Патент на изобретение №2167267

(54) ПОЛИМЕРНЫЙ ТАМПОНАЖНЫЙ СОСТАВ

(57) Реферат:

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и может быть использовано для проведения ремонтно-изоляционных работ. Технический результат -уменьшение вязкости, повышение адгезии к различным поверхностям, увеличение температурного диапазона применения состава. Полимерный тампонажный состав, включающий карбамидоформальдегидную смолу, кислотный отвердитель и растворитель, в качестве кислотного отвердителя содержит кремнефтористую кислоту или ее натриевую соль, а в качестве растворителя – спирт из группы C-C₄, или смесь спирта из группы C-C₄ с водой, или воду при следующем соотношении компонентов, мас.ч.: карбамидоформальдегидная смола – 100; кремнефтористая кислота или ее натриевая соль – 0,2-5,0; спирт из гр. С-C₄ или смесь спирта из гр. С-C₄ с водой, или вода – 10-20. 1 табл.

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и может быть использовано для проведения ремонтно-изоляционных работ (РИР) в скважине.

Известен полимерный тампонажный состав для проведения ремонтно-изоляционных работ в скважинах на основе карбамидоформальдегидной смолы и алюмохлорида в качестве отвердителя [А.с. N 1763638, E 21 B 33/138, от. 23.09.92].

Известный состав имеет следующие недостатки:
короткий срок отверждения при 25^oC (до 90 мин), что не позволяет применять его в условиях высоких пластовых температур (40-100^oC);
значительная усадка твердого камня, обусловленная применением высоких концентраций отвердителя – раствора алюмохлорида (до 50 мас.%), содержащего ~70% воды, не участвующей в отверждении смолы и выделяющейся из нее при отверждении.

Наиболее близким по технической сущности является полимерный тампонажный состав для изоляции зон поглощения, содержащий карбамидоформальдегидную смолу (КФЖ), кислотный отвердитель и растворитель. В качестве кислотного отвердителя используют аддукт полиэтиленимина и сернокислой меди, состав дополнительно содержит сульфат бария [А.с. 1620610, E 21 B 33/138 от 15.01.91] .

Недостатками известного полимерного состава являются:
– дефицит кислотного отвердителя – аддукта полиэтиленимина, который не является товарным продуктом, а синтезируется в лабораторных условиях; для его синтеза требуется дорогостоящее сырье – полиэтиленимин, растворители – диметилформамид, ацетон; синтез отвердителя в лаборатории не гарантирует постоянства его состава, времени отверждения смолы КФЖ и качества образующегося твердого полимера;
– добавка в смолу КФЖ не растворимого в воде твердого вещества сульфата бария до 50 мас.%, увеличивающая вязкость полимерного состава и затрудняющая его закачку в пласт или трещины в старом цементном кольце;
– узкий температурный диапазон применимости тампонажного состава (80-120^oC) и невозможность его использования в зимнее время года;
– отсутствие данных по адгезии образующегося тампонажного камня к поверхности породы, металла и цемента позволяет предположить, что эти показатели незначительны, поскольку смола КФЖ имеет слабое сродство к перечисленным поверхностям и в тампонажном составе отсутствуют вещества, повышающие его.

Таким образом, известный полимерный тампонажный состав не обладает свойствами, позволяющими использовать его для ремонтно-изоляционных работ в широком диапазоне температур.

Исходя из вышеизложенного, возникает проблема создания полимерного тампонажного состава из доступного сырья, обладающего свойствами, позволяющими широко использовать его для ремонтно-изоляционных работ при любых погодных условиях, как в летнее, так и в зимнее время.

Технический результат – изменение качественных показателей состава, в частности, уменьшение вязкости, повышение адгезии к различным поверхностям, увеличение температурного диапазона применения состава.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном полимерном тампонажном составе, включающем карбамидоформальдегидную смолу, кислотный отвердитель и растворитель, согласно изобретению, в качестве кислотного отвердителя используют кремнефтористую кислоту или ее натриевую соль, а в качестве растворителя воду или спирты группы C-C₄, или смесь воды и спирта из гр. C-C₄ при следующем соотношении компонентов, маc.ч.: карбамидоформальдегидная смола – 100; кремнефтористая кислота или ее натриевая соль – 0,2-5,0; спирт из гр. C-C₄ или смесь спирта из гр. C-C₄ с водой, или вода – 10-20.

Использование в качестве отвердителя кремнефтористой кислоты позволяет применять тампонажный состав для пластовых температур 20-50^oC; аналогичное использование ее натриевой соли позволяет применять тампонажный состав при 60-100^oC. Кроме того, кремнефтористая кислота и ее натриевая соль повышают сродство тампонажного состава к породе и другим поверхностям, т.е. способствуют повышению адгезии полимерного состава.

Растворители – вода и спирт повышают текучесть тампонажного состава, при этом в летнее время преимущественно используют пресную воду, в зимнее – алифатические спирты C-C₄, добавление которых в количестве 10-20 мас.ч. снижает температуру замерзания смолы до -30^oC.

Применяемая карбамидоформальдегидная смола представляет собой однородную белого цвета суспензию по ГОСТ 14231-88, марка КФЖ.

Кремнефтористая кислота – жидкость, выпускаемая по ТУ 6-09-27-74-79.

Кремнефтористый натрий представляет собой мелкий кристаллический порошок белого цвета, производится в соответствии с ТУ 113-08-587-86.

Низшие алифатические спирты гр. C-C₄ выпускаются по следующим ГОСТам:
метиловый спирт – (CH₃OH) ГОСТ – 6995-77;
этиловый спирт – (C₂H₅OH) ГОСТ – 17299-78;
изопропиловый – (изо-C₃H₇OH) ГОСТ – 9805-84;
бутиловый спирт (C₄H₉OH) ГОСТ – 5208-81.

Сравнение предлагаемого тампонажного полимерного состава с прототипом показало наличие нового качественного и количественного состава (использование в качестве кислотного отвердителя кремнефтористой кислоты или ее натриевой соли, а в качестве растворителя – спирта или спирта с водой), поэтому можно сделать вывод о соответствии изобретения критерию “новизна”. Поиск по отличительным признакам не выявил аналогичных решений, поэтому можно сделать вывод о соответствии критерию “изобретательский уровень”.

Ниже приведены примеры, подтверждающие возможность осуществления изобретения.

Пример 1. Приготовили полимерный тампонажный состав при соотношении карбамидоформальдегидной смолы, кремнефтористоводородной кислоты, воды и этилового спирта, мас. ч.: 100:0,2:5,0-10,0, температура опыта 50^oC. Время отверждения состава 2 ч 30 мин определяли визуально. В результате образуется эластичный полимер, который подвергается деформации на изгиб без разрушения. Адгезионные характеристики через 2-е суток хранения отвержденных образцов в пластовой воде, МПа: с поверхностью породы – 0,22; с поверхностью металла – 0,07; с поверхностью цемента – 0,10.

Адгезионные свойства образующегося полимерного материала с поверхностью металла, породы и цемента определялись на приборе с цилиндрическими формой (обоймой) и пуансоном по известной схеме и методике (Данюшевский B.С., Алиев P. M. , Толстых М.Ф. Справочное руководство по тампонажным материалам. – 2-е изд., перераб. и доп. -М.: Недра, 1987. – с. 352-353.

Примеры 2-16 аналогичны первому, отличаются количеством отвердителя, природой и количеством растворителя, температурой отверждения. Результаты приведены в прилагаемой таблице.

Как видно из таблицы, температурный диапазон применения предлагаемого состава увеличился по сравнению с прототипом и составил 20-100%, время отверждения составило ~2-4 ч, что является приемлемым для РИР, прочность соответствует требованиям к аналогичным изоляционным материалам, адгезия к поверхности породы составила 0,22-0,74 МПа, к поверхности металла 0,07-0,32 МПа, к поверхности цемента – 0,1-0,39 МПа.

Ниже приведен промышленный пример использования предлагаемого тампонажного состава в скважине, в которой в интервале 2100-2110 м была обнаружена негерметичность 146-мм эксплуатационной колонны. Температура в этом интервале составила 80^oC. Приемистость дефекта составила 150 м³/сут при давлении 10 МПа, что исключало применение цементного раствора. Поэтому на поверхности в мернике цементировочного агрегата ЦА-320 М было приготовлено 1 м³ тампонажного состава в следующей последовательности операций: из бочек перекачали 0,9 м³ смолы КФЖ, в нее добавляем 110 л пресной воды в качестве растворителя и смесь тщательно перемешиваем насосом; далее при круговой циркуляции смеси смолы КФЖ и растворителя в нее добавили 11,0 кг кремнефтористого натрия. Приготовленный тампонажный состав закачали в 73-мм насосно-компрессорные трубы (НКТ), спущенные на глубину 2090 м, при открытом затрубном пространстве, далее в НКТ закачали 6,3 м³ продавочной жидкости при давлении 12 МПа из расчета оставления стакана в колонне на глубине 2090 м. Ожидали спада давления до нуля, произвели обратную промывку скважины, приподняли НКТ до глубины 2000 м и скважину закрыли на 24 ч. После этого путем доспуска НКТ определили “голову” стакана из затвердевшего тампонажного состава на глубине 2095 м, разбурили стакан в интервале 2095-2110 м, спрессовали 146-мм эксплуатационную колонну давлением 12 МПа и установили ее герметичность. Произвели освоение и пуск скважины в работу.

Таким образом, предлагаемый тампонажный полимерный состав соответствует качественным показателям, позволяющим применять его для проведения РИР при эксплуатации и бурении скважин, в том числе по отключению проницаемых пластов методами глубокого блокирования, основанными на закачивании больших объемов изоляционных материалов.

Использование предлагаемого состава обеспечит повышение эффективности РИР за счет регулирования времени его отверждения в широком диапазоне изменения пластовых температур и увеличения адгезии образующегося полимера к породе, металлу, цементному камню.

Формула изобретения

Полимерный тампонажный состав, включающий карбамидоформальдегидную смолу, кислотный отвердитель и растворитель, отличающийся тем, что в качестве кислотного отвердителя используют кремнефтористую кислоту или ее натриевую соль, а в качестве растворителя – спирт из группы С-С₄ или смесь спирта из группы С-С₄ с водой, или воду при следующем соотношении компонентов, мас.ч.

Карбамидоформальдегидная смола – 100
Кремнефтористая кислота или ее натриевая соль – 0,2 – 5,0
Спирт из группы С-С₄ или смесь спирта из группы С-С₄ с водой, или вода – 10 – 20

РИСУНКИ