ТЕРМОСТОЙКИЙ ВЯЗКОУПРУГИЙ СОСТАВ ДЛЯ ЗАКАНЧИВАНИЯ И РЕМОНТА СКВАЖИН
HEAT-RESISTANT VISCOELASTIC COMPOSITION FOR FINISHING AND REPAIRING WELLS

Изобретение относится к области нефтедобычи, в частности к технологическим составам, используемым при заканчивании и капитальном ремонте скважин, а именно: в качестве жидкости глушения; в качестве вязкоупругого разделителя при цементировании скважин; временно-изолирующего состава продуктивных горизонтов без потери проницаемости после деструкции состава и прочее.
Вязкоупругие составы (далее ВУС) предназначены для временной защиты продуктивного пласта от влияния технологических жидкостей как в период строительства и освоения скважин, так и при проведении ремонтно-изоляционных работ, в том числе при глушении скважин. Отличительной особенностью технологии с использованием ВУС от традиционно применяемых технологий (неструктурированные жидкости, обработанные поверхностно-активными веществами) является значительно меньшие объемы жидкости, используемые для проведения данного вида операций и, как следствие, снижение негативного влияния на коллектор в связи с низкой проникающей способностью последнего. Высокие структурные свойства вязкоупругого состава и способность принимать форму заполняемого объема дают возможность надежно блокировать перекрываемый интервал пласта и исключить как проникновение технологической жидкости в пласт, так и поступление пластового флюида из пласта, что необходимо для беспроблемного и безаварийного ведения работ.
Таким образом, главными требованиями, предъявляемыми к жидкостям глушения, являются: стабильность во времени независимо от пластовых условий (изменение температуры, давления и др.), недопустимость нарушения эксплуатационных характеристик пласта, экологичность, взрывобезопасность.
Известен вязкоупругий состав, содержащий реагент на основе полисахаридов, гидроксид щелочного металла, сульфат алюминия или сульфат меди, монопероксигидрат мочевины, и воду при следующем содержании ингредиентов, мас.%:
реагент на основе полисахаридов
1,0-3,0
гидроксид щелочного металла
0,05-0,45
сульфат алюминия или сульфат меди
0,15-0,3
монопероксигидрат мочевины
0,1-0,2
и воду
остальное
(см. патент РФ №2116433, кл. С09К 7/02, от 1996 г.).
3
Известный ВУС имеет высокие структурно-реологические свойства (динамическая вязкость от 9540 до 12800 сПз, напряжение сдвига от 160 до 200 г/см), позволяющие предотвратить проникновение состава в интервал продуктивного пласта за счет сокращения времени структурообразования, снижения фильтрации, повышенной вязкости и обеспечивая при этом безусадочную и равномерную деструкцию состава с сохранением низкой фильтрации состава после деструкции при одновременном сохранении высокой газоудерживающей способности.
При всех перечисленных выше положительных характеристиках данный состав имеет недостаток - низкую термостойкость. Известный состав теряет свои физико-механические свойства при температуре уже более 45°C.
Кроме того, известный состав является нетехнологичным вследствие того, что доставка приготовленного на поверхности ВУС в необходимый интервал скважины без привлечения специальных устройств невозможна, так как доставку ВУС в расчетный интервал пласта осуществляют путем параллельной закачки растворов полимера и сшивателя с целью дальнейшего смешения обоих составов в трубах и только в результате этого получают известный ВУС с требуемыми параметрами.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению по технической сущности является термостойкий вязкоупругий состав, используемый при реализации способа поинтервальной кислотной обработки призабойной зоны, преимущественно горизонтальных скважин (патент РФ №2208147, кл. Е21В 43/27 от 2002). Данный состав содержит, мас.%:
углеводородную жидкость
4,8-8,8
щелочной эмульгатор на основе
оксиэтиллированных этанолов
или оксиэтилированных гликолей
0,12-4,0
крахмал
2,5-4,5
гидроксид щелочного металла
0,25-0,45
водорастворимый борат щелочного металла
1-2-3,5
минерализованная хлоридом калия
и/или натрия вода
остальное
Указанный известный состав имеет относительно высокую термостойкость (до 90°C), низкие значения показателя фильтрации, высокие изоляционные свойства. Однако формирование этого состава происходит за очень короткий период времени (время гелеобразования 2-5 мин), что требует дополнительной техники для доставки данного состава в необходимый интервал (интервал глушения, изоляции и т.д.). Кроме того, известный состав имеет ограничения по температурному фактору (до 90°) и при более высоких пластовых температурах данный состав теряет свои изоляционные свойства, что не всегда приемлемо для ведения работ.
Другим отрицательным моментом является тот факт, что время существования данного состава в пластовых условиях определяется временем термической деструкции полимера, входящего в данный состав, т.к. данный состав не подвержен сдвиговой деструкции (после смешения он восстанавливает прежние свойства, что при определенных условиях может иметь положительных эффект) и в силу того, что известный состав является кислостойким, под кислотным воздействием данный состав не разрушается.
Технический результат, достигаемый предлагаемым изобретением, заключается в повышении термостойкости состава до 150°C при снижении отрицательного воздействия его на продуктивный пласт за счет обеспечения регулируемого времени гелеобразования, позволяющего образовывать ВУС непосредственно в изолируемом пласте, при одновременном обеспечении высокой технологичности состава за счет простоты его приготовления в промысловых условиях.
Дополнительным техническим результатом является снижение стоимости состава за счет использования более качественных компонентов и уменьшения их общего количества.
Еще одним техническим результатом является обеспечение технологически требуемого срока жизни состава за счет возможности регулирования скорости его деструкции.
Поставленный технический результат достигается заявляемым термостойким вязкоупругим составом для заканчивания и ремонта скважин, включающим полисахарид, углеводородсодержащий реагент, гидроокись щелочного металла и воду, в котором новым является то, что он дополнительно содержит соединение на основе ацетата хрома, в качестве полисахарида состав содержит полисахаридный реагент из класса галактоманнанов, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Полисахаридный реагент из класса галактоманнанов
0,5-20
Соединение на основе ацетата хрома
0,1-0,4
Углеводородсодержащий реагент
0,5-3,5
Гидроокись щелочного металла
0,1-0,35
Вода
Остальное
В качестве полисахаридного реагента из класса галактоманнанов состав содержит гуаровую камедь или Реоксан марки Г.
В качестве углеводородсодержащего реагента состав содержит соединения на основе смеси высших диоксановых спиртов или дизельное топливо.
В качестве соединения на основе смеси высших диоксановых спиртов он содержит Бурфлюб БТ, или флотореагент - оксаль Т-80, или смазывающую добавку ДСПБ-БС.
В качестве соединения на основе ацетата хрома он содержит ацетат хрома или комплексообразователь БТ-Х.
Состав дополнительно содержит добавки, обладающие комплексным действием: хлорид кальция, или хлорид магния, или формиат натрия, или формиат калия, или смесь указанных формиатов.
Также состав дополнительно содержит деструктор - кислородосодержащий реагент, в количестве до 5 мас.%:
В качестве кислородосодержащего реагента состав содержит перекись водорода или монопероксигидрат мочевины.
Достижение указанного технического результата обеспечивается за счет следующего.
Полисахаридный реагент из класса галактоманнанов, рекомендуемый для предлагаемого состава, в отличие от обычных полисахаридов имеет особую пространственную структуру, построенную из остатков D-маннозы и D-галактозы, и глюкоманнанами, состоящими из остатков D-маннозы и D-глюкозы, представляющую собой маннопиранозную цепь, к каждому второму циклу которой эфирными связями присоединен галактопиранозный остаток (Э.Г.Кистер. Химическая обработка буровых растворов, Москва, Недра, 1972, с.181).
Благодаря введению в заявляемый состав в предложенном количественном соотношении указанного полисахаридного реагента совместно с комплексообразующим соединением на основе ацетата хрома, по-видимому, обеспечивается образование комплексного соединения с развитой структурой, которое в совокупности с другими компонентами - углеводородсодержащим реагентом и гидроокисью щелочного металла - позволяет получить термостойкий высокоструктурированный ВУС, обеспечивающий сохранение проницаемости пород продуктивного пласта за счет формирования состава с заданными свойствами непосредственно в пластовых условиях, где дополнительным катализатором реакции структурообразования является температура окружающей среды (в данном случае - пластовая температура). Совместная обработка состава соединениями на основе ацетата хрома и углеводородсодержащим реагентом, за счет синергизма действия, придает ВУС дополнительно пластичные свойства, позволяющие составу после сдвиговой деформации восстановить прежние свойства.
Для получения предлагаемого состава в лабораторных условиях были использованы следующие вещества:
Полисахаридный реагент из класса галактоманнанов:
- гуаровая камедь по импорту;
- Реоксан марки Г, ТУ 9189-002-409112231-2003.
Соединение на основе ацетата хрома:
- комплексообразователь БТ-Х, ТУ 2432-023-40912231-2004;
- ацетат хрома ТУ 6-00-204-147-267-07.
Углеводородсодержащий реагент:
- Бурфлюб БТ ТУ 2452-018-40912231-2003;
- ДСПБ-БС, ТУ 2452-002-52412574-00;
- флотореагент-оксаль Т-80, ТУ 2452-029-05766801-94;
- дизельное топливо ГОСТ 305-82 или топливо дизельное ЕВРО ГОСТ Р 52340-2005 (ЕН 590:2004);
Гидроокись щелочного металла.
- натр едкий технический, ГОСТ 2263-79 (каустическая сода);
- калия гидроокись ГОСТ 305-82.
Добавки комплексного действия:
- формиат натрия технический ТУ 2432-01Р00203803-98;
- формиат калия, по импорту;
- магний хлористый кристаллический, ТУ 92 2110-05800308-02-97;
- кальций хлористый технический, ГОСТ 451-77;
Деструктор:
- монопероксигидрат мочевины технический, ТУ 6-00-04691277-186-97;
- водорода пероксид ГОСТ Р 24363-80
- техническая вода с жесткостью не более 5 мг-экв/л.
Сущность предлагаемого изобретения поясняется следующими примерами.
Пример 1 (состав 5, таблица 1). Для получения заявляемого состава к 833,5 г технической воды последовательно добавляли следующие реагенты: 100 г формиата натрия - перемешивали до растворения, 10 мин; 15 г Реоксана марки Г перемешивали 30 мин; 30 г 10%-ного ацетата хрома и перемешивали до равномерного окраса состава в течение 15 мин; 1,5 г каустической соды и 20 г ДСПБ-БС, смесь дополнительно перемешивали до однородной массы и получали вязкоупругий состав со следующим соотношении ингредиентов, мас.%: полисахаридный реагент Реоксан Г - 1,5; формиат натрия - 10; ацетат хрома - 0,3; каустическая сода - 0,15; углеводородсодержащий реагент ДСПБ-БС - 2; вода - 86,05.
Пример 2 (состав 2, таблица 1). Для получения заявляемого состава к 927 г технической воды последовательно добавляли следующие реагенты: 7 г Реоксана марки Г перемешивали 30 мин; 30 г 10%-ного ацетата хрома и перемешивали до равномерного окраса состава в течение 15 мин; 1 г гидроокиси калия и 35 г флотореагента оксаль-80, смесь дополнительно перемешивали до однородной массы и получали вязкоупругий состав со следующим соотношении ингредиентов, мас.%: полисахаридный реагент Реоксан Г - 1,5; ацетат хрома - 0,3; гидроокись калия - 0,1; углеводородсодержащий реагент ДСПБ-БС - 3,5; вода - 95,4.
Аналогичным образом готовили другие заявляемые составы с различным соотношением компонентов.
Данные о компонентном содержании исследуемых вязкоупругих составов приведены в таблице 1.
В лабораторных условиях анализировали следующие показатели свойств заявляемого и известного по прототипу вязкоупругих составов:
3
- показатель фильтрации (Ф, см при перепаде давления 0,7 МПа) через пористый фильтр проницаемостью 400 мД, замеряли на динамическом фильтр-прессе фирмы OFI;
- динамическую вязкость (Па) замеряли на приборе Хеплера;
- термостабильность замеряли в специальных бомбах роликовой печи без движения, при температурах 60°C, 110°C, 150°C и при давлении 0,7 и 1,5 МПа в бомбах при прогреве, после чего с определенной последовательностью у состава замеряли реологические характеристики;
3
- для определения изоляционной способности заявляемого состава на приборе динамическом фильтр-прессе НТНР OFI при температурах 60°C, 110°C, 150°C были проведены следующие исследования: в испытательные бомбы помешали состав объемом 200 мл (что по высоте составляет примерно 7-8 см), сверху состав заливали минерализованной водой плотностью 1100 кг/м (минерализация воды по солям одновалентных металлов Na, K), бомбу устанавливали в прибор и нагревали до заданной температуры и одновременно создавали репрессию 1,5 МПа и затем в течение 1 часа замеряли фильтрацию.
Результаты исследований приведены в таблице 2.
Результаты исследования, представленные в таблицах 1 и 2, показали, что заявляемый ВУС характеризуется регулируемой скоростью структурообразования, т.к. наибольшее нарастание структуры происходит под действием температурного фактора. Таким образом, формирование состава может происходить непосредственно в интервале установки ВУС в скважине. При этом предлагаемый ВУС сохраняет свои прочностные свойства в широком диапазоне температуры до +150°C длительное время (введением в состав деструктора можно регулировать это время) (свыше 20 Па); имеет практически нулевую фильтрацию; не пропускает нефть, газ и воду; при сдвиговых деформациях способен восстановить первоначальные свойства.
Особенностью предлагаемого ВУС является способность к деструкции через определенное время методом ввода в состав небольшого количества деструктурирующего вещества (его количество определяется необходимым временем жизни ВУС). Причем после деструкции состав имеет минимальную вязкость (1,5-2 сПз) и сохраняет минимальную фильтрацию, следовательно, легко и полностью удаляется из интервала установки.
Таким образом, благодаря своим свойствам, предлагаемый состав обеспечит качественное проведение работ при заканчивании и капитальном ремонте скважин.
Таблица 2
Данные о результатах исследования предлагаемого и известного по прототипу вязко-упругих составов
№ состава из табл.1
Время структурообразования, ч-мин при температуре °C
Показатель фильтрации через оксидный диск, см<sup>3</sup> при температуре °C
Динамическая вязкость, МПа·С при температуре °C
Изолирующая смпособность по показателю фильтрации,см<sup>3</sup> при температуре °C
22
60
110
150
60
110
150
60
110
150
60
110
150
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
Для предлагаемого ВУС
1
24
0-40
0-20
0-20
0
0,1
0,9
108475
100454
96357
0
0,4
2,0
2
24
0-45
0-27
0-23
0
0
0,4
104532
100001
94568
0
0,25
1,8
3
20
0-38
0-24
0-15
0
0
0,2
121431
113584
108544
0
0,2
1,6
4
20
0-35
0-20
0-13
0
0
0
134731
128756
120041
0
0
1,5
5
18
0-34
0-15
0-10
0
0
0
125678
118329
110120
0
0
1,4
6
20
0-30
0-10
0-05
0
0
0
154543
141518
134703
0
0
1,2
7
18
0-20
0-08
0-05
0
0
0,1
184613
183983
165418
0
0
0,4
8
20
025
0-10
0-07
0
0
0,2
143562
132517
130874
0
0
0,5
9
24
0-25
0-15
0-10
0
0
0,2
138431
124532
120431
0
0
0,8
10
20
0-30
0-18
0-10
0
0
0
129516
109156
100852
0
0
0,6
11
24
0-18
0-10
0-06
0
0
0
138519
174431
153123
0
0
0,5
Для известного по прототипу ВУС
12
0-03
-
-
-
0
0,4
1,5
116 090
112 504
78 514
0
1,5
4,8