СОСТАВ ДЛЯ КРЕПЛЕНИЯ ПРИЗАБОЙНОЙ ЗОНЫ НЕФТЯНЫХ И ГАЗОВЫХ СКВАЖИН
COMPOSITION FOR STABILISATION OF BOTTOMHOLE ZONE OF OIL AND GAS WELLS

Изобретение относится к нефтегазовой промышленности, в частности к составам для крепления призобойной зоны нефтяных и газовых скважин, и может найти применение в процессах бурения и ремонта скважин.
Известен изолирующий состав на основе формальдегидной смолы, соляной кислоты и лигносульфонатов (пат. РФ 2017936, Е21В 33/138, бюл. №15, 1994 г.) К недостаткам состава относится низкая подвижность его в коллекторах с малой проницаемостью, а также высокая стоимость состава из-за наличия в нем лигносульфонатов.
Известен также состав на основе тампонажного материала для изоляции водопритоков в нефтяных и газовых скважинах, включающий в себя фенолформальдегидную смолу, минеральную или органическую кислоту и добавленный после перемешивания и расслоения в смолистый слой наполнитель (пат. РФ 2147332, Е21В 33/138, опубл. в 2000 г.). К недостаткам состава относится расслоение смеси после перемешивания на смолу и воду, что может привести к недостаточной прочности образованного после отверждения камня.
Наиболее близким по технической сущности является состав для крепления призабойной зоны газовых скважин на основе фенолформальдегидной смолы и водного раствора бензосульфокислоты в качестве отвердителя-катализатора (а.с. 202035, Е21В 33/138, опубл. в 1967 г.). К недостаткам состава относится водная составляющая отвердителя, что приводит к уменьшению проникающей способности состава и снижению прочностных характеристик образованного камня.
Целью изобретения является увеличение эффективности изоляции обводненных коллекторов призабойной зоны нефтяных и газовых скважин пласта за счет увеличения проникающей способности изолирующего состава и повышения блокирующего эффекта.
Поставленная цель достигается тем, что в составе для крепления призабойной зоны нефтяных и газовых скважин, включающем формальдегидную смолу и отвердитель на основе раствора сульфокислотны, количество отвердителя в составе составляет 7-15%, а отвердитель состоит из раствора ароматической сульфокислоты в настое спирта на лигнине гидролизном - отходе при гидролизе щепы и опила при количестве настоя спирта 10-40% с добавлением поверхностно-активного вещества в количестве 8-12% от массы отвердителя, при этом массовое соотношение спирта и лигнина гидролизного в настое составляет 10:1-1:1, причем состав дополнительно в качестве наполнителя содержит оставшиеся после настоя спирта на лигнине гидролизном дисперсные частицы лигнина гидролизного в количестве 3-20%.
Сущность предлагаемого изобретения заключается в следующем. В отличие от известного состава, принятого нами за прототип, где в качестве отвердителя используется водный раствор бензолсульфокислоты, в предлагаемом составе используется раствор толуолсульфокислоты в настое спирта на лигнине гидролизном - отходе при гидролизе щепы и опила. Известно, что спирт относится к классу так называемых универсальных растворителей. Универсальные растворители обладают способностью растворяться как в воде, так и в нефти (см. напр., Л де Вергос «Борьба с выносом песка», «Газ, нефть и нефтехимия за рубежом» №3, 1979, с.25-28). Благодаря этому предлагаемый изолирующий состав обладает промежуточной смачиваемостью к породе пласта между водой и нефтью и будет легче в отличие от известных составов проникать как в гидрофильные, так и в гидрофобные коллекторы, которые остаются в пласте после вытеснения из него нефти.
В предлагаемом составе в качестве отвердителя содержится раствор толуолсульфокислоты в настое спирта на лигнине гидролизном, а в смесь формальдегидной смолы и отвердителя при достаточной приемистости призабойной зоны пласта добавляются оставшиеся после настоя спирта на лигнине гидролизном дисперсные частицы лигнина гидролизного. Лигнин гидролизный получают как отход производства при гидролизе щепы и опила. Согласно ТУ 06024-11-04-00 в состав лигнина входят лигнин технический (20-30%), двуокись кремния (до 10%), непрогидролизованная целлюлоза, минеральные вещества. Добавки диспергированных частиц лигнина гидролизного активируют связующее, повышая его адгезионную способность, что, соответственно, обеспечивает значительные силы сцепления. Таким образом, присутствие лигнина гидролизного в тампонирующем составе в качестве наполнителя способствует более высокой адгезии его к породе пласта и увеличению прочностных свойств тампонирующего состава.
В результате настоя спирта на лигнине гидролизном - отходе при гидролизе щепы и опила, отвердитель, включающий в себя раствор ароматической сульфокислоты в настое спирта на лигнине гидролизном, насыщается лигносульфонатами. В результате взаимодействия лигносульфонатов с формальдегидными группами смолы образуются смололигносульфонатные комплексы. Это приводит к предотвращению усадки и повышению прочностных характеристик образованного камня. Добавка в состав смолы поверхностно-активного вещества способствует увеличению проникающей способности герметизирующего состава в коллекторы с низкой проницаемостью.
Отверждение состава на основе формальдегидных смол происходит за счет реакции поликонденсации непосредственно в скважинных условиях. Добавки пропитанных спиртом диспергированных частиц лигнина гидролизного активируют формальдегидное связующее, повышая его адгезионную способность, что, соответственно, обеспечивает значительные силы сцепления на контакте отвержденная смола-труба и смола-порода. Величины этих сил превышают силы взаимного сдвига слоев, возникающих при нагружении трубы внешним давлением. Таким образом, присутствие вытяжки и дисперсных частиц лигнина гидролизного в тампонирующей смеси способствует более высокой адгезии образованного камня к породе пласта, регулированию времени потери текучести и увеличению прочностных свойств тампонирующего состава.
Для приготовления состава в качестве смолы используют фенолформальдегидную или формальдегидную смолу, в качестве отвердителя - ароматическую сульфокислоту, в качестве спирта - спирт метиловый, этиловый, бутиловый, спирт или этиленгликоль, диэтиленгликоль, полигликоль, в качестве ПАВ - неанол, превоцел, а также лигнин гидролизный - отход при гидролизе щепы и опила по ТУ 06024-11-04-00.
Состав готовят путем смешивания исходных материалов в определенном соотношении с предварительным настаиванием (не менее 1 суток) спирта на лигнине гидролизном.
Эффективность предлагаемого состава была испытана в лабораторных условиях. Для определения оптимального количества настоя спирта на лигнине гидролизном в отвердителе провели ряд лабораторных экспериментов. При этом количество отвердителя в составе составляло 10%. В качестве формальдегидной смолы использовали смолу по ТУ 2458-319-05765670-2006, спирта - диэтиленгликоль (ГОСТ 10136-77), а в качестве ароматической сульфокислоты - толуолсульфокислоту. Оптимальное содержание спирта в отвердителе определяли по совокупности трех параметров: вязкости начальной смеси, времени начала отверждения смеси и давлении отрыва отвержденного тампонирующего состава от металлической поверхности. Для этого на металлическую пластину наносили испытуемый состав. Давление отрыва от металлической пластины определяли адгезиометром "Константа А". Результаты опытов приведены в табл.1
Таблица 1
Количество настоя спирта на лигнине гидролизном в отвердителе, мас.%
Вязкость смеси, МПа·с
Время начала отверждения, час
Давление отрыва, МПа
5
120
2,5
4,2
10
108
3,0
4,5
30
84
3,5
4,6
40
72
4,5
4,7
50
60
5,0
4,7
Таким образом установлено, что оптимальное количество настоя спирта на лигнине гидролизном в отвердителе составляет 10-40%, т.к. при меньшем количестве снижается адгезия к металлу, а при большем с уменьшением начальной вязкости состава адгезия не повышается.
Были проведены испытания по определению оптимальной величины количества отвердителя в составе. При этом количество настоя спирта на лигнине гидролизном в отвердителе составляло 30%.
Эксперименты проводили аналогично вышеприведенным исследованиям. Результаты опытов приведены в табл.2
Таблица 2
Количество отвердителя в составе, мас.%
Вязкость смеси, МПа·с
Время начала отверждения, час
Давление отрыва, МПа
5
120
5,0
4,4
7
115
3,8
4,6
10
105
3,2
4,6
15
100
1,7
4,6
17
97
1,0
4,6
Таким образом установлено, что оптимальное количество отвердителя в составе составляет 7-15%, т.к. при меньшем количестве снижается адгезия к металлу, а при большем с резким уменьшением времени начала отверждения состава адгезия не повышается.
Были проведены также испытания по определению оптимального соотношения спирта и лигнина гидролизного в настое. При этом количество настоя спирта на лигнине гидролизном в отвердителе составляло 30%, а количество отвердителя в составе 10%. Результаты опытов приведены в табл.3
Таблица 3
Соотношение спирта и лигнина гидролизного в настое
Вязкость смеси, МПа·с
Время начала отверждения, час
Давление отрыва, МПа
15-1
96
2,5
3,8
10-1
98
3,5
4,6
5-1
98
3,8
4,7
1-1
97
4,5
4,7
0,5-1
97
5,0
4,7
Таким образом установлено, что оптимальное соотношение спирта и лигнина гидролизного в настое составляет 10:1-1:1, т.к. при меньшем количестве снижается адгезия к металлу, а при большем адгезия не повышается.
Были также проведены испытания по определению оптимальной величины в составе наполнителя оставшихся после настоя спирта на лигнине гидролизном дисперсных частиц лигнина гидролизного.
Эксперименты проводили аналогично вышеприведенным исследованиям. Результаты опытов приведены в табл.4
Таблица 4
Количество наполнителя в составе, мас.%
Вязкость смеси, МПа·с
Время начала отверждения, час
Давление отрыва, МПа
1
120
3,0
4,5
3
135
3,0
4,7
11
195
3,0
4,7
20
255
3,0
4,7
25
306
3,0
4,7
Таким образом установлено, что оптимальное количество в составе наполнителя оставшихся после настоя спирта на лигнине гидролизном дисперсных частиц лигнина гидролизного составляет 3-20%, т.к. при меньшем количестве снижается адгезия состава к металлу, а при большем адгезия не повышается.
Были также проведены испытания по определению оптимальной величины в составе отвердителя поверхностно-активного вещества. 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
10,0
диаметр, см
9,3
проницаемость, мкм<sup>2</sup>
0,8
Согласно предлагаемому способу в модель нагнетали предварительно приготовленный герметизирующий состав с введенной в отвердитель добавкой ПАВ. Оценку проникающей способности состава определяли визуально. Результаты испытаний приведены в табл.5.
Таблица 5
Количество ПАВ (неонол или превоцел) в наполнителе, мас.%
Проникающая способность, см
0
4,1
5
6,8
8
7,9
12
8,4
15
8,4
Таким образом установлено, что оптимальное количество в наполнителе поверхностно-активного вещества составляет 8-12%, т.к. при меньшем количестве снижается проникающая способность состава, а при большем не увеличивается.
Были проведены также сравнительные испытания с применением известного состава, принятого нами за прототип. При этом испытуемый состав содержал 85% фенолформальдегидной смолы и 15% бензолсульфокислоты. Эксперименты проводили аналогично вышеприведенным исследованиям. Давление составило 4,2 МПа или на 9,5% меньше по сравнению с давлением отрыва предлагаемого состава.
Таким образом, при использовании предлагаемого состава за счет включения в отвердитель раствора толуолсульфокислоты в настое спирта на лигнине гидролизном - отходе при гидролизе щепы и опила, активируется формальдегидное связующее, повышая адгезионную способность состава, что, соответственно, обеспечивает значительные силы сцепления на контакте: отвержденная смола-металлическая поверхность (на 9,5% выше по сравнению с известным составом) и смола-порода, что приводит к повышению эффективности изоляции обводненных коллекторов призабойной зоны нефтяных и газовых скважин пласта. Величины этих сил превышают силы взаимного сдвига слоев, возникающих при нагружении призабойных зон нефтяных и газовых скважин внешним давлением. Это позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения критерию «изобретательский уровень».
По имеющимся у авторов сведениям совокупность существенных признаков, характеризующих сущность заявляемого изобретения, не известна на данном уровне науки и техники, что позволяет сделать вывод о соответствии изобретения критерию «новизна»
Совокупность существенных признаков, характеризующих сущность изобретения, может быть многократно использована в промышленности с получением технического результата, заключающегося в увеличении эффективности изоляции обводненных коллекторов призабойных зон нефтяных и газовых скважин пласта и обуславливающего достижение поставленной цели, что позволяет сделать вывод о соответствии изобретения критерию «промышленная применимость».