ВЯЗКОУПРУГИЙ СОСТАВ ДЛЯ ИЗОЛЯЦИИ ВОДОПРИТОКОВ В СКВАЖИНУ
VISCOELASTIC COMPOSITION FOR SEALING INFLUX OF WATER INTO WELL

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к вязкоупругим составам (ВУС), применяемым для изоляции водопритоков в скважину.
Анализ существующего уровня техники показал следующее:
- известен вязкоупругий тампонажный раствор, рецептура которого имеет следующее соотношение ингредиентов, вес.%:
2%-ный раствор полиакриламида (ПАА)
49,3-97,3
Технический формалин
1,2-2,7
5%-ный раствор КМЦ-600
1,5-49,5
(см. а.с. СССР №933948, заявл. 26.09.1980 по кл. Е21В 33/138, опубл. 07.06.1982 г.).
5
6
Недостатком указанного раствора является следующее: в качестве полимерного ингредиента в растворе используют ПАА, который имеет молекулярную массу порядка 10-10 Д, следовательно, водный раствор указанного полимера будет иметь высокую вязкость. Совместное использование в рецептуре раствора двух полимеров ПАА и КМЦ-600 придает ему высокие значения вязкости. Вследствие чего сфера применения данного раствора будет ограничена только высокопроницаемыми и трещиноватыми коллекторами.
Время гелеобразования, равное 1-20 суток (см. таблица описания к изобретению), является технологически неоправданным, так как приводит к непроизводительным затратам и удорожанию изоляционных работ.
Как известно сшивка макромолекул ПАА формальдегидом происходит при низких значениях водородного показателя pH. Отсутствие в рецептуре раствора ингредиента, снижающего pH, приведет к образованию недостаточно прочного вязкоупругого тампонажного раствора, нестойкого к разбавлению пластовой водой, использование которого не обеспечит создание надежного изоляционного экрана, то есть не представляется возможным эффективное применение данного раствора для изоляции водопритоков в скважину. Вязкоупругий тампонажный раствор имеет пониженную адгезию к металлу труб. Это обусловлено выделением воды из структуры геля (синерезисом), которая будет способствовать ослаблению связей между вязкоупругим тампонажным раствором и контактирующей с ним поверхностью металла труб;
- в качестве прототипа взят вязкоупругий состав для изоляции водопритоков в скважину, рецептура которого имеет следующее соотношение ингредиентов, мас.%:
ПАА
0,3-0,5
Формалин
0,4
Полиаминометилфосфоновая кислота
марки ПАФ-13А
0,3-2,0
Вода
остальное
(см. а.с. СССР №1789664, заявл. 26.03.1990 по кл. Е21В 33/138, С09К 3/00, опубл. 23.01.1993 г.).
5
6
Недостатками данного ВУС является следующее: в качестве водорастворимого полимера используют ПАА, который имеет молекулярную массу порядка 10-10 Д, следовательно, водный раствор указанного полимера будет иметь высокую вязкость. Кроме того, при введении в смесь раствора ПАА и структурообразователя -формалина ингибитора солеотложения марки ПАФ-13А произойдет быстрое увеличение вязкости состава. Вследствие чего сфера применения данного раствора будет ограничена только высокопроницаемыми и трещиноватыми коллекторами. Высокая вязкость ВУС затрудняет процесс его закачки.
Как известно, сшивка макромолекул ПАА формальдегидом происходит при низких значениях водородного показателя pH. Введение ингибитора солеотложения марки ПАФ-13А, проявляющего кислотные свойства, в смесь растворов ПАА и формалина, приведет к ускоренной сшивке, в результате чего состав не будет обладать регулируемым временем гелеобразования и не обеспечит его достаточного проникновения в пористую среду.
Данный ВУС также имеет пониженную адгезию к металлу труб, в связи с чем не представляется возможным его эффективное применение для изоляции водопритоков в скважину. Это обусловлено изменением первоначально образовавшейся структуры с конформацией макромолекул полимера в результате влияния используемой сшивающей системы. При этом происходит ослабление связей между ВУС и контактирующей с ним поверхностью металла труб. Аналогичные явления будут происходить на границе контакта «горная порода - ВУС». Снижение адгезии в свою очередь приведет к повторному водопритоку в скважину, что потребует проведения дополнительных работ по изоляции водопритоков в скважину и соответственно дополнительных затрат на проведение работ. Создание надежного изоляционного экрана не произойдет.
Технический результат, который может быть получен при реализации предлагаемого изобретения, сводится к следующему:
улучшение технологических свойств, обусловленное регулируемым временем гелеобразования и вязкостью, обеспечивающими проникновение состава в пористую среду, повышенная адгезия к металлу труб, высокие изоляционные свойства, обеспечивающие создание надежного изоляционного экрана.
Технический результат достигается с помощью известного ВУС для изоляции водопритоков в скважину, включающего водорастворимый полимер, алкилфосфатное соединение, альдегидсодержащее вещество и воду, который в качестве водорастворимого полимера содержит поливиниловый спирт, в качестве алкилфосфатного соединения - вещество поверхностно-активное «Полифос», а в качестве альдегидсодержащего вещества - Protectol GA 50 при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:
Поливиниловый спирт
5-7
Вещество поверхностно-активное
«Полифос»
0,5-2,0
Protectol GA 50
0,2-0,5
Вода
остальное.
Заявляемый ВУС соответствует условию «новизна».
Для приготовления ВУС используют поливиниловый спирт по ТУ 6-05-313-85, вещество поверхностно-активное «Полифос» по ТУ 2439-016-714-62031-2008, Protectol GA 50 фирмы BASF (Германия) представляет собой 50%-ный водный раствор глутарового альдегида. Взаимодействие используемых в ВУС ингредиентов в указанных количествах происходит следующим образом: в результате реакции поликонденсации поливинилового спирта с глутаровым альдегидом, входящим в состав Pretectal GA 50, образуется сшитая полимерная структура. При этом одна альдегидная группа глутарового альдегида реагента Protectol GA 50 реагирует с двумя гидроксильными группами, входящими в состав одной цепи поливинилового спирта, а другая альдегидная группа связывается с соседней макромолекулой поливинилового спирта с образованием комплексного соединения следующего строения
Глутаровый альдегид взаимодействует с поливиниловым спиртом при низких значениях pH. Роль регулятора pH выполняет вещество поверхностно-активное «Полифос», представляющее собой смесь моно- и диалкилфосфатов в кислой форме следующей формулы
2
ROPO(OH) и (RO)2POOH,
8
10
где R - первичный алкил фракции C-C.
Эфирные группы -OR алкилфосфатов способны гидролизоваться во времени, образуя алкилфосфорные и фосфорные кислоты, которые являются более сильными, чем моно- и диалкилфосфаты, что приводит к возможности регулирования времени гелеобразования ВУС (процесса сшивки полимерных макромолекул), что приводит к улучшению его технологических свойств.
Формирование пространственного структурного каркаса химически сшитых гелей на основе поливинилового спирта и глутарового альдегида протекает во времени. После перемешивания ингредиентов в течение некоторого времени жидкий золь внешне остается неизменным, затем отмечается быстрое и ярко выраженное повышение вязкости раствора, которое заканчивается квазиотверждением. Согласно статистической теории гелеобразования, гель-точка характеризуется появлением в реакционной системе бесконечного кластера. Повышение концентрации сшивающего агента выше гель-точки приводит к упрочнению геля. Продолжительность индукционного периода определяется скоростью диффузии молекул глутарового альдегида, окруженных гидратными оболочками, в межглобулярное пространство молекул полимера. Согласно положениям теории перколяции, образование химически сшитых гелей относится к критическим явлениям и характеризуется гель-точкой, в которой реологические свойства системы резко изменяются. Появлению в системе бесконечного кластера связанных элементов структуры предшествует стремительный рост вязкости, обусловленный формированием и ростом упорядоченных областей микрогеля - конечных кластеров, радиус корреляции которых по мере приближения к гель-точке стремится к бесконечности. Выше гель-точки происходит рост прочности геля, протекающий во времени, в результате чего предлагаемый ВУС характеризуется высокими изолирующими свойствами, позволяющими добиться полной закупорки пор изолируемого пласта и обеспечивающими создание надежного изоляционного экрана.
Улучшение технологических свойств ВУС обусловлено также и значениями вязкости, обеспечивающими наряду с регулируемым временем гелеобразования, проникновение состава в пористую среду.
8
10
Кроме того, при гидролизе моно- и диалкилфосфатов выделяются тяжелые спирты С-С, которые, в силу своей гидрофобности, увеличивают устойчивость к воздействию пластовых вод.
Заявляемый ВУС характеризуется повышенной адгезией к металлу труб, что обусловлено следующим: поливиниловый спирт и «Полифос» являются ярко выраженными гидрофильными соединениями, которые хорошо смачивают металлическую поверхность труб, обладающую также гидрофильными свойствами, в результате чего обеспечивается тесный контакт между молекулами и функциональными группами молекул поливинилового спирта, вещества поверхностно-активного и металла. Далее происходит непосредственное взаимодействие сшиваемого полимера и поверхности металла, которое обусловлено различными силами - от Ван-дер-ваальсовских до химических. Такое межмолекулярное взаимодействие контактирующих фаз приводит к повышенной адгезии, что соответствует минимальной межфазной энергии. Протекание описанных процессов приводит к образованию прочного флюидонепроницаемого герметизирующего каркаса, надежно сцепленного с поверхностью труб, ликвидирующего водопритоки в скважины.
Содержание в ВУС поливинилового спирта в количестве более 7 мас.%, вещества поверхностно-активного «Полифос» в количестве более 2,0 мас.%, Protectol GA 50 в количестве более 0,5 мас.% нецелесообразно, так как происходит ухудшение технологических свойств - увеличиваются показатели вязкости, сокращается время гелеобразования ниже технологически необходимого для доставки ВУС в изолируемый интервал, в результате чего возникают осложнения при прокачивании в процессе использования.
Содержание в ВУС поливинилового спирта в количестве менее 5 мас.%, вещества поверхностно-активного «Полифос» менее 0,2 мас.%, Protectol GA 50 менее 0,5 мас.% нецелесообразно, так как ухудшаются изоляционные и адгезионные свойства ВУС.
Таким образом, согласно вышесказанному ВУС 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 «изобретательского уровня».
Более подробно сущность заявляемого изобретения описывается следующими примерами.
Примеры (лабораторные).
3
3
Пример 1. Для приготовления 1000 г ВУС в 943 мл (94,3 мас.%) воды растворяют на водяной бане 50 г (5,0 мас.%) поливинилового спирта. В полученный раствор при перемешивании вводят 4,66 мл (0,5 мас.%) (ρ=1,074 г/см) вещества поверхностно-активного «Полифос», 1,77 мл (0,2 мас.%) (ρ=1,129 г/см) Protectol GA 50. Определяют время гелеобразования, а по истечении 24 часов определяют свойства ВУС.
г
м
2
2
Технологические свойства ВУС: время гелеобразования τ=210 мин, условная вязкость состава УВ=190 с, проницаемость по воде: до обработки - 3,8 мкм, после обработки - 0,011 мкм, коэффициент закупорки К=99,7%. Адгезия к металлу Р=0,13 МПа.
Пример 2.
Готовят 1000 г ВУС, г/мас.%:
Поливиниловый спирт
70/7,0
Вещество поверхностно-активное
«Полифос»
20/2,0 (используют 18,6 мл
ρ=1074 кг/см<sup>3</sup>)
Protectol GA 50
5,0/0,5(используют 4,4 мл
ρ=1,129 г/см<sup>3</sup>)
Вода
905/90,5
Проводят все операции как указано в примере 1.
г
м
2
2
Технологические свойства: τ=45 мин, УВ=363 с, проницаемость по воде: до обработки - 4,1 мкм, после обработки - 0 мкм, К=100%. Адгезия к металлу Р=0,16 МПа.
Пример 3.
Готовят 1000 г ВУС, г/мас.%:
Поливиниловый спирт
60/6,0
Вещество поверхностно-активное
«Полифос»
12,5/1,25 (используют 11,6 мл
ρ=1074 кг/см<sup>3</sup>)
Protectol GA 50
3,5/0,35 (используют 3,1 мл
ρ=1,129 г/см<sup>3</sup>)
Вода
924/92,4
Проводят все операции как указано в примере 1.
г
м
2
2
Технологические свойства: τ=125 мин, УВ=278 с, проницаемость по воде: до обработки - 3,5 мкм, после обработки - 0 мкм, К=100%. Адгезия к металлу Р=0,15 МПа.
Таким образом, заявляемое техническое решение соответствует условиям «новизны, изобретательский уровень, промышленная применимость», то есть является патентоспособным.