Способ тампонирования скважин

Способ тампонирования скважин

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

СПОСОБ ТАМПОНИРОВАНИЯ СКВАЖИН отверждающимися газожидкостными смесями, включающий нагнетание в зону тампонирова1шя смеси, содержащей карбамидную смолу, пенообразователя , воды, воздуха и отвердителя , отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности та тонирования путем предупреждения преждевременного отверждения при одновременном снижении энергоемкости нагнетания смеси и повышения прочности отаерзкдающегося материала , отвердитель вводят в твердом состоянии с размером зерен 0,5-1,5 мм, а нагнетание смеси заканчивают перед началом интенсивного отверждения и деформационного разупрочнения тампонирующей смеси, определяемым по кривым кинетики ее отверждения и деформации.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (19) (И) 3151) Е 21 В 33/13

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3489337/22-03 (22) 09.09.82 (46) 07.05.84 Бюл. У 17 (53) 622.245.42 (088.8) ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (72) А. А. Фигурак, М.A. Хромьгк и С.В.Корчагин (56) 1. Авторское свидетельство СССР

9 916742, кл. E 21 В 33/13, 1981.

2. Соловьев Ю.Ф., Корпушенко В.П.

Разработка технических средств и технологии изоляции зон поглощения с использованием вспененных полимеризующихся карбамидных растворов.

Отчет. В ГР 78026193. Инв.)1 6869616.

Иркутский политехнический институт, 1980 (прототип). (54)(57) СПОСОБ ТАИПОНИРОВАНИЯ

СКВАЖИН отверждающимися газожидкостными смесями, включающий нагнетание в зону тампонирования смеси, содержащей карбамидную смолу, пенообразователя, воды, воздуха и отвердителя, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности тампонирования путем предупреждения преждевременного отверждения при одновременном снижении энергоемкости нагнетания смеси и повышения прочности отверждающегося материала, отвердитель вводят в твердом состоянии с размером зерен

0,5-1,5 мм, а нагнетание смеси заканчивают перед началом интенсивного отверждения и деформационного разупрочнения тампонирующей смеси, определяемым по кривым кинетики ее отверждения и деформации.

1090847

Изобретение относится к бурению скважин в осложненных. условиях,а именно к способам тампонирования скважин отверждающимися гаэожидкостными смесями. 5

Известен способ. крепления призабойной зоны скважины, включающий эакачивание в призабойную зону карбамидной смолы, отверждаемой соляной кислотой, и ее вспенива« ние, причем вспенивание смолы осуществляют сжиганием порохового заряда в скважине 1 1 3.

Недостатками этого способа являются сложность технического и технологического осуществления, необходимость остановки процесса бурения для тампонирования и частпчная термическая деструкция образующегося полимера, что снижает прочность тампонажного материала.

Наиболее близким по составу и технической сущности к изобретению является способ изоляции зон поглощения с использованием вспененных полимеризующихся карбамидных растворов, включающий закачивание в зону и . глощения карбаиидной смолы, кислотного отвердителя, пенообразователя, воды и воздуха при воздушно- 30 механическом методе вспенивания (2 ).

Недостатками известного способа являются повышенная коррозия оборудования N б 7риль loN fioIIoHH I„Hcflollaзуемых для дОставки смеси с кислОтОЙ 3 в зону с ложнения, высокая энергоемкость нагнетания смеси за счет ее повышенной вязкости и связи с ранними сроками отверждения. Кроме того, отмечается недостаточная 4G прочность тампонирующего материала в результате его деформациэнного разрушения и ра="óïpo÷íeíèÿ в процессе нагнетания с одновременным отверждением жидким кислотным отвердителем.

Целью изобретения явпяется повышение эффективности тампонирования путем предупреждения преждевременноо отверждения при одновременном снижении энергоемкости на нагнетание смеси и повышении прочности отверждающегося тампанажногo материала. указанная цель достигается тем„ что отвердитсль вводят в твердом состоянии с размером зерен 0,,5

1,5 мм, а а- ание смеси закан.-кивают перед началом интенсивного отверждения и деформационного разупрочнения тампонирующей смеси, определяемым по кривым кинетики ее отверждения и деформации.

Введение в тампонирующую смесь отвердителя в твердом состоянии способствует уменьшению его начальной реакционной способности, так как в реакции со смолой участвуют поверхностные слои кристаллов, реакционная поверхность и активность которых увеличивается по мере их растворения и движения в зону тампонирования . Это вызывает увеличение общего периода отверждения смеси и увеличение срока до начала интенсивного отверждения и формирования пространственной сетчатой структуры вспененного тампонажного материала.

В результате этого процесса предупреждается преждевременное отверждение смеси и, соответственно, повышение вязкости и потеря текучести.

Окончательное формирование структуры вспененного полимера происходит в большей степени в зоне тампонирования. Кроме того, использование отвердителя в твердом состоянии снижает и коррозионную активность смеси по отношению к нагнетател:.;Ому оборудованию и бурильной колонне в качестве средс BG pocTBHlo;.

Зерна отвердителя в кристаллическом со=тоянии не должны превышать размеров 1,5 мм, TGK KBK это отрицательно влияет на процесс пенообразования и стабилизациo вспененнэго состава. Зерна отвердителя не должны быть менее размера 0,5 мм, так как в противном случае они относительно быстро растворяются в смеси, повышая ее вязкость.Пенooáраэователь выбирается кэ группы НАВ, стойких к воздействию отвердителя.

На фиг. 1 представлена кинегика растворенйя зерен отвердителя различного размера (кривая 1), совмещенная с кинетикой начала интенсивного отверждения (кривая 2) дпя различных размеров зерен в тампо.нирующей смеси с соотношением ингредиентов, указанных ниже; на фиг.2— кинетика изменения вязкости ог-. верждающейся. тампонирующей меси с жидким отвердителем (кривая 1.1 и с кристаллическим отверд.:.т= ïåë (кривая 2) для состава с сooтношением ингредиентов: карбамилна . Смола

109084 7

60Х, эмульгатор Е-30 — 17, твердая ортофосфорная кислота — О, ЗЕ, вода — остальное; на фиг. 3 — кинетика изменения вязкости отверждающейся тампонирующей смеси; на фиг. 4 — 5 кинетика деформации отверждающейся тамнонирующей смеси; на фиг. 5схема тампонирования и обвязка поверхностного оборудования, Отсчет времени велся с момента добавления отвердителя.

В точке Д пересечения кривых 1 и 2 время начала интенсивного отверждения смеси (окончание нагнетания смеси) соответствует времени окон- 1S чания растворения зерен отвердителя в смеси. Ниже точки Ф зерна отвердителя растворяются до начала интенсивного отверждения смеси. Выше точки Д нерастворенные зерна от- 20 вердителя находятся в интенсивно отверждающейся смеси. Причем растворимость зерен заметно снижается, и в дальнейшем нерастворенные зерна остаются в отвержденной смеси. 25

Из полученных данных следует, что использование отвердителя с размером зерен меньше 0,5 мм, например порядка О, 2 мм, в меньшей степени влияет на пред.преждение преждевре- З0 менного отверждения и на спиженне вязкости смеси в период ее прокачивания, и по этим параметрам незначительно отличается от смеси, имеющей отвердитель в жидком виде. Так, если начало интенсивного отверждения смеси с отвердителем с размером зерен 0,5 — 1,5 мм (рис. 2) происходит в два раза позже, чем для состава с жидким отвердителем (т.е. разин-., ца во времени порядка 1007), то для смеси с зернами "0,2 мм эта разница составляет 207., что,конечно, влияет на достижение поставленной цели, но не столь значительно, чем для смеси с зернами 0 5 — 1,5 мм.

Поэтому выбран минимальный размер зерен 0,5 мм.

Избыток отвердителя снижает прочность и стабильность отверждающейся смеси. Поэтому зерна отвердителя должны раствориться в смеси до начала ее интенсивного отверждения, до заканчивания ее нагнетания (нагнетание способствует перемешиванию и однородчому распределению отвердителя), что способствует однородному распределению отвердителя в смеси и не приводит к снижению ее прочности и стабильности.

Концентрация отвердителя в смеси незначительна (порядка 2 -4X), и поэтому слишком крупные зерна отвердителя (более 1,5-2 мм) приводят к его неоднородному распределению в смеси, что отрицательно сказывается на ее прочности и стабильности.

Превышение размеров зерен отвердителя выше максимально допустимого значения приводит к тому, что в смеси начинается период интенсивного отверждения, в то время как еще не все зерна отвердителя растворились (нагнетание смеси заканчивают до начала ее интенсивного отверждения), что приводит к образованию локальных зон с повышенной концентрацией отвердителя, которая, как показывают исследования, может привести к разрушению образовавшейся структуры смеси. Отрицательное влияние локальных зон с повышенной концентрацией отвердителя начинает заметно сказываться для смеси с зернаии более 1,5 мм.

Клапанные узлы современных буровых насосов (например, НБЗ-120/40) могут нормально работать при перекачивании сред с твердыми частицами размером до 2 мм и с содержанием их до 5Х (по весу) в перекачиваемой среде, что соответствует параметрам предлагаемого способа н не препятствует с точки эренмя технического воплощения его внедрению.

Исходя из вышеизложенного, выбран верхний предел размеров зерен отвердителя порядка 1,5 мм.

B табл . 1 представлены сравнительные данные изменения реологнческих и прочностных свойств тамповирующего состава, полученного по известному и гредлагаемому способам, и данные кинетики изменения вязкости отверждающейся тампонирующей смеси с жидким (известный) и кристаллическим (предлагаемый способ) отвердителем (размер зерен 0,5

1,5 мм) для состава с соотношением ингредиентов.

109084 7

Таблица 1

Продолжение табл; 1

Время, мин кристаллическим отвердителем (предлагаемый) жидким отв ердителеи (известный) Время, мин кристаллическим отверднтелем (предлагаемый) 50

1270

700

340

320

4 „375

6 415

850

335

350

1260

470

375

550

400

820

430

470

1030

550

Таблица 2

Нагрузка на сжатие обре.зцов в 2 раПримечание за, кг (время, мин) Время деформации состава, мин

6,4 (16, 22, 36, 50)

10(23), 11(28), 16(45), 11(52)

12(16), 8(25), 13(32), 9(50)

12(23), 12(30), 5(45), 4(52)

1,7(18,35, 50)

0,6(22, 45, 52) В скобках дано

С жидким отвер- 8 дителем

11 время начала и окончания приложения нагрузки (отсчет времени с момента ввода Отвер днтеля) 6,5 (33, «, 62 83, 106)

10(46), 11(56), 16(90), 11(112)

12(33), 16,5(50), 26(62), 8(100) С твердым отвердителем

13(47), 12(58), 10(93), 8(112) 1,6 (36, 70, 112)

О 6 (44, 90, 112) 35

Вязкость, сП, для смеси с

Вязкость, сП, для смеси с

t жидким отt вердителем ! (известный)

5 !

4

В табл..2 показано влияние введения отвердителя в твердом виде (по предлагаемому способу) на прочностные свойства отверждающейся тампонирующейся смеси в сравнении с известным способом.

Введение отвердителя в виде кристаллов приводит не только к сдв гу в более поздний период начала интенсивного отверждения смеси, но и приводит к сдвигу на такой же более поздний период отрицательного впияния деформации смеси на прочНОСТЬв

При достижении определенного кри тического значения времени вязкость отверждающейся вспененнои смеси начинает быстро возрастать, что соответствует началу интенсивного отверждения смеси. Поэтому смесь необ ходимо нагнетать до начала интенсивного отверждения, так как повышение вязкости смеси приводит к повышению энергоемкости ее прокачивания по трубам и протяженным каналам тампонируемых пород.

Практически кинетика отверждения вспененного полимерного состава снимается с помощью реологических приборов или вискозиметров, например ВСН-3, Реотест-2 (ГДР) и т.п.

Продолжительность начальной стадии отверждения смеси до начала интенсивного отверждения меняется в зав симостн от ее состава, концентрации и вида отвердителя, времени перемешивания (турбулизации), давления и других факторов. Однако независимо от ее длительности наиболее эффективное время окончания прокачивания смеси соответствует концу этой стад

В этот период происходит формирование начальной вспененной полимеризующейся структуры без существенного повышения структурно-механических свойств (вязкости). Поэтому наиболее рационально в это время производить перемешивание и турбулизацию смеси под давлением прокачи вания, что сопряжено с минимальными энергозатратами, а также способству ет разрушению дефектных полимеризационных связей с последующим упорядочением и упрочнением образующейся пространственно-сетчатой структуры.

Нагнетаемая по трубам и затрубному пространству в зону тампонирования отверждающаяся смесь находитс под давлением и имеет турбулентный режим движения, что приводит к деформации, образующейся в процессе отверждения полимера, имеющего прос ранственную сетчатую структуру. Деформация отверждающегося вспененного состава в период, предшествующий

1090847 8 интенсивному отверждению, способствуи- ет увеличению прочности состава. При дальнейшей деформации прочность падает и вместо ячеистой структуры (пенопласта) образуется отвержденная крошка, что отрицательно влияет на качество тампонирования. В связи с образованием крошки и нарушения структуры нагнетаемой смеси происходит забивание крошкой проходного сечения нагнетательных труб и повышение энергоемкости прокачивания. Поэтому нагнетание с целью повышения прочности образующегося вспененного тампо15 нажного состава и предупреждения его деформационного разупрочнения необходимо заканчивать до начала интенсивного отверждения и деформационного разупрочнения состава, 2п определяемых соответственно по кривым кинетики отверждения, снимаемым по зависимости вязкости От времени отверждения и изменения прочности на сжатие Отверждающейся вспененной смеси от времени ее деформации (турбулизации илн перемешивания).

Тампонирование скважины при катан- строфическом поглощении на забое

Осуществляется следующим образом.

Исходные данные: глубина скважины 400 м, интервал поглощения 398—

400 м. На конце колонны бурильных труб диаметром 50 мм установлен пакер с упорным хвостовиком. ии, В емкости 1 приготавливается 20 л раствора смолы и пенообразователя.

Непосредственно перед включением подпорного насоса 2, Отрегулированного на подачу 10 л/мнн, в раствор

40 вводится кристаллическая ортофосфорная кислота с размером зерен

0„5-1,5 мм. Прн введении кислоты производят перемешивание раствора в те чение 10-15 с для равномерного распределения кристаллов кислоты в

45 объеме раствора. Вентиль 3 закрыт.

После введения кислоты производят включение подпорного насоса 2, дожимного насоса 4 и компрессора 5.

Образовавшаяся отверждающаяся газожидкостная смесь по манифольду 6 пося тупает в колонну бурильных труб 7, на конце которой смонтирован пакер

8 с упорным хвостовиком. При падении уровня тампонажного раствора в т- емкости 1 до предельного уровня, обеспечивающего режим всасывания насоса 2, производят долив в емкость 1 буферной продавочной жид109084 7

15

Ч

Т

1 Q

12,5 мин, 32

50 объем внутренней полости колонны бурильных труб, л,; подача буферной продавочной жидкости, 32 л/мин. где

Приближенно объем внутренней полости 1 м колонны бурильных груб диаметром 50 мм равен 1 л, длина кости, которая одновременно обеспечивает промывку насоса 2 и колонны 7. Далее выключают компрессор 5, переключают подачу насоса 4 (НБ4320/63, диаметр плунжера 45 мм) с 5 третьей скорости на первую, что обеспечивает уменьшение подачи с 105 до 32 л/мин, открывают вентиль 3. Насос 4 начинает нагнетать буферную продавочную жидкость из емкости 9, которая одновременно промывает его и колонну. бурильных труб 7. При открытом пакере 8 производится продавливание буферной жидкостью отверждающейся газожидкостной тампонирующей смеси в зону поглощения под давлением, При достижении буферной продавочной жидкости конца колонны бурильных труб последние приподнимаются, что обеспечивает эакрьпие пакера и снятие давления нагнетания тампонирующей смеси. Зона поглощения благодаря эффекту Жамена, высокой адгезии, низкого гидростатического давления и потери текучести смеси надежно изолируется.

Тампонажная смесь нагнетается в зону поглощения под максимальным давлением 63 кгс/сьев В соответствии 30 с кривыми кинетики отверждения (фиг, "; и деформации (фиг. 5) допустимое время продавливания для данного состава не более 15 мин.

Ниже приведен проверочный расчет времени, необходимого на прокачивание смеси, согласно характеристике оборудования.

Общее время нагнетания тампонирующей смеси Т = Т „ + Т, где Т1 время нагнетания смеси с испольэо» ванием буферной продавочной жидкосТi — время нагHeTdrrHR тампонирую. areA смеси при помощи дожимного на— соса 4 до момента использования буферной продавочной жидкости Т 2 мин.

Время Т определено по формуле колонны 400 м, следовательно, объем V = 400 л.

Т = Т.+ Т = 12,5+ 2 = 14,5 мин

Из условия обесгечения заканчивания нагнетания тампонирующей смеси перед началом ее интенсивного отверждения и деформационного разупрочнения зто время Т соответствует времени Т на кривой кинетики отверждения (фиг. 4) и кривой кинетики деформации (фиг. 5), которые получены для смеси, имеющей следующее соотношения компонентов, мас.7:

Мочевинно-формальдегидная (карбамидная) смола И-19-62

"А" ТУ 6-05-1881-80 60

Эмульгатор Е-30 (ГДР) 1

Кристаллическая ортофосфорная кислота

Н РО+ с размером зерен 0,5-1,5 мм

Вода

0,3

ОстальКривые изменения реологических и структурных свойств тампонирующего состава определяются предварительно ное

В общем случае, варьируя временем Т, зависящим от подачи насоса и объема пути продавливания смеси и временем Т, зависящим от состава тампонирующей смеси из условия соблюдения ограничений по кинетике отверждения и деформации смеси, 1 подбирают оптимальные технологические параметры тампонирования, В схеме тампонирования (фиг. 3) используется следующее основное оборудование поверхностной обвязки: подпорный шестеренный насос 2 с регулируемой подачей, установка 4 насосная (НБ4--320/63) со смонтированными на ней азраторами, установка 5 компрессорная передвижная СО-7А (9 = 0,5 мз/мин, P = 6 кгс/см ).

Давление нагнетания тампочирующей смеси, производительность, время при нагнетании и газожидкостное соотношение, зависят от конкретных геологотехнических условий, в т.ч. длины пути и сопротивления движения смеси, приемистости зоны поглощения, технической характеристики используемого оборудования и состава тампонирующей смеси.

1090847

P,сР

1ЮО

6, 100 для каждой партии смолы с учетом рецептуры смеси, выбранные рецептуры смеси и время их отверждения используются уже в готовом виде для различных геологотехнических условий тампонирования по соответствующим таблицам, что делает доступным способ в полевых условиях.

Использование отверждающихся газожидкостных смесей на основе карба- 1Î мидных смол для тампонирования скважин является наиболее перспективным направлением применения аспененных тампонирующих смесей.

Предлагаемый способ позволяет повысить долговечность оборудования и бурильной колонны, снизить энергоемкость нагнетания смеси на

20-30Х и уменьшить до 25Х расход тампонирующих материалов за счет исключения повторного тампонирования в связи с повышением его качества и прочности состава.

1090847

1090847

Заказ 3031/29 Тираж 5б4

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Подписное

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Составитель Е.Тангалычев

Редактор Н.Пушненкова Техред Ж.Кастелевич Корректор В.Синицкая