Состав для восстановления герметичности резьбовых соединений обсадных труб, изоляции зон поглощений и укрепления неустойчивых проницаемых пород

Состав для восстановления герметичности резьбовых соединений обсадных труб, изоляции зон поглощений и укрепления неустойчивых проницаемых пород

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к герметизирующим составам для восстановления герметичности резьбовых соединений обсадных труб, и может быть использовано для восстановления герметичности цементного кольца, ликвидации заколонных газопроявлений, межколонных давлений и межпластовых перетоков в заколонном пространстве скважины, а также для изоляции зон поглощений и укрепления неустойчивых проницаемых пород.

Известно, что в процессе разработки месторождений, содержащих в своей продукции природный газ, а также при эксплуатации подземных хранилищ газов (ПХГ) в заколонных пространствах скважин возникают газопроявления, связанные с негерметичностью обсадных колонн, преимущественно в резьбовых соединениях, приводящие в сочетании с некачественным разобщением пластов при цементировании к заколонным перетокам газа и межколонным давлениям. Негерметичность резьбовых соединений газовых скважин, особенно наклонно направленных, наблюдается практически повсеместно во всех газодобывающих регионах мира, что говорит об актуальности данной проблемы. Кроме того, в процессе строительства скважин возникают осложнения, связанные с потерей циркуляции промывочной жидкости (поглощения) и разрушением, осыпями и обвалами неустойчивых проницаемых пород. Для решения задач, связанных с ликвидацией указанных осложнений, при существующих технологиях решающим является выбор герметизирующего состава.

Известны вязкоупругие составы, используемые для ликвидации межколонных газопроявлений, изоляции поглощающих пластов при бурении и ремонте скважин, повторной герметизации резьбовых соединений обсадных колонн и других ремонтно-восстановительных работ [авторское свидетельство SU на изобретение №1377371, патенты RU на изобретения №2147672, №2356929]. Указанные составы включают полиакриламид, сшивающий агент, регулятор гелеобразования, наполнитель растительного происхождения, воду и другие компоненты.

Однако данные составы характеризуются многокомпонентностью, которая затрудняет их приготовление, что зачастую увеличивает стоимость их использования.

Известны также составы, предназначенные для изоляции зон поглощений и укрепления неустойчивых проницаемых пород [авторские свидетельства SU на изобретения №616250, №618532, №637355, №855190, №1229314, №1321805, патенты RU на изобретения №2035589, №2067157, №2150571, №2196890, №2205269, №;2232878], включающие жидкое стекло.

Известны также составы для обработки призабойной зоны пласта [патенты RU на изобретения №2112871, №2232878], содержащие наряду с жидким стеклом поверхностно-активное вещество и другие компоненты.

Однако данные составы, не имея недостатков многокомпонентности, не предназначены для восстановления герметичности резьбовых соединений обсадных труб.

Наиболее близкими аналогами к заявляемому изобретению являются два практически идентичных состава, описанных в патентах одного и того же заявителя с одной и той же датой приоритета и предназначенных для изоляции заколонного и межколонного пространства, герметизации обсадных колонн, герметизации резьбовых соединений и изоляции обводнившихся пропластков в нефтяных и газовых скважинах. Данные составы включают смолы: ацетоноформальдегидную [патент RU на изобретение №2348673] или карбамидоформальдегидную [патент RU на изобретение №2348674], ПАВ ОП-10, эластомер - натуральный или синтетический каучук или смесь каучуков, инициатор полимеризации, в качестве которого используют карбоновые кислоты и их соли - щелочной сток производства капролактама (ЩСПК).

Однако использование данного состава и его разновидностей трудноосуществимо в силу большого дефицита натурального каучука и его высокой стоимости, а также значительной стоимости смеси заменяющих его каучуков и других компонентов состава. Кроме того, использование в данном составе синтетических смол может привести к температурным ограничениям в связи с быстрыми и трудно регулируемыми сроками их отверждения.

Задачей заявляемого изобретения является повышение технологичности состава за счет упрощения его получения и повышения эксплуатационных характеристик при снижении стоимости получаемого продукта.

Сущность заявляемого изобретения характеризуется тем, что состав для восстановления герметичности резьбовых соединений обсадных труб, изоляции зон поглощений и укрепления неустойчивых проницаемых пород содержит жидкое стекло плотностью ≥1420 кг/см³, щелочной сток производства капролактама плотностью ≥1100 кг/см³, неионогенное поверхностно-активное вещество ОП-10 в соотношении, массовых %:жидкое стекло 44,99-81,60; щелочной сток производства капролактама 18-55; ПАВ 0,01-0,40.

Технический результат заявляемого изобретения заключается в создании состава с вышеназванным соотношением компонентов, обеспечивающим решение поставленной задачи.

Выполнение заявляемого состава из трех порознь широко распространенных компонентов, не представляющих инновационных трудностей в их получении, снижает его стоимость по сравнению с большей частью аналогов. Предлагаемый состав прост и технологичен в эксплуатации, поскольку для его образования достаточно поверхностного контакта компонентов и время гелеобразования оптимально, т.е. не является чрезмерно коротким в отличие от ряда аналогов и не является чрезмерно затянутым, что характерно для другой группы аналогов.

В заявляемом составе смешение компонентов приводит к образованию соединений, образованных включением молекул одного сорта (ЩСПК), в полости решетчатого каркаса из молекул другого сорта (жидкое стекло) без образования какой-либо специфической химической связи между ними. В супрамолекулярной химии такое образование получило название - соединение включения. Т.е. данное соединение включения образуется путем заполнения микроканалов (полостей), содержащихся в жидком стекле, ассоциатами натриевых солей карбоновых кислот - ЩСПК. При этом для образования соединения включения достаточно поверхностного контакта. При соответствующем заполнении такой сетки происходит образование геля, который за оптимально короткое время приобретает герметизирующую способность. В результате экспериментов, проведенных авторами (см. табл.2-4), подтверждено, что гель, образовавшийся в процессе смешения вышеуказанных компонентов состава в заявленном соотношении, обладает высокой герметизирующей и изолирующей способностью, достаточной прочностью, пластичностью и деформационной стойкостью к ударным воздействиям, возникшим при скважинных перепадах давления и температуры, т.е. имеет более высокие эксплуатационные характеристики.

Использование в данном составе неионогенного ПАВ ОП-10 позволяет улучшить состав, усилив его проникающую способность, вследствие чего повысить эффективность процесса восстановления герметизации.

Заявляемый состав поясняется с помощью иллюстраций в виде фото 1, 2. На фото 1 представлен образец песка с результатом прокачки через него заявляемого герметизирующего и изолирующего состава. На фото 2 показан образец песка с результатом прокачки через него состава наиболее близкого аналога.

Для приготовления заявляемого состава используют:

- товарное жидкое стекло, соответствующее ГОСТу, которое представляет собой вязкую жидкость плотностью ≥1420 кг/м³,

- щелочной сток производства капролактама, соответствующий ТУ, который представляет собой жидкость с высокой проникающей способностью от коричневого до темно-коричневого цвета, непрозрачную, без механических примесей, с характерным запахом (табл.1).

Таблица 1.
Характеристика ЩСПК
Наименование показателей	ЩСПК
Массовая доля сухого вещества, %	25-45
Массовая доля натриевых солей органических кислот (в пересчете на адипинат натрия), %	18-30
Массовая доля циклогексанола, %, не более	0,8
Массовая доля циклогексанона, %, не более	0,2
Массовая доля смолы, %, не более	10
рН раствора	10-13
Плотность при 20°С, кг/м3	1100-1200
Суммарная массовая доля капролактама и натриевой соли Е-аминокапроновой кислоты, %	Не нормируется
ОП-10 - неионогенное поверхностно-активное вещество концентрацией 5%, является продуктом обработки смеси моно- и диалкилфенолов окисью этилена.

Изобретение поясняется с помощью таблиц 2, 3, 4, в которых приведены данные об эффективности заявляемого состава: при ликвидации поглощения (табл.2); при укреплении неустойчивых проницаемых пород (табл.3); при восстановлении герметичности резьбовых соединений (табл.4).

Таблица 2.
Влияние состава на проницаемость песков (при ликвидации поглощения)
№	Состав для изоляции, масс.%	Свойства состава после смешения	Проницаемость (по воде) образца песка, Дарси
до закачки	после закачки
1	ЖС 85,00 ЩСПК 15	непрочный гель	-	-
2	ЖС 81,60 ЩСПК 18 ПАВ ОП-10 0,40	пластичный, упругий, резиноподобный, монолитный	2,5	0
3	ЖС 81,70 ЩСПК 18 ПАВ ОП-10 0,30	то же	2,5	0
4	ЖС 74,90 ЩСПК 25 ПАВ ОП-10 0,10	то же	2,5	0
5	ЖС 55,95 ЩСПК 40 ПАВ ОП-10 0,05	то же	3,7	0
6	ЖС 55,99 ЩСПК 40 ПАВ ОП-10 0,01	то же	3,7	0
7	ЖС 44,99 ЩСПК 55 ПАВ ОП-10 0,01	то же	3,7	0
8	ЖС 40,00, ЩСПК 60	часть ЩСПК не участвует в гелеобразовании	-	-

Из таблицы 2 следует, что при содержании ЩСПК менее 18% гель не образуется, и состав имеет низкую изолирующую способность (табл.2, п.1). При увеличении содержания ЩСПК от 18% до 55% образуется гель с единым «скелетом», по своим свойствам напоминающий резину, пластичный, обеспечивающий 100%-ное снижение проницаемости (табл.2, п.2-7).

При дальнейшем увеличении ЩСПК более 55% часть реагента не участвует в гелеобразовании, в связи с чем эффективность состава также падает (табл.2, п.8).

Третий компонент - поверхностно-активное вещество ОП-10 в количестве мас.% - 0,01-0,4 используется для усиления проникающей способности состава.

Таблица 3.
Влияние состава на укрепление песков
№	Состав для укрепления песка	Состояние образца песка
До закачки	После закачки
1	ЖС 81,60 ЩСПК 18 ПАВ ОП-10 0,40	влажный, сыпучий	цельный, прочный*
2	ЖС 81,7 ЩСПК 18 ПАВ ОП-10 0,30	то же	то же
3	ЖС 74,9 ЩСПК 25 ПАВ ОП-10 0,10	то же	то же
4	ЖС 55,95 ЩСПК 40 ПАВ ОП-10 0,05	то же	то же
5	ЖС 55,99 ЩСПК 40 ПАВ ОП-10 0,01	то же	то же
6	ЖС 44,99 ЩСПК 55 ПАВ ОП-10 0,01	то же	то же
* прочность на сжатие - 18-22 кгс/см2

Рекомендуемый состав обеспечивает эффективное укрепление образцов песка, так как сформированный продукт, являясь цельным, образует единый «скелет» и имеет прочность на сжатие, сопоставимую с прочностью на сжатие цементного камня - 18-20 кгс/см².

Поверхностно-активное вещество ОП-10 в количестве мас.% - 0,01-0,40, как и в первом случае, используется для усиления проникающей способности.

Таблица 4
Влияние состава на герметичность резьб
№	Состав для герметизации резьбовых соединений	Перепад давления, МПа	Герметичность резьб
До закачки	После закачки
1	ЖС 81,60 ЩСПК 18 ПАВ ОП-10 0,40	1,5	то же	герметично
2	ЖС 81,70 ЩСПК 18 ПАВ ОП-10 0,30	2.5	то же	герметично
3	ЖС 74,90 ЩСПК 25 ПАВ ОП-10 0,10	3,5	то же	герметично
4	ЖС 55,95 ЩСПК 40 ПАВ ОП-10 0,05	10,0	то же	герметично
5	ЖС 55,99 ЩСПК 40 ПАВ ОП-10 0,01	10,0	то же	герметично
6	ЖС 45 ЩСПК 55	10,0	то же	Давление упало через сутки до 3,5 МПа
7	ЖС 44,99 ЩСПК 55 ПАВ ОП-10 0,01	10,0	то же	герметично

Из таблицы 4 видно, что при закачке рекомендуемого состава происходит восстановление герметичности резьбовых соединений, выдерживающих перепад давления до 10,0 МПа (табл.4 п.1-5, 7). В случае соединения по п.6 полная герметизация не достигается из-за отсутствия достаточного проникновения в резьбу. Добавка ПАВ ОП-10 позволила достигнуть полной герметичности. Температурный режим регулируется добавками веществ, повышающих термостойкость образуемого продукта.

Состав для восстановления герметичности резьбовых соединений обсадных труб, изоляции зон поглощений и укрепления неустойчивых проницаемых пород, характеризующийся тем, что он содержит жидкое стекло плотностью ≥1420 кг/см³, щелочной сток производства капролактама плотностью ≥1100 кг/см³, неионогенное поверхностно-активное вещество ОП-10 в соотношении, мас.%:

жидкое стекло	44,99-81,60
щелочной сток производства капролактама	18-55
ОП-10	0,01-0,40