Способ ремонтно-изоляционных работ в скважине (варианты)
METHOD FOR REPAIR AND INSULATION WORK IN WELL (OPTIONS)

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к ограничению водопритоков в добывающих скважинах, и может быть использовано для выравнивания профилей приемистости и изоляции промытых зон нагнетательных скважин тампонажными растворами, обеспечивающими автоматическое перекрытие каналов перетока воды по цементной крепи скважины и может использоваться при ремонтно-изоляционных работах в скважине.
Известен способ применения тампонажного раствора для цементирования нефтяных и газовых скважин (патент RU №2652040, МПК C09K 8/473, Е21В 33/138, С04В 24/38, С04В 103/20, С04В 111/20, С04В 103/50, опубл. 24.04.2018 в бюл. №12), содержащего портландцемент ПЦТ I-G, тонкодисперсное минеральное вяжущее «MIKRODUR R-U», стеклянные полые микросферы из химически стойкого натрий-боросиликатного стекла 3М™ HGS4000, пенетрирующая добавка «Пенетрон Адмикс», замедлителя сроков схватывания цемента CR-221 (сульфо-метелированный лигнин), понизителя водоотдачи CFL-160 (на основе модифицированных производных полисахаридов), пеногасителя D-air 5000 при следующем соотношении компонентов, мас. %:
портландцемент ПЦТ I-G - 56,0,
MIKRODUR R-U - 30,0,
HGS4000 - 14,0,
Пенетрон Адмикс - 2,0 сверх 100%,
CR-221-0,3 сверх 100%,
CFL-160-0,2 сверх 100%,
D-air 5000-0,05 сверх 100%,
вода - 70,0 сверх 100%.
Недостатком способа является его низкая эффективность, связанная с низкими прочностными свойствами образующегося камня из-за высокого содержания воды в составе и наличия микросфер. Кроме того, недостатком является длительное время восстановления герметичности образовавшихся микротрещин и микрозазоров в тампонажном камне (15 сут). Восстановление герметичности тампонажного камня при образовании в нем микротрещин и микрозазоров только при контакте с пластовой водой, что ограничивает диапазон применения состава.
Наиболее близким является способ цементирования нефтяных и газовых скважин тампонажным раствором (патент RU №2542013, МПК C09K 8/467, опубл. 20.02.2015 в бюл. №5), включающий приготовление тампонажного раствора путем приготовления сухой смеси в заданном количественном соотношении из тампонажного цемента, пенетрирующей добавки, понизителя водоотдачи и пластификатора, дальнейшее добавление пеногасителя в процессе затворения смеси и его закачку, при этом в качестве пенетрирующей добавки тампонажный раствор включает «ПенетронАдмикс», в качестве понизителя водоотдачи - любой из водорастворимых эфиров целлюлозы, в качестве пластификатора - лигносульфонат, в качестве пеногасителя - трибутилфосфат при следующем соотношении компонентов, мас. %: портландцемент - 100, указанная пенетрирующая добавка 3,0 сверх 100, указанный понизитель водоотдачи - 0,03-0,1 сверх 100, указанный пластификатор - 0,3-0,7 сверх 100, трибутилфосфат - 0,01-0,1 сверх 100, вода до водоцементного отношения - 0,38-0,42.
Недостатками известного способа являются восстановление герметичности микротрещин и микрозазоров в образующемся тампонажном камне только при контакте с пластовой водой, что ограничивает диапазон применения раствора по предлагаемому способу и влияет на его эффективность, а также невысокая прочность образующегося камня. Кроме того, приготовление указанного раствора через получение сухой смеси и добавление в процессе затворения сухой смеси, как показывает практика, не обеспечивает равномерность технологических свойств состава в процессе его затворения и закачивания (растекаемость, плотность и т.д), за счет не полного и разного времени растворения модифицирующих добавок к портландцементу: понизителя водоотдачи, пластификатора, пеногасителя (трибутилфосфат -жидкость плохо растворимая в воде 0,042 г в 100 мл при 16°С, Химический энциклопедический словарь, гл. редактор И.Л. Кнунянц, Москва, 1983 г.), что в свою очередь влияет на эффективность состава и успешность ремонтно-изоляционных работ (РИР).
Технической задачей является повышение эффективности ремонтно-изоляционных работ в скважине за счет расширения диапазона восстановления целостности цементного кольца в затрубном пространстве скважин при образовании в нем микротрещин и микрозазоров как в пластовой воде, так и в углеводородной жидкости, а также повышение прочности образующегося камня.
Техническая задача решается способом ремонтно-изоляционных работ в скважине, включающим приготовление тампонажного раствора, содержащего портландцемент, минеральную добавку «ПенетронАдмикс», понизитель водоотдачи, пластификатор, воду и закачку его в скважину.
3
3
По первому варианту новым является то, что для приготовления тампонажного раствора дополнительно используют оксид магния, нитрилотриметилфосфоновую кислоту, в качестве понизителя водоотдачи используют композицию синтетических сульфированных полимеров с насыпной плотностью не менее 0,5 г/см, в качестве пластификатора композицию карбоксилатов и смесей натриевых солей полиметиленнафталинсульфокислот различной молекулярной массы с насыпной плотностью не менее 0,4 г/см, предварительно готовят жидкость затворения путем растворения в пресной воде в заданном количественном соотношении нитрилотриметилфосфоновой кислоты, понизителя водоотдачи, пластификатора и далее в процессе затворения раствора добавляют портландцемент, минеральную добавку, оксид магния при следующем соотношении компонентов мас. %:
портландцемент 100,
минеральная добавка «ПенетронАдмикс» 1-3 сверх 100,
композиция синтетических сульфированных полимеров 0,3-0,4 сверх 100,
композиция карбоксилатов и смесей натриевых солей полиметиленнафталинсульфокислот 0,1-0,2 сверх 100,
оксид магния - 2-3 сверх 100,
нитрилотриметилфосфоновая кислота - 0,01-0,02 сверх 100,
пресная вода до водо-твердого соотношения 0,44-0,5.
3
3
По второму варианту новым является то, что для приготовления тампонажного раствора дополнительно используют оксид магния, нитрилотриметилфосфоновую кислоту, термоэластопласт бутадиен-стирольный, в качестве понизителя водоотдачи используют композицию синтетических сульфированных полимеров с насыпной плотностью не менее 0,5 г/см, в качестве пластификатора композицию карбоксилатов и смесей натриевых солей полиметиленнафталинсульфокислот различной молекулярной массы с насыпной плотностью не менее 0,4 г/см, предварительно готовят жидкость затворения путем растворения в пресной воде в заданном количественном соотношении нитрилотриметилфосфоновой кислоты, понизителя водоотдачи, пластификатора и далее в процессе затворения раствора добавляют портландцемент, минеральную добавку, оксид магния, термоэластопласт бутадиен-стирольный при следующем соотношении компонентов мас. %:
портландцемент 90-92,
термоэластопласт бутадиен-стирольный 8-10,
минеральная добавка «ПенетронАдмикс» 1-3 сверх 100,
композиция синтетических сульфированных полимеров 0,3-0,4 сверх 100,
композиция карбоксилатов и смесей натриевых солей полиметиленнафталинсульфокислот 0,1-0,2 сверх 100,
оксид магния 2-3 сверх 100,
нитрилотриметилфосфоновая кислота 0,01-0,02 сверх 100,
пресная вода до водо-твердого соотношения 0,44-0,5.
Реагенты, применяемые в заявляемом способе:
Портландцемент тампонажный по ГОСТ 1581-96.
2
3
2
3
4
2
2
Минеральная добавка «ПенетронАдмикс» - сухая смесь, состоящая из монокальциевого алюмината СаО⋅AlO, диалюмината кальция СаО⋅2AlO, полугидрата гипса CaSO 0,5 НО, клинкерных минералов C3S и С3А, а также Са(ОН). Выпускается в соответствии с ТУ 5745-001-77921756-2006.
3
3
В качестве пластификатора используют композицию карбоксилатов и смесей натриевых солей полиметиленнафталинсульфокислот различной молекулярной массы, порошок от желтого до темно-коричневого цвета. Насыпная плотность - не менее 0,4 г/см (в пределах 0,4-0,7 г/см). Содержание влаги - не более 15,0%. Увеличивает текучесть тампонажного раствора, ТУ 2458-063-97457491-2012.
3
3
В качестве понизителя водоотдачи используют композицию на основе синтетических сульфированных полимеров, порошок от белого до желтого цвета. Насыпная плотность - не менее 0,5 г/см (в пределах 0,5-0,8 г/см). Содержание влаги - не более 10,0%. Снижает показатель фильтрации за счет связывания воды и уменьшает водоотделение за счет структурирования цементного теста, ТУ 2458-065-97457491-2012 (например, аналогичен понизителю фильтрации по патенту RU №2582143 МПК С09К 8/467, Е21 В 33/138, опубл. 20.04.2016 в бюл. №11).
Нитрилотриметилфосфоновая кислота (НТФ) бесцветный или слегка зеленоватый кристаллический порошок белого цвета по ТУ 2439-347-05763441-2001 с массовой долей основного вещества не менее 90%, массовая доля хлоридов не более 2,7%. Позволяет поддержать необходимое время отверждения состава. Добавка в тампонажный раствор НТФ позволяет обеспечить необходимые для технологии работ сроки прокачиваемости и отверждения.
Оксид магния упрочняющая добавка для увеличения прочности образуемого цементного камня. Представляет собой порошок с массовой долей оксида магния не менее 75% по ГОСТ 844-79, ТУ 23.20.13-001-33807947-2018, марка А, В, ПМК 83.
Термоэластопласт бутадиен-стирольный продукт блоксополимеризации стирола и бутадиена в растворе углеводородов. Внешний вид полимера - крошка или гранулы от белого до светло-желтого цвета, кинематическая вязкость 5,23% раствора в толуоле при температуре (25±1)°С в пределах 15-35 сСт, массовая доля летучих веществ не более 0,8%, массовая доля золы (при опудривании стеаратом Са) не более 0,3% (по ТУ 2294-021-00148889-2014, ТУ 38.40327-98). Обеспечивает восстановление целостности цементного кольца в затрубном пространстве за счет тампонирования микротрещин и микрозазоров набухающим в углеводородной жидкости термоэластопластом.
Для осуществления способа используют пресную воду.
2
3
2
3
2
Сущность изобретения состоит в создании способа ремонтно-изоляционных работ в скважине, включающий приготовление тампонажного раствора, обеспечивающего восстановление образующихся в камне микротрещин и микрозазоров при контактировании как с пластовой водой, так и с углеводородной жидкостью, закачку его в скважину. Тампонажный раствор прост в приготовлении, обладает достаточно продолжительным для проведения работ в скважине временем отверждения. После перемешивания компонентов и закачивания в скважину в указанном диапазоне соотношений компоненты раствора реагируют, в результате формируется прочный тампонажный камень. За счет взаимодействия оксида магния с клинкерообразующими оксидами (СаО, AlO, FeO, NaO в составе минерального вяжущего и минеральной добавки происходит формирование минеральных новообразований с большим количеством контактов их срастания, что обеспечивает высокую прочность полученного камня и способность восстанавливать целостность цементного камня в пластовой воде, а присутствие термоэластопласта бутадиен-стирольного в составе обеспечивает восстановление целостности цементного камня в углеводородной жидкости, что позволяет повысить эффективность ремонтно-изоляционных работ (РИР) в скважине.
Для осуществления способа ремонтно-изоляционных работ готовят тампонажный раствор следующим образом. Приготавливают жидкость затворения предварительно растворив в пресной воде в заданном количественном соотношении нитрилотриметилфосфоновую кислоту (НТФ), понизителя водоотдачи, пластификатора (данные компоненты тампонажного раствора хорошо растворяются в воде). Далее портландцемент, минеральную добавку, оксид магния по первому варианту или портландцемент, минеральную добавку, оксид магния, термоэластопласт бутадиен-стирольный по второму варианту добавляют в процессе затворения раствора. Приготовленный вышеприведенным способом раствор по первому и второму вариантам обеспечивает получение однородной по технологическим свойствам (плотность, растекаемость, водоотделение и.т.п.) композиции (раствора) ввиду предварительного растворения в пресной воде НТФ, понизителя водоотдачи и пластификатора, в отличие от способа по наиболее близкому аналогу, где приготавливают сухую смесь в заданном количественном соотношении из тампонажного цемента, пенетрирующей добавки, понизителя водоотдачи и пластификатора, трибутилфосфат добавляют в процессе затворения смеси.
Далее готовый тампонажный раствор закачивают в скважину.
В лабораторных условиях установили оптимальное соотношение компонентов тампонажного состава (см. таблицу, опыты 1-7), при этом ориентировались на время отверждения после смешения компонентов тампонажного состава, чтобы было достаточным для закачки в скважину, растекаемость - не менее 220 мм, водоотделение - 0%, прочностные показатели через 48 ч - не менее 3 МПа на изгиб и 8 МПа на сжатие.
По первому варианту применяли тампонажный раствор, содержащий портландцемент, минеральную добавку «ПенетронАдмикс», понизитель водоотдачи
- композицию синтетических сульфированных полимеров, пластификатор -композицию карбоксилатов и смесей натриевых солей полиметиленнафталинсульфокислот, оксид магния, нитрилотриметилфосфоновую кислоту и пресную воду при следующем соотношении компонентов мас. %:
Портландцемент - 100,
минеральная добавка «ПенетронАдмикс» 1-3 сверх 100,
композиция синтетических сульфированных полимеров 0,3-0,4 сверх 100,
композиция карбоксилатов и смесей натриевых солей полиметиленнафталинсульфокислот - 0,1-0,2 сверх 100,
оксид магния - 2-3 сверх 100,
нитрилотриметилфосфоновая кислота 0,01-0,02 сверх 100,
пресная вода до водо-твердого соотношения 0,44-0,5.
По второму варианту применяли тампонажный раствор, содержащий портландцемент, минеральную добавку «ПенетронАдмикс», понизитель водоотдачи
- композицию синтетических сульфированных полимеров, пластификатор -композицию карбоксилатов и смесей натриевых солей полиметиленнафталинсульфокислот, оксид магния, нитрилотриметилфосфоновую кислоту и термоэластопласт бутадиен-стирольный и пресную воду при следующем соотношении компонентов мас. %:
портландцемент - 90-92,
термоэластопласт бутадиен-стирольный 8-10,
минеральная добавка «ПенетронАдмикс» 1-3 сверх 100,
композиция синтетических сульфированных полимеров 0,3-0,4 сверх 100,
композиция карбоксилатов и смесей натриевых солей полиметиленнафталинсульфокислот - 0,1-0,2 сверх 100,
оксид магния - 2-3 сверх 100,
нитрилотриметилфосфоновая кислота 0,01-0,02 сверх 100,
пресная вода до водо-твердого соотношения 0,44-0,5.
Уменьшение массового содержания минеральной добавки «ПенетронАдмикс» ниже 1%, оксида магния ниже 2%, нитрилотриметилфосфоновой кислоты ниже 0,01%, композиции синтетических сульфированных полимеров ниже 0,3%, композиции карбоксилатов и смесей натриевых солей полиметиленнафталинсульфокислот ниже 0,1% ведет к излишнему увеличению времени отверждения тампонажного раствора, ухудшению технологических показателей (снижается растекаемость, прочностные показатели, увеличивается время залечивания). Уменьшение содержания термоэластопласта бутадиен-стирольного (по второму варианту) в составе ниже 8% влияет на «залечивание» микротрещин и микрозазоров в образующемся камне в углеводородной жидкости или в пластовой воде, содержащей углеводороды, т.е. будет длительное время залечивания, что отрицательно сказывается на эффективности способа.
Уменьшение пресной воды до водо-твердого соотношения менее 0,44 (см. таблицу, показатель ж/т) ведет к снижению растекаемости тампонажного раствора и, как следствие, снижению его прокачиваемости. Увеличение массового содержания минеральной добавки «ПенетронАдмикс» больше 3%, оксида магния более 3%, нитрилотриметилфосфоновой кислоты более 0,02%, композиции синтетических сульфированных полимеров более 0,4%, композиции карбоксилатов и смесей натриевых солей полиметиленнафталинсульфокислот более 0,2%, пресной воды до водо-твердого соотношения более 0,5 ведет к экономически неоправданному удорожанию тампонажного раствора и увеличению времени отверждения раствора, с одновременным ухудшением прочностных показателей и водоотделения. Увеличение термоэластопласта бутадиен-стирольного (по второму варианту) в растворе более 10% ухудшает его прокачиваемость. Увеличение портландцемента (по первому и второму вариантам) удорожает тампонажный раствор и ухудшает его прокачиваемость, а уменьшение его в растворе влияет на прочностные свойства образующегося камня (прочностные свойства уменьшаются). Результаты лабораторных испытаний предлагаемого способа приведены в таблице.
Как видно из таблицы, время отверждения после смешения компонентов тампонажного раствора составляет от 18 до 33 ч, что достаточно для закачки в скважину, растекаемость - более 245 мм, водоотделение - 0%, прочностные показатели через 48 ч - в пределах 3,11-4,43 МПа на изгиб и 11,35-21,33 МПа на сжатие, что свидетельствует о высокой прочности образующихся камней, создаваемые искусственные каналы «залечиваются» как в водной среде, так и в углеводородной жидкости.
Опыты 1-4 имеют оптимальное соотношение компонентов в тампонажном растворе по первому варианту предлагаемого способа.
Опыты 5-7 имеют оптимальное соотношение компонентов в тампонажном растворе по второму варианту предлагаемого способа.
Кроме того, опыты 1-7 относятся к экономически предпочтительным тампонажным растворам для проведения РИР.
Опыты 8, 9 не входят в оптимальное соотношение компонентов в тампонажном растворе, имеют длительное время отвреждения, низкую растекаемость, водоотделение, поэтому их не учитываем.
Для осуществления закачки готовят тампонажный раствор. Тампонажный раствор готовят непосредственно на скважине. В смесительную емкость набирают пресную воду. В воду при постоянном перемешивании добавляют небольшими порциями НТФ, понизитель водоотдачи и пластификатор до их полного растворения. Далее в жидкость затворения при постоянном перемешивании постепенно последовательно подают оксид магния, минеральную добавку и портландцемент (по первому варианту) или термоэластопласт бутадиен-стирольный, оксид магния, минеральную добавку и портландцемент (по второму варианту) при следующем соотношении компонентов мас. %:
- по первому варианту
портландцемент 100,
минеральная добавка «ПенетронАдмикс» 1-3 сверх 100,
композиция синтетических сульфированных полимеров 0,3-0,4 сверх 100,
композиция карбоксилатов и смесей натриевых солей полиметиленнафталинсульфокислот 0,1-0,2 сверх 100,
оксид магния 2-3 сверх 100,
нитрилотриметилфосфоновая кислота 0,01-0,02 сверх 100,
пресная вода до водо-твердого соотношения 0,44-0,5.
по второму варианту портландцемент 90-92,
термоэластопласт бутадиен-стирольный - 8-10,
минеральная добавка «ПенетронАдмикс» 1-3 сверх 100,
композиция синтетических сульфированных полимеров 0,3-0,4 сверх 100,
композиция карбоксилатов и смесей натриевых солей полиметиленнафталинсульфокислот 0,1-0,2 сверх 100,
оксид магния 2-3 сверх 100,
нитрилотриметилфосфоновая кислота 0,01-0,02 сверх 100,
пресная вода до водо-твердого соотношения 0,44-0,5.
3
3
После подачи всего портландцемента в емкость перемешивают раствор до выравнивания плотности тампонажного раствора. Заполняют скважину, вызывают циркуляцию. Закачивают в изолируемый интервал последовательно буфер из 0,3-0,5 м пресной воды, приготовленный тампонажный раствор, буфер из 0,3-0,5 м пресной воды. Продавливают раствор закачиванием в предварительно спущенные насосно-компрессорные трубы (НКТ) технологической жидкости. Объем технологической жидкости для продавливания принимают с условием оставления цементного моста в зоне изоляции не менее 20 м. Проводят контрольную промывку для вымывания раствора из НКТ. Приподнимают НКТ на безопасную высоту с доливом скважины технологической жидкостью. Оставляют скважину на 48 ч для отверждения раствора. Проводят разбуривание цементного моста и промывают скважину с допуском НКТ до забоя. Успешность работ контролируют геофизическими методами или по изменению параметров работы скважины (дебита жидкости и нефти, обводненности продукции, плотности добываемой воды).
Таким образом, предлагаемый способ ремонтно-изоляционных работ в скважине позволяет восстановить целостность цементного кольца в затрубном пространстве скважин при образовании в нем микротрещин и микрозазоров как в пластовой воде, так и в углеводородной жидкости, повышает эффективность ремонтно-изоляционных работ в скважине, а получаемый тампонажный камень обладает высокой прочностью.