Способ приготовления тампонажного раствора

Способ приготовления тампонажного раствора

Реферат

Предложение относится к нефтегазодобывающей промышленности и предназначено для приготовления тампонажного раствора при проведении ремонтно-изоляционных работ в нефтяных и газовых скважинах.

Известен способ приготовления тампонажного раствора, включающий растворение при нагревании в присутствии воды натриевой силикат-глыбы и смешение полученного жидкого стекла - водного раствора силиката натрия с модифицирующей добавкой, водой и органическим отвердителем [Соколович В.Е. Химическое закрепление грунтов, М., Стройиздат, 1981, с.27-33]. Автор предлагает способ химического закрепления грунтов в условиях современного градостроительства и для повышения силикатного модуля в низкомодульных силикатных растворах, использует в качестве модифицирующей добавки кремнефтористоводородную кислоту H₂SiF₆, которая вводится в количестве, не превышающем 5%, и при смешении с ней силикатный модуль повышается до 3,3-3,5. В качестве органического отвердителя использует 50%-ный раствор формамида плотностью 1073 кг/м³ при следующем соотношении компонентов, об. ч.:

жидкое стекло с силикатным модулем 3,3-3,4 и
плотностью 1300 кг/м3	100
формамид плотностью 1073 кг/м3	30-50

или использует этилацетат в присутствии контакта Петрова при следующем соотношении компонентов, об. ч.:

жидкое стекло с силикатным модулем 3,3 и
плотностью 1280 кг/м3	100
этилацетат	3-10
контакт Петрова	4-6

Недостатком известного способа является низкая изолирующая способность тампонажных растворов в случае их использования при проведении ремонтно-изоляционных работ в нефтяных и газовых скважинах. Кроме того, определенные сложности возникают при работе с кремнефтористоводородной кислотой.

Технической задачей заявляемого способа является повышение изолирующей способности тампонажного раствора за счет расширения значений интервала силикатного модуля от 3,5 до 5,0, что в свою очередь позволяет увеличить технологические возможности применения тампонажного раствора.

Задача решается предлагаемым способом приготовления тампонажного раствора, включающим растворение при нагревании в присутствии воды натриевой силикат-глыбы с модифицирующей добавкой и смешение полученного жидкого стекла - водного раствора силиката натрия с водой и органическим отвердителем.

Новым является то, что в качестве модифицирующей добавки используют кремнеземный наполнитель Росил-175, который вводят в процессе растворения при соотношении 27-50 мас.ч. к 100 мас.ч. натриевой силикат-глыбы и 200-300 мас.ч. воды и перемешивают до достижения силикатного модуля 3,5-5,0, а в качестве органического отвердителя используют формамид при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:

модифицированное жидкое стекло	100
вода	10-25
формамид	10-25

или используют этилацетат в присутствии неонола АФ 9-12 при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:

модифицированное жидкое стекло	100
вода	100
этилацетат	5-10
неонол АФ 9-12	1

Анализ патентной и научно-технической литературы позволил сделать вывод об отсутствии технических решений, содержащих существенные признаки заявленного способа, выполняющих аналогичную задачу, поэтому можно сделать вывод о соответствии критерию "новизна" и "изобретательский уровень".

Реагенты, применяемые в заявляемом способе, и, соответствующие требованиям ГОСТов и ТУ, представлены в таблице 1.

Таблица 1 - Реагенты, применяемые в заявленном способе
Наименование реагента	ГОСТ или ТУ	Внешний вид	Плотность, кг/м
Натриевая силикат-глыба - силикат натрия растворимый	ГОСТ Р 50418-92	Однородные прозрачные бесформенные куски без механических включений, видимых невооруженным глазом со слабо-зеленым, желтоватым или голубоватым оттенком
Кремнеземный наполнитель Росил-175	ТУ 2168-038-00204872-2001	порошок белого цвета	насыпная плотность 180-220 г/дм3
Этилацетат - этиловый эфир уксусной кислоты	ГОСТ 8981-78	прозрачная жидкость	898-900
Формамид - амид муравьиной кислоты	ТУ 6-09-3884-84	прозрачная жидкость	1135
Неонол АФ 9-12	ТУ 2483-077-05766801-98	прозрачная маслянистая жидкость	1046±3 (при 50°С)

Осуществление способа приготовления тампонажного раствора.

В реактор с водой, нагретой до температуры не ниже 75°С, при перемешивании вводят натриевую силикат-глыбу с силикатным модулем 2,5-2,8 и продолжают нагревание. При достижении температуры реакционной смеси 90-97°С в реактор при перемешивании загружают модифицирующую добавку - кремнеземный наполнитель Росил-175. Процесс продолжают до полного растворения силикат-глыбы и кремнеземного наполнителя Росил-175. Степень готовности модифицированного жидкого стекла определяют по значению силикатного модуля согласно рецептуре тампонажного раствора, выбор которой зависит от геолого-технических характеристик скважины.

Полученное модифицированное жидкое стекло смешивают с водой и формамидом в массовом соотношении 100:10-25:10-25 или с водой, этилацетатом в присутствии неонола АФ 9-12 в массовом соотношении 100:100:5-10:1. Поверхностно-активное вещество неонол АФ 9-12, будучи растворимо как в органической, так и в неорганической фазах, способствует равномерному гелеобразованию тампонажного раствора.

В результате предлагаемый способ приготовления тампонажного раствора увеличивает силикатный модуль жидкого стекла до 3,5-5,0, который является оптимальным для получения тампонажного раствора с повышенной изолирующей способностью и широким диапазоном технологических возможностей.

Водоизолирующие свойства тампонажных растворов изучались на моделях пласта длиной 7 см и внутренним диаметром 2,7 см, заполненных кварцевым песком фракции 0,2-0,3 мм, которые позволяют моделировать закачку реагентов в пласт и вести непрерывный контроль за их расходом по схеме: "скважина-пласт" и "пласт-скважина". По результатам модельных испытаний рассчитывают коэффициент изоляции, который характеризует степень снижения проницаемости модели.

Экспериментальным путем установлены оптимальные соотношения между силикатным модулем жидкого стекла и количеством всех компонентов тампонажного раствора с целью получения тампонажного раствора с высокой изолирующей способностью.

Соотношения компонентов тампонажных растворов, приготовленных по предлагаемому способу и прототипу, время их отверждения и коэффициенты изоляции представлены в таблицах 2 и 3.

Ниже приведены примеры, подтверждающие возможность осуществления способа.

Пример 1 (по таблице 2).

Процесс приготовления модифицированного жидкого стекла ведут в реакторе с рабочим объемом 6 м³ при постоянном перемешивании и нагревании. В реактор с 200 мас.ч. воды, нагретой до температуры 75°С, при перемешивании загружают 100 мас.ч. натриевой силикат-глыбы с силикатным модулем 2,5-2,8 и продолжают нагревание. При достижении температуры реакционной смеси 95°С в реактор при перемешивании вводят модифицирующую добавку - 27 мас.ч. кремнеземного наполнителя Росил-175. Процесс продолжают до полного растворения силикат-глыбы и кремнеземного наполнителя Росил-175. При этом получается модифицированное жидкое стекло с плотностью 1350 кг/м³ и силикатным модулем 3,5.

Далее на скважине производят смешение 100 мас.ч. модифицированного жидкого стекла с силикатным модулем 3,5, плотностью 1350 кг/м³, 25 мас.ч. формамида и 25 мас.ч. воды. Перемешивают тампонажный раствор в течение 10 минут и закачивают в скважину (таблица 2, №1). Тампонажный раствор, приготовленный таким образом, имеет плотность 1220 кг/м³, вязкость менее 30 мПа·с, начало отверждения 1 ч 30 мин, конец - 2 ч, коэффициент изоляции 95%.

Примеры 2-9 (по таблице 2) производят аналогично примеру 1.

При уменьшении силикатного модуля модифицированного жидкого стекла до 3 тампонажный раствор не отверждается, а коэффициент изоляции такого раствора резко снижается до 12% (таблица 2, №А). Увеличение силикатного модуля модифицированного жидкого стекла до значения большего, чем 5 приводит к быстрому отверждению тампонажного раствора (таблица 2, №Б). Из этого следует, что применение модифицированного жидкого стекла с силикатным модулем ниже 3 и выше 5 в данном способе не целесообразно.

Сроки отверждения тампонажных растворов, приготовленных с использованием модифицированного жидкого стекла с одинаковым силикатным модулем, регулируются количеством формамида. Из таблицы 2 (№2-5) видно, что снижение количества формамида с 25 мас.ч. до 12 мас.ч. увеличивает время отверждения с 2 ч до 8 ч.

Пример 1 (по таблице 3, №5).

Процесс приготовления модифицированного жидкого стекла ведут в реакторе с рабочим объемом 6 м³ при постоянном перемешивании и нагревании. В реактор с 200 мас.ч. воды, нагретой до температуры 75°С, при перемешивании загружают 100 мас.ч. натриевой силикат-глыбы с силикатным модулем 2,5-2,8 и продолжают нагревание. При достижении температуры реакционной смеси 95°С в реактор при перемешивании вводят модифицирующую добавку - 33 мас.ч. кремнеземного наполнителя Росил-175. Процесс продолжают до полного растворения силикат-глыбы и кремнеземного наполнителя Росил-175. При этом получается модифицированное жидкое стекло с плотностью 1390 кг/м³ и силикатным модулем 4.

Далее на скважине производят смешение 100 мас.ч. модифицированного жидкого стекла с силикатным модулем 4, плотностью 1390 кг/м³, 100 мас.ч. воды и 6 мас.ч. этилацетата в присутствии 1 мас.ч. неонола АФ 9-12. Перемешивают тампонажный раствор в течение 10 минут и закачивают в скважину.

Тампонажный раствор, приготовленный таким образом, имеет плотность 1180 кг/м³, вязкость менее 10 мПа·с, начало отверждения 1 ч 35 мин, конец - 1 ч 50 мин, коэффициент изоляции 98%.

Остальные примеры по таблице 3 производят аналогично примеру 1.

При уменьшении силикатного модуля - модифицированного жидкого стекла до 3, тампонажный раствор не отверждается, а коэффициент изоляции такого раствора снижается до 15% (таблица 3, №А). Увеличение же силикатного модуля модифицированного жидкого стекла до значения более, чем 5 приводит к быстрому отверждению тампонажного раствора (таблица 3, №Б). Таким образом, применение модифицированного жидкого стекла с силикатным модулем ниже 3 и выше 5 делает невозможным его применение при изоляционных работах на скважинах.

При использовании модифицированного жидкого стекла одинакового модуля изменением количества этилацетата можно регулировать время отверждения тампонажного раствора (таблица 3, №4-6).

По результатам таблиц 2 и 3 видно, что тампонажные растворы, приготовленные по предлагаемому способу, характеризуется повышенной изолирующей способностью, которая достигается за счет увеличения силикатного модуля модифицированного жидкого стекла до 3,5-5,0, что позволяет также увеличить технологические возможности применения тампонажного раствора.

Использование предлагаемого способа позволяет увеличивать силикатный модуль модифицированного жидкого стекла в требуемых пределах, необходимых для увеличения изолирующей способности тампонажных растворов. Сроки отверждения тампонажных растворов регулируются силикатным модулем модифицированного жидкого стекла, его плотностью и количеством органических отвердителей.

Таблица 2 - Соотношение компонентов в тампонажном растворе с формамидом
№ приме-ров	Соотношение силикат-глыбы с силикатным модулем 2,5-2,8, Росила-175 и воды при получении модифицированного жидкого стекла, мас.ч.	Модуль модифицирован-ного жидкого стекла	Плотность модифицирован-ного жидкого стекла, кг/м3	Содержание компонентов тампонажного раствора на 100 мас.ч. модифици-рованного жидкого стекла	Время отверждения начало-конец, часмин	Коэффици-ент изоляции, %
формамид, мас.ч.	вода, мас.ч.
А	100:16:200	3,0	1360	25	25		12
1	100:27:200	3,5	1350	25	25	130-200	95
2	100:27:200	3,5	1350	20	20	150-230	92
3	100:27:200	3,5	1350	15	15	230-340	90
4	100:27:200	3,5	1350	12	12	500-800	88
5	100:30:200	3,7	1360	12	12	340-510	94
6	100:31:200	3,8	1380	12	12	210-240	96
7	100:33:200	4,0	1390	12	12	120-150	98
8	100:43:250	4,5	1340	10	10	100-115	100
9	100:50:300	5,0	1300	10	10	040-050	100
Б	100:57:310	5,5	1280	10	10	005-010	100
Прототип:
-	3,3	1280	30*	30	220-240	75
Примечание: *компоненты прототипа даны в объемных частях

Таблица 3 - Соотношение компонентов тампонажного раствора с этилацетатом
№	Соотношение силикат-глыбы, с силикатным модулем 2,5-2,8 Росила-175 и воды при получении модифицированного жидкого стекла, мас.ч.	Модуль жидкого стекла	Плотность жидкого стекла, кг/м3	Содержание компонентов тампонажного раствора на 100 мас.ч. модифицированного жидкого стекла	Время отверждения начало-конец, часмин	Коэффициент изоляции, %
этилаце-тат, мас.ч.	вода, мас.ч.	неонол АФ 9-12, мас.ч.
А	100:16:200	3,0	1340	10	100	1		15
1	100:27:200	3,5	1350	6	100	1	150-215	88
2	100:30:200	3,7	1360	5	100	1	230-330	90
3	100:31:200	3,8	1380	7,5	100	1	040-130	92
4	100:33:200	4,0	1390	5	100	1	200-220	98
5	100:33:200	4,0	1390	6	100	1	135-150	98
6	100:33:200	4,0	1390	10	100	1	030-040	100
7	100:43:250	4,5	1340	5	100	1	120-135	100
8	100:50:300	5,0	1300	5	100	1	050-105	100
Б	100:57:310	5,5	1,280	5	100	1	010-015	100
Прототип:
-	3,3	1280	5	-	-*	130-140	80
Примечание: *компоненты прототипа даны в объемных частях**5 об.ч. контакта Петрова.

Способ приготовления тампонажного раствора, включающий растворение при нагревании в присутствии воды натриевой силикат-глыбы и смешение полученного жидкого стекла - водного раствора силиката натрия с модифицирующей добавкой, водой и органическим отвердителем, отличающийся тем, что в качестве модифицирующей добавки используют кремнеземный наполнитель Росил-175, который вводят в процессе указанного растворения при соотношении 27-50 мас.ч. к 100 мас.ч. натриевой силикат-глыбы и 200-300 мас.ч. воды и перемешивают до достижения силикатного модуля 3,5-5,0 с получением модифицированного жидкого стекла, а в качестве органического отвердителя используют формамид при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:

Модифицированное жидкое стекло	100
Вода	10-25
Формамид	10-25

или используют этилацетат в присутствии неонола АФ 9-12 при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:

Модифицированное жидкое стекло	100
Вода	100
Этилацетат	5-10
Неонол АФ 9-12	1