ЭМУЛЬСИОННЫЙ СОСТАВ ДЛЯ ГЛУШЕНИЯ СКВАЖИН
EMULSION COMPOSITION FOR WELL PLUGGING

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к эмульсионным составам для глушения скважин, и может быть использован при проведении ремонтных работ в скважинах с пластовым давлением равным или ниже гидростатического, в том числе и при содержании кислых газов, например сероводорода.
Анализ существующего уровня техники показал следующее:
- известна жидкость для глушения газовых скважин, об %:
Газовый конденсат
60-70
Вторичные алкилсульфаты
0,30-1,00
4-фенил-1,3-диоксан
0,45-0,90
КМЦ-500
0,35-0,82
Вода
остальное,
(а.с. СССР №975773 от 17.03.1980 г. по кл. C09K 7/02, опубл. 23.11.1982 г.).
Недостатком указанной жидкости является следующее: согласно приведенным показателям данная жидкость глушения - эмульсия характеризуется невысокими показателями температуры начала разложения 58-64°C, что не позволит использовать ее в условиях высоких пластовых температур. Содержание газового конденсата в указанном количестве увеличивает длительность процесса приготовления, повышает риск пожаро- и взрывоопасности в процессе ее приготовления. В промысловых условиях при наличии кислых газов ингредиентный состав не обеспечит защиту подземного оборудования, которые приводят к водородному охрупчиванию подземного оборудования;
- известна жидкость для глушения скважин, рецептура которой имеет следующее соотношение ингредиентов, мас. %:
Газовый конденсат
10,0-15,0
Глицерин
15,0-20,0
Хлористый калий
3,6-5,0
Сульфацелл
2,0-5,0
Феррохромлигносульфонат
1,0-2,0
Дисолван
0,5-2,5
Вода
59,0-61,5,
(патент РФ №2460753 от 01.04.2011 по кл. C09K 8/42, опубл. 10.09.2012 г.).
3
3
Недостатками известной жидкости глушения является следующее. Как следует из описания к патенту, наилучшие параметры имеет состав №3. Однако состав характеризуется высокими показателями плотности - 1010 кг/м. При использовании данной жидкости в скважинах с пластовым давлением ниже или равным гидростатическому будет происходить поглощение жидкости продуктивным пластом, что отрицательно влияет на сохранение естественной проницаемости продуктивного пласта, снизит добывные возможности скважин, а также увеличит сроки освоения скважин и выход их на режим в послеремонтный период. Высокое содержание в жидкости глушения полисахарида Сульфацелла в количестве 2,0-5,0 мас.% приводит к резкому увеличению условной вязкости - 144 с, что способствует снижению подвижности жидкости и может создать сложности при проведении работ в скважине, ухудшится ее прокачивание насосом и требуется дополнительное оборудование. Взаимным влиянием ингредиентов, входящих в рецептуру данной жидкости, объясняется проникновение водной фазы жидкости в пласт (показатель фильтрации 1,7 см/30 мин), что способствует разрушению призабойной зоны пласта вследствие размыва фильтратом цементирующего материала слагающих коллектор пород. Проникая на значительные расстояния, такая жидкость блокирует поры коллектора, особенно в местах контакта с пластовыми водами, вызывая тем самым серьезные трудности при освоении скважин, кольматацию пласта, нарушение коллекторских свойств продуктивного пласта.
Использование жидкости в указанном качественном и количественном соотношении не обеспечивает ее агрегативной устойчивости Вышесказанное не приведет к высокой эффективности при использовании данной жидкости в условиях АНПД. В промысловых условиях при наличии кислых газов ингредиентный состав не обеспечит защиту подземного оборудования и приведет к водородному охрупчиванию данного оборудования.
3
Технический результат, на достижение которого направлено предлагаемое изобретение, состоит в получении агрегативно-устойчивого эмульсионного состава для глушения скважин с диапазоном плотностей 860-980 кг/м, термостабильного при температуре до 140°C, имеющего нулевые значения показателя фильтрации, улучшенные структурно-реологические свойства, способствующего защите подземного оборудования от водородного охрупчивания, а также сокращению сроков освоения и выхода скважины на режим в послеремонтный период, уменьшающего риска пожароопасности условий проведения ремонтных работ.
Технический результат достигается с помощью предлагаемого эмульсионного состава для глушения скважины, включающего газовый конденсат, сульфацелл, поверхностно-активное вещество и воду, который дополнительно содержит поливинилпирролидон, а в качестве поверхностно-активного вещества - неонол при следующем соотношении ингредиентов, мас. %:
Газовый конденсат
30-40
Сульфацелл
0,5-2,0
Неонол
0,5-2,0
Поливинилпирролидон
0,05-0,20
Вода
остальное
Для приготовления эмульсионного состава используют газовый конденсат, стабильный по ГОСТ Р 54389-2011, Сульфацелл по ТУ 2231-013-32957739-01; Поливинилпирролидон по ФС 42-1194-98, серия 039012001, Неонол АФ 9-9, Неонол АФ 9-10, Неонол АФБ-10, Неонол АФ 9-12, Неонол АФБ-12 по ТУ 2483-077-05766801-98. Действие неонолов в составе - равнозначно.
Совместное применение в рецептуре предлагаемого эмульсионного состава ингредиентов в указанном соотношении обеспечивает достижение заявляемого технического результата.
В процессе глушения газовых и газоконденсатных скважин с пластовым давлением ниже или равным гидростатического происходит интенсивное нарушение коллекторских свойств продуктивного пласта, снижение производительности скважин. Существует ряд требований, предъявляемых к составам для глушения скважин, а к основным относятся нижеследующие: технологические свойства составов должны быть регулируемыми в широких пределах горно-геологических условий эксплуатации скважин, обеспечение максимального сохранения коллекторских свойств продуктивного пласта, в условиях аномально низких пластовых давлений или равных гидростатическому плотность состава должна быть достаточной для обеспечения необходимого противодавления на пласт. Вышеуказанным требованиям наиболее полно отвечает заявляемый эмульсионный состав. Необходимые свойства эмульсионного состава обусловлены взаимным влиянием ингредиентов друг на друга.
Дисперсионной средой в эмульсионном составе является вода, дисперсной фазой - газовый конденсат. Нерастворимый в воде газовый конденсат диспергируется в водном растворе поверхностно-активного вещества и образующиеся при этом коллоидные комплексы создают адсорбционные слои. В целом процесс образования эмульсии заключается в диспергировании газового конденсата, распределении его глобул в водной среде и стабилизации образующейся эмульсии типа масло/вода. Использование в рецептуре заявляемого эмульсионного состава ингредиентов, характеризующихся наличием в их составе химически активных функциональных групп - гидроксильных (OH), карбонильных (C=O) и окси (-O-)групп, объясняет взаимное влияние ингредиентов - сульфацелла, поливинилпирролидона, неонола, их синергетическое действие в данном составе. Это объясняется разнообразием химического взаимодействия между ингредиентами состава, обладающими поверхностно-активными свойствами и имеющими активные центры, что обеспечивает ему повышенную вязкость и прочность. Таким образом, синергетический эффект взаимодействия ингредиентов проявляется в повышении агрегативной устойчивости системы. В результате взаимодействия ингредиентов в указанном количественном соотношении состав имеет регулируемые в широких пределах реологические свойства, термостабилен, имеет низкую плотностью, что стало возможным благодаря использованию в качестве дисперсной фазы газового конденсата, в качестве эмульгатора выступает поливинилпирролидон, в качестве стабилизатора - сульфацелл.
Сульфацелл легко растворяется в воде, образуя растворы различной вязкости. Это универсальное водоудерживающее средство, реологический модификатор высокодисперсных материалов, реагент - стабилизатор, обладает загущающими и пластифицирующими свойствами. Поливинилпирролидон - это водорастворимый полиэлектролит, имеет достаточно рыхлую упаковку молекулярных цепей, что обеспечивает благоприятные условия для роста кристаллов адсорбционных оболочек на его поверхностях. Он имеет выраженную способность образовывать комплексы, тем самым повышая их гидрофильность. Благодаря межмолекулярным силам, возникающим между группами атомов, используемых в составе ингредиентов, все цепные молекулы их связаны в единую систему. Таким образом, составу обеспечиваются необходимые механические свойства. Молекулы сульфацелла и поливинилпирролидона включают в свою цепочку как гидрофильные (функциональные), так и гидрофобные (углеводные и углеводородные группы) и гидратация их протекает подобно молекулам дефильных веществ лишь частично. Таким образом, молекулы реагентов гидратируются в воде не полностью, а лишь на опредлеленных участках. Число молекул воды, составляющих гидратационную оболочку, обычно не велико, но объем гидратируемых ионов по сравнению с негидратируемыми резко возрастает. Наличие негидратируемых ионов вызывает неравномерную плотность упаковки молекул воды в объеме гидратационной оболочки. Высокая плотность первых слоев постепенно диффузно снижается к периферии. Воду гидратационных оболочек иначе называют связанной. Указанное обеспечивает улучшенные структурно-реологических свойств состава, а именно условной вязкости, статического напряжения сдвига.
Состав имеет нулевые значения показателя фильтрации. В результате обеспечивается сохранение коллекторских свойств продуктивного пласта, сокращаются сроки освоения и выхода скважины на режим в послеремонтный период.
Поливинилпирролидон - это водорастворимый полиэлектролит, имеет достаточно рыхлую упаковку молекулярных цепей, что обеспечивает благоприятные условия для роста кристаллов адсобционных оболочек на его поверхностях. Он имеет выраженную способность образовывать комплексы с различными веществами, тем самым повышая их гидрофильность. Поливинилпирролидон выступает как связующее вещество, которое при заполнении межчастичных пространств увеличивает плотность контактирующих поверхностей. Использование в эмульсионном составе поливинилпирролидона придает ему тиксотропные свойства (разрыв контактов, образующих структуру системы с последующим обратным их восстановлением). Макромолекулы поливинилпирролидона образуют новые водородные связи с водой и создают прочную структуру эмульсии. Сульфацелл, гидроксильные группы которого образуют водородные связи с карбонильными группами в мономерных звеньях поливинилпирролидона, образуют смешанные аморфные структурные комплексы. В результате этого взаимодействия вода находится в связанном состоянии. Кроме того, в результате проведенных исследований было установлено, что поливинилпирролидон придает составу способность защитить подземное оборудование от водородного охрупчивания в условиях воздействия сероводорода. В основе механизма взаимодействия поливинилпирролидона с кислыми газами - образование водородной связи между карбонильной группой в мономерных звеньях поливинилпирролидона и образующимися в растворе ионами водорода. Имеющиеся в кислой среде ионы водорода захватываются поливинилпирролидоном и поэтому не могут восстанавливаться в катодной зоне до атомов водорода, которые могли бы растворяться в стали и вызывать водородное охрупчивание подземного оборудования. За счет простоты приготовления состава в промысловых условиях, возможности его повторного использования обеспечивается высокая технологичность состава и его экономическая целесообразность.
Данные об ингредиентном составе и свойствах исследованных эмульсионных составов для глушения скважин приведены в таблице.
Контроль технологических параметров приготовленных составов осуществляют в соответствии с РД 39-00147001-773-2004 Методика контроля параметров буровых растворов. Испытание предлагаемого состава проводят в соответствии с РД 39-31-574-81 Методика определения коррозионной агрессивности и оценки совместимости с ингибиторами коррозии химреагентов, применяемых в нефтедобыче, Методические указания по испытанию ингибиторов коррозии для газовой промышленности, ГОСТ 1579-93 Проволока. Метод испытания на перегиб, ГОСТ 17305-94 Проволока из углеродистой конструкционной стали. Технические условия.
0
Оценку водородного охрупчивания проводят по величине остаточной пластичности. Используют проволочные образцы диаметром 3,5 мм из проволоки СВ08А. Величину остаточной пластичности определяют по формуле Q=n·100/n,
где Q - величина остаточной пластичности, %;
n - число гибов проволочных образцов после испытания;
0
n - исходное число гибов.
Содержание в эмульсионном составе сульфацелла в количестве менее 0,5 мас.%, газового конденсата менее 30 мас.%, неонола менее 0,5 мас.%, поливинилпирролидона менее 0,05 мас.%. отрицательно влияет на структурно-реологические свойства: происходит снижение условной вязкости, увеличение показателя фильтрации и снижение устойчивости.
Содержание в эмульсионном составе сульфацелла в количестве более 2,0 мас.%, газового конденсата более 40 мас.%, неонола более 2,0 мас.%, поливинилпирролидона более 0,20 мас.% нецелесообразно, так как происходит увеличение условной вязкости, плотности состава и статического напряжения сдвига.
Таким образом, согласно вышесказанному предлагаемая совокупность существенных признаков обеспечивает достижение заявляемого технического результата.
Не выявлен, по имеющимся источникам известности технические решения, имеющие признаки, совпадающие с отличительными признаками предлагаемого изобретения по заявляемому техническому результату.
Более подробно сущность заявляемого изобретения описывается следующими примерами.
Примеры (лабораторные).
3
3
Пример №1. Для приготовления 1000 г эмульсионного состава в 689,5 мл (68,95 мас.%) воды растворяют 5 г (0,5 мас.%) сульфацелла, добавляют 0,05 г (0,05 мас.%) поливинилпирролидона, далее перемешивают до образования однородного раствора, затем вводят 4,8 мл неонола (p=1046 кг/м), что составляет 0, 5 мас.%, 411 мл газового конденсата (p=730 кг/м), что составляет 30 мас.%. Далее перемешивают до получения стабильной эмульсии. Определяют свойства эмульсионного состава.
3
1/10
Свойства: Условная вязкость УВ=60 с, плотность ρ=860 кг/м, показатель фильтрации Ф через 30 минут равняется нулю, статическое напряжение сдвига через 1 мин/10 мин CHC=0/0 дПа, термостабильность до 140°C.
Результаты исследований эмульсионного состава после воздействия сероводорода.
3
1/10
Свойства: УВ=65 с, ρ=865 кг/м, Ф через 30 минут равняется нулю, CHC=0/0 дПа, термостабильность до 140°C, стабильный, остаточная пластичность Q=100%.
Пример №2. Готовят 100 г эмульсионного состава, г/мас. %:
Газовый конденсат
400/40 (что составляет
548 мл р=730 кг/м<sup>3</sup>)
Сульфацелл
20/2,0
Неонол
20/2,0 (что составляет
19,12 мл р=1046 кг/м<sup>3</sup>)
Поливинилпирролидон
2/0,2
Вода
558/55,8.
Проводят все операции как указано в примере 1.
3
1/10
Свойства: УВ=102 с, ρ=900 кг/м, Ф=0,2 дПа, CHC=2/3 дПа, термостабильность до 140°C, Q=100%.
Результаты исследований эмульсионного состава после воздействия сероводорода.
3
1/10
Свойства: УВ=105 с, ρ=910 кг/м, Ф через 30 минут равняется нулю, CHC=2/3 дПа, термостабильность до 140°C, стабильный, остаточная пластичность Q=100%.
Пример №3. Готовят 100 г эмульсионного состава, г/мас. %:
Газовый конденсат
350/35 (что составляет
479,5 мл p=730 кг/м<sup>3</sup>)
Сульфацелл
10/1,0
Неонол
10/1,0 (что составляет
9,6 мл p=1046 кг/м<sup>3</sup>)
Поливинилпирролидон
0,7/0,07
Вода
629,3/62,93.
Проводят все операции как указано в примере 1.
Результаты исследований эмульсионного состава после воздействия сероводорода.
3
1/10
Свойства: УВ=72 с, ρ=875 кг/м, Ф=0, CHC=1/2 дПа, термостабильность до 140°C, Q=100%.
Результаты исследований эмульсионного состава после воздействия сероводорода.
3
1/10
Свойства: УВ=75 с, ρ=880 кг/м, Ф через 30 минут равняется нулю, CHC=1/2 дПа, термостабильность до 140°C, стабильный, остаточная пластичность Q=100%.