Поставленная цель достигается тем, что в способе изоляции зоны поглощения пласта путем последовательной закачки в нее тампонажного состава на водной и органической основе, в качестве тампонажного состава используют суспензию гипса химического, закачку суспензии гипса химического на водной основе ведут с концентрацией гипса химического в суспензии 1-50% до снижения относительной приемистости зоны поглощения в пределах 0,05 м/час МПа - 0,5 м/час МПа, а затем закачивают суспензию гипса химического в смеси формальдегидной смолы и кислотного отвердителя с концентрацией гипса химического в суспензии 0,01-65%, причем до и после закачки суспензии гипса химического на водной основе в зону нарушения при необходимости закачивают жидкое стекло натриевое в соотношении: суспензия гипса химического на водной основе - жидкое стекло натриевое 1:0,1-2, а в качестве химического гипса используют отходы производства фосфорной кислоты (фосфогипс), плавиковой кислоты (фторогипс), борной кислоты (борогипc, магния (магнезия-гипс), целлюлозы (гидролизный гипс).
Основным материалом для изоляции зон поглощения в настоящее время остается тампонажный состав на основе воды и цемента. Основным недостатком такого тампонажного раствора является то, что размеры пор пласта зачастую меньше размера цементных частиц. В результате этого даже после закачки значительных объемов суспензии цемента проницаемость зон поглощения хотя и резко снижается, но сохраняется в минимальных пределах. Для закрепления таких зон поглощения применяют тампонажные составы на органической основе. Причем работы по известному способу осуществляют в два этапа, что требует большого времени на проведение работ и значительных финансовых средств.
3
3
3
3
Сущность предлагаемого изобретения заключается в проведении работ по изоляции зон поглощений в один этап за счет последовательной закачки в зону изоляции суспензии химического гипса. При относительной приемистости зоны приемистости выше 1,5 м/час МПа с целью увеличения прочностных характеристик образованного камня и экономии герметизирующего состава производят снижение приемистости зоны нарушения путем закачки структурообразователя - водной суспензии гипса химического, причем до и после закачки суспензии гипса химического на водной основе в зону нарушения, закачивают жидкое стекло натриевое по ГОСТ 13078-81 в соотношении: суспензия гипса химического на водной основе - жидкое стекло натриевое 1:0,1-2 до достижения относительной приемистости в пределах 0,05 м/чac МПа - 0,5 м/час МПа. Такой предел относительной приемистости является, как показали промысловые работы, оптимальным для достижения герметизации зоны поглощения и расхода суспензии гипса химического в смеси формальдегидной смолы и кислотного отвердителя. При взаимодействии гипса химического и жидкого стекла натриевого мгновенно образуется гель, который закупоривает высокопроницаемые зоны и снижает приемистость зоны поглощения пласта. При относительной приемистости менее 1,5 м/час МПа снижение приемистости зоны поглощения пласта до необходимого интервала достигается закачкой водной суспензии гипса химического без добавки жидкого стекла натриевого. Кроме того, гипс химический является структурообразующим материалом, что при дальнейшей закачке суспензии гипса химического в смеси формальдегидной смолы и кислотного отвердителя способствует образованию камня более высокой прочности, чем без предварительной закачки структурообразующего материала. Как показали лабораторные исследования, добавка гипса химического в смесь формальдегидной смолы и кислотного отвердителя увеличивает время потери текучести тампонажного состава.
В отличие от способа, принятого нами за прототип, изоляция зоны поглощения пласта достигается за один этап, т.к. отпадает время на ожидание затвердения цемента и разбуривание цементного стакана. Благодаря этому достигается сокращение времени проведения работ и, соответственно, экономия финансовых и материальных средств на проведение работ.
В качестве формальдегидной смолы могут использоваться ацетонфор-мальдегидные и фенолформальдегидные смолы, которые отверждаются кислотным раствором. В качестве кислотного отвердителя могут быть использованы как неорганические (серная, соляная), так и органические (сульфокислота, толуолсульфокислота, паратолуолсульфокислота). В качестве химического гипса по ТУ 2182-002-00203683-95 используют отходы производства фосфорной кислоты (фосфогипс), плавиковой кислоты (фторогипс), борной кислоты (борогипс), магния (магнезия-гипс), целлюлозы (гидролизный гипс), а в качестве жидкого стекла - жидкое стекло натриевое по ГОСТ 13078-81.
Были проведены лабораторные исследования по определению оптимальной концентрации гипса химического в водной суспензии. Испытания проводили на насыпных линейных моделях, т.е. моделях, в которые набивали пористый материал - кварцевый песок. В зависимости от величины зерен создавали нужную проницаемость модели пласта. Песок набивали в модель, контролируя пористость и проницаемость модели пласта.
Характеристики модели пласта
общая длина, см
32
диаметр, см
19
проницаемость, мкм<sup>2</sup>
7,3-10,5
3
3
Согласно предлагаемому способу в обводненную модель, моделирующую зону поглощения, с одинаковой начальной относительной проницаемостью 2 м/час МПа закачивали водную суспензию гипса до достижения проницаемости 0,5 м/час МПа, затем измеряли время, затраченное на снижение проницаемости.
Результаты опытов приведены в табл.1
Таблица 1
Концентрация гипса химического в водной суспензии, %
Время закачки, мин
Начальная относительная проницаемость модели пласта, м<sup>3</sup>/час МПа
Конечная относительная проницаемость модели пласта, м<sup>3</sup>/час МПа
0,5
11
2,5
2,0
1
5
2,5
2,0
25
1
2,5
2,0
50
1
2,5
2,0
55
1
2,5
2,0
Таким образом, установлено, что оптимальная концентрация гипса химического в водной суспензии составляет 1-50%, т.к. при меньшем количестве увеличивается время снижения относительной приемистости, а при большем - не уменьшается.
3
Были проведены также лабораторные исследования по определению оптимальной концентрации гипса химического в суспензии формальдегидной смолы и кислотного отвердителя. При этом вначале производили снижение приемистости зоны нарушения путем закачки структурообразователя - водной суспензии гипса химического до относительной приемистости 2,0 м/час МПа, а затем закачивали суспензию гипса химического в смеси формальдегидной смолы и кислотного отвердителя. Испытания проводили аналогично опытам табл.1.
Результаты опытов приведены в табл.2
Таблица 2
Концентрация гипса химического в суспензии формальдегидной смолы и кислотного отвердителя, %
Объем закаченной суспензии гипса химического на органической основе, мл
Время выдержки до отверждения, час
Давление прорыва, МПа/м
0,005
16
48
27,9
0,01
16
48
28,4
5
16
48
28,6
15
16
48
28,6
35
16
48
28,8
45
16
48
28,9
55
16
48
29,0
65
16
48
29,05
70
16
48
29,05
Таким образом, установлено, что оптимальная концентрация гипса химического в суспензии формальдегидной смолы и кислотного отвердителя составляет 0,01-65%, т.к. при меньшем количестве снижается давление прорыва, а при большем с увеличением вязкости состава давление прорыва не повышается.
Были проведены также лабораторные исследования по определению оптимального соотношения: жидкое стекло натриевое - суспензия гипса химического на водной основе. В табл.3 приведены результаты определения давления прорыва и оптимального соотношения. Концентрация соли многоосновных кислот с одновалентным катионом в опытах составляла 10,0%.
Таблица 3
№ опыта
Отношение: жидкое стекло натриевое - суспензия гипса химического на водной основе
Температура опытов, °С
Давление прорыва, МПа/м
1
0,05:1
20
5,7
2
0.1:1
20
6.8
3
0.5:1
20
7.6
4
1:1
20
7,9
5
1,5:1
20
8,1
6
2:1
20
8,1
7
2,5:1
20
8,1
Таким образом, установлено, что оптимальное соотношение: жидкое стекло натриевое - суспензия гипса химического на водной основе составляет 0,1-2:1, т.к. при меньшем соотношении снижается давление прорыва, а при большем - давление прорыва не повышается. Аналогичные результат были получены при использовании других заявляемых отходов химического гипса.
Были проведены также испытания с применением известного способа. При проведении лабораторного эксперимента с применением известного способа аналогично опытам по табл.2 в обводненную модель пласта последовательно закачивали тампонажную смесь на основе воды и цемента, делали выдержку на застывание цемента(48 часов), а далее тампонажный состав на основе смеси формальдегидной смолы и кислотного отвердителя и оставляли модель на выдержку в течение 48 часов. Затем измеряли давление прорыва модели пласта.
В результате экспериментов установлено, что давление прорыва по известному способу составляет - 27,6 МПа/м, что меньше, чем в предложенном способе. Кроме того, изоляция зоны поглощения пласта по предлагаемому способу достигается за один этап, т.к. отпадает время на ожидание затвердения.
3
3
Способ в промысловых условиях осуществляют следующим образом. Предварительно производят комплекс промыслово-геофизических исследований в соответствии с РД 39-1-1190-84 «Технология промысловогеофизических исследований при капитальном ремонте скважин» с целью выявления зоны нарушения эксплуатационной колонны. Ниже зоны нарушения устанавливают цементный мост. Закачивают расчетное количество суспензии гипса химического до снижения относительной приемистости зоны поглощения в пределах 0,05 м/час МПа - 2,0 м/чac МПа, а затем закачивают суспензию гипса химического в смеси формальдегидной смолы и кислотного отвердителя. Скважину оставляют на время отверждения тампонирующей смеси (48 часов), после чего разбуривают пакер из отвержденной тампонирующей смеси и промывают ствол скважины. После окончания изоляционных работ скважину спрессовывают и на основании исследований судят о качестве изоляции.
3
3
Таким образом, при применении предлагаемого способа проявляется сверхсуммарный (синергетический) эффект, который заключается в том, что при использовании в качестве тампонажного состава суспензии гипса химического на водной и органической основе и закачке вначале суспензии гипса химического на водной основе до снижения относительной приемистости зоны поглощения в пределах 0,05 м/час МПа - 2,0 м/чac МПа, а затем закачке суспензии гипса химического в смеси формальдегидной смолы и кислотного отвердителя образуется камень более высокой прочности, увеличивается время потери текучести тампонажного состава, а изоляция зоны поглощения пласта достигается за один этап, благодаря чему достигается сокращение времени проведения работ и, соответственно, экономия финансовых и материальных средств на проведение работ. Это позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого решения критерию «изобретательский уровень».
Заявляемый способ изоляции в литературе не описан, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого решения критерию «новизна».
Совокупность существенных признаков, характеризующих сущность изобретения, может быть многократно использована в промышленности с получением технического и экономического результата, заключающегося в получении более высокого и длительного по сравнению с известными способами эффекта изоляции зоны поглощения при проведении работ по ремонту скважин от притока воды и ликвидации негерметичности эксплуатационных колонн и заколонного пространства, и сокращения времени проведения работ, что позволяет сделать вывод о соответствии изобретения критерию «промышленная применимость».