ТАМПОНАЖНЫЙ РАСТВОР СЕЛЕКТИВНОГО ДЕЙСТВИЯ
SELECTIVE ACTION GROUTING MORTAR

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к способам селективной изоляции водопритоков в газовых и нефтяных скважинах, герметизации затрубного пространства, устранению межпластовых перетоков в скважинах с близкорасположенным газо-нефтеводяным контактом, в том числе в условиях низкопроницаемых коллекторов.
Известен тампонажный цементный раствор селективного действия по патенту RU №2370516, содержащий портландцемент, органический растворитель, совместимый с водой и с нефтью, маслорастворимое поверхностно-активное вещество (ПАВ), водорастворимое поверхностно-активное вещество (ПАВ), понизитель водоотдачи типа CFL, адгезионную добавку Конкрепол при следующем соотношении компонентов, вес.ч.:
портландцемент
100
органический растворитель, совместимый с
водой и нефтью
32-40
маслорастворимое поверхностно-активное
вещество ПАВ
0,5-1,0
водорастворимое ПАВ
0,5-1,0
понизитель водоотдачи CFL
0,5-1,0
адгезионная добавка Конкрепол
1,0
В качестве органического растворителя содержит бутилцеллозольв, или изопропиловый спирт, или метиловый спирт, или гликоль.
Недостатками этого раствора являются:
- узкая область применения, обусловленная низкой фильтруемостью в микротрещины, цементный камень и горная порода. Это связано с тем, что при использовании вышеуказанного раствора для устранения водопритоков и межпластовых перетоков, особенно в условиях низкопроницаемых коллекторов, в присутствии высокоактивных хлорсодержащих пластовых вод, которые легко замещают органический растворитель с органическими реагентами - добавками, находящимися в составе затворенного тампонажного цемента, они вступают в гидролитическое взаимодействие с частицами цемента, имеющими размеры 25-50 микрон, и образуют конгломераты более 50-100 микрон, которые не могут проникать в низкопроницаемые участки пластов, имеющих размеры каналов меньше размеров частиц цемента и конгломератов;
- недостаточная надежность и эффективность использования из-за того, что представляемый состав имеет только одно вяжущее - портландцемент, который в условиях многообразия действующих факторов пластовой среды и малой водопотребности (0,3-0,5) не может полностью удовлетворять технологическим целям по устранению водопритока и межпластовых перетоков флюидов. Помимо этого наличие органического растворителя, совместимого с водой и нефтью после растворения в воде, ухудшает гидратацию портландцемента и может привести к его несхватыванию.
Наиболее близкий по технологической сущности является водоизолирующий состав по патенту RU №2319723, содержащий этиловый или метиловый эфир ортокремневой кислоты или их смесь, полярный растворитель, аэросил, хлориды металлов IV-VIII групп, при следующем соотношении компонентов, вес.ч.:
этиловый или метиловый эфир ортокремневой
кислоты или их смесь
100
полярный растворитель
10-50
аэросил
1-10
хлориды металлов IV-VIII групп
1-5
Недостатками данного состава являются:
- узкая область применения и недостаточная надежность использования. Это обусловлено тем, что добавляемый к составу аэросил, имеющий частицы размером 5-40 микрон, позволяет поддерживать структурные свойства состава, но, не являясь вяжущим веществом, не создает жесткого каркаса, твердеющего со временем, и постепенно разрушается пластовыми водами в коллекторах пластов, причем размеры частиц аэросила не позволяют проникать ему в низкопроницаемые коллектора. Также указанный состав в своей рецептуре имеет только одно вяжущее, что не позволяет качественно на длительное время изолировать устраняемые при его применении водоперетоки. Имеющийся в данном составе полярный растворитель, смешиваясь с пластовой водой, ухудшает возможность гидролиза (этилового или метилового) эфира ортокремневой кислоты, т.е. образования тампонажной массы.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является расширение технологических возможностей тампонажного раствора и области его применения, а также надежность и эффективность его использования.
Технический результат направлен на создание раствора с тройной вяжущей системой: неорганической составляющей, органической и химической составляющей. Причем неорганическое вяжущее должно иметь частицы размером не более 2-4 микрон и должно быть способно образовывать прочные сцементированные образования, перекрывающие трещины и поры водоносного коллектора.
Органическая составляющая должна представлять активное гелеобразующее вещество, способное образовывать упругие неразрушаемые со временем составы, которые проникли в пористую среду водоносных коллекторов.
Химическая составляющая должна иметь хорошую водорастворимость, в процессе которой при взаимодействии с солями в пластовой воде должна образовываться молекулярно-дисперсионная нерастворимая матрица, кольматирующая микротрещины и поры. Причем химическая составляющая должна, как в первоначальном виде (состоянии), так и после преобразований в пластовой воде (среде), являться ускорителем твердения неорганического вяжущего и ускорителем и катализатором гелеобразования органической части состава.
Жидкостью затворения должна быть контрастная жидкость по отношению к пластовым водам, совместимая с нефтью.
Техническая задача решается тем, что тампонажный раствор селективного действия включает этиловый эфир ортокремневой кислоты (этилсиликат-40), дизельное топливо, высоководопотребное тонкодисперсное вяжущее Микродур и сернокислый алюминий (глинозем) при следующем соотношении компонентов, мас.%.:
высоководопотребное тонкодисперсное
вяжущее Микродур
32,32-26,67
этилсиликат-40
19,38-47,99
дизельное топливо
43,93-18,13
сернокислый алюминий (глинозем)
4,37-7,21
Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что тампонажный раствор селективного действия, содержащий этиловый эфир ортокремневой кислоты (этилсиликат-40), дизельное топливо, дополнительно содержит высоководопотребное тонкодисперсное вяжущее Микродур, сернокислый алюминий (глинозем).
Из известных тонкомолотых вяжущих наиболее эффективным является Микродур, получаемый на основе портландцемента.
2
В предлагаемом тампонажном растворе избирательного действия в качестве высоководопотребного тонкодисперсного вяжущего используют особо тонкомолотые цементы, например «Микродур». Вяжущее «Микродур» производится посредством воздушной сепарации пыли, образующейся при помоле цементного клинкера, технология его изготовления разработана и освоена специалистами фирмы «INTRA-BAVGmbH» совместно со специалистами концерна «Dyckerhoff» и защищена Европейским патентом. Диаметр зерен «Микродур» в 6-10 раз и более меньше частиц самого цементного клинкера. Благодаря малому размеру частиц (диаметр зерен ≤2-6 мкм), высокой удельной поверхности (20000 -25000 см/г) и плавно подобранному гранулометрическому составу растворы «Микродур» обладают текучестью, сравнимой с текучестью воды, даже при минимальном количестве жидкости затворения, что позволяет суспензии «Микродура» глубоко проникать в низкопроницаемую горную породу. Время истечения (условная вязкость) суспензии в возрасте до 3 часов колеблется от 28 до 30 сек.
2
2
В отличие от прототипа использование тонкодисперсного вяжущего Микродур позволяет полнее связать воду и уплотнить структуру камня и тем самым обеспечить его повышенную флюидоупорность и долговечность. Это обусловлено и тем, что тонкодисперсные вяжущие способны связывать воду во много раз больше, так как водотвердое отношение их может достигать 3,0-5,0 при удельной поверхности 150000-25000 см/г против 0,3-0,5 обычных тампонажных цементов, имеющих удельную поверхность 3000-3500 см/г.
При этом добавка вяжущего менее 26,67 мас.% резко снижает прочность образовываемого камня, добавка более 32,32 мас.% приводит к загустеванию состава.
Гелеобразующим компонентом в предлагаемом тампонажном растворе селективного действия является этилсиликат-40 (ГОСТ 26371-84). Добавка этилсиликат-40 менее 19,38 мас.% не позволяет создать прочную упругую структуру, при добавке более 47,99 мас.% образует непрокачиваемую тампонажную массу, не позволяющую задавить ее в микротрещины коллектора.
Этилсиликат-40 способен в присутствии соленасыщенной пластовой воды с добавками мелкогранулированного сернокислого алюминия образовывать высокоупругие смеси. Причем сернокислый алюминий, частично взаимодействуя с хлористым кальцием, всегда имеющимся в пластовой воде, образовывает молекулярный сернокислый кальций (гипс), являющийся кольматантом, и хлорный алюминий, являющийся активным катализатором при гелеобразовании этилсиликата. Добавка сернокислого алюминия (глинозема) менее 4,37 мас.% значительно увеличивает сроки образования структуры, что ведет к ее размыванию, при добавке более 7,21 мас.% увеличивается интенсивность гелеобразования этилсиликата и схватывания Микродура, что снижает кольматирующую способность состава.
Используемое дизельное топливо, являясь хорошим растворителем этилсиликата, позволяет слабо смачиваемым Микродуру и сернокислому алюминию образовывать компактную легко прокачиваемую массу, которая в условиях взаимодействия с пластовыми водами значительно (в 1,2-2,0 раза) увеличивает свой объем. Добавка дизельного топлива менее 18,13 мас.% затрудняет продавку состава в пласт, а добавка более 43,93 мас.% разжижает состав и снижает способность его закрепиться в коллекторе пластов.
Приготовление тампонажного раствора селективного действия осуществляется непосредственно на скважине. Тампонажный раствор избирательного действия готовится обычным способом с применением глиномешалки или агрегато-смесительной машины, например АСМ-25, (УСО-20), в которых последовательно вводятся компоненты: дизельное топливо, этилсиликат-40, Микродур с сернокислым алюминием (глиноземом).
Определение основных свойств раствора и камня проводят в лаборатории в соответствии с ГОСТ 1581-96 «Цементы тампонажные» и ГОСТ 26798.1-96 «Методы испытаний».
Плотность, растекаемость, водоотделение раствора определяют при 25°C и атмосферном давлении. Для условий умеренных температур загустевание раствора определяют при 75°C и атмосферном давлении. Для условий АВПД при режиме температуры до 90°C.
Растекаемость определяют по конусу АзНИИ, плотность пикнометром, водоотделение в мерном цилиндре, время загустевания на консистометрах ZM-1002 и КЦ-3. Прочность тампонажного камня на сжатие на испытательном стенде CHANDLER (Модель 4207D), газопроницаемость на приборе GFS-830-SS - CHANDLER.
При проведении лабораторных исследований были использованы:
- водопроводная вода;
- высоководопотребное тонкомолотое вяжущее (Микродур RX-261);
- сернокислый глинозем (сернокислый алюминий) по ГОСТ 12966-85;
- дизельное топливо;
- этилсиликат-40.
Пример.
3
3
2
Для приготовления тампонажного раствора селективного действия (состав 5, табл.1) в дизельное топливо объемом 160 см (43,93 мас.%) последовательно перемешивания добавляется 40 см (19,38 мас.%) этилсиликата-40, 8 г (4,67 мас.%) сернокислого глинозема, 100 г (32,32 мас.%) Микродура. Состав перемешиваем 3 мин, после чего определяем растекаемость, плотность. Затем добавляем воду с 3% NaCl и 5% CaCl весом 100 г, перемешиваем состав 3 мин и замеряем растекаемость.
3
Результаты испытания приведены в табл.1. Для состава 5 плотность раствора 1,29 г/см, растекаемость 23 см.
После добавок воды у состава менялась растекаемость от 23 см до 24 см. Через 24 часа хранения образовалась упругая непрокачиваемая паста.
Применение предлагаемого тампонажного раствора селективного действия позволит:
- расширить область применения и повысить эффективность тампонажных работ за счет улучшения технологических возможностей тампонажной смеси, упрощения ее приготовления в промысловых условиях и повышенной фильтрующей способности в низкопроницаемые коллектора, микрозазоры и микротрещины.
Экономический эффект от использования заявляемого тампонажного раствора будет определяться за счет повышения производительности ремонтируемых скважин.
Таблица 1
Лабораторные исследования тампонажного раствора селективного действия при температуре 75°C
№ п/п
Рецептура, мас.%
Плотность после затворения, г/см<sup>3</sup>
Растекаемость по конусу АзНИИ, см
Растекаемость по конусу АзНИИ, см после добавки воды с 3% NaCl b 5% CaCl<sub>2 </sub>соотношении 1:1 по весу к микродуру
Плотность после добавления воды, г/см<sup>3</sup>
Отстой дизельного топлива через 24 часа, см<sup>3</sup>
Микродур, γ=3,15 г/см<sup>3</sup>
этилсиликат-40, γ=1,5 г/см<sup>3</sup>
сернокислый алюминий, γ=1,69 г/см<sup>3</sup>
дизельное топливо, γ=0,85 г/см<sup>3</sup>
Прочность на сжатие через 3 суток, МПа
1.
37,04
-
-
62,96
1,16
21
без воды
1,16
-
2.
37,04
-
-
62,96
1,16
21
<6,4
1,11
-
0,9
3.
36,17
5,42
-
58,41
1,19
23
18
1,13
-
1,1
4.
33,78
20,27
-
45,95
1,27
23
>24
1,18
3
1,2
5.
32,32
19,38
4,37
43,93
1,29
23
24
1,20
2
2,1
6.
31,06
37,27
-
31,67
1,39
>24
22
1,27
2
1,6
7.
29,21
35,06
5,92
29,81
1,40
>24
22
1,28
1,5
1,7
8.
28,74
51,72
-
19,54
1,50
>24
21
1,35
1,5
1,7
9.
26,67
47,99
7,21
18,13
1,51
>24
20
1,36
1,0
1,9
10.
24,54
58,85
8,28
8,33
1,61
>24
20
1,44
1,0
1,7