Тампонажный раствор селективного действия

Тампонажный раствор селективного действия

Реферат

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к способам селективной изоляции водопритоков в газовых и нефтяных скважинах, герметизации затрубного пространства, устранению межпластовых перетоков в скважинах с близкорасположенным газо-нефтеводяным контактом, в том числе в условиях низкопроницаемых коллекторов.

Известен тампонажный цементный раствор селективного действия по патенту RU №2370516, содержащий портландцемент, органический растворитель, совместимый с водой и с нефтью, маслорастворимое поверхностно-активное вещество (ПАВ), водорастворимое поверхностно-активное вещество (ПАВ), понизитель водоотдачи типа CFL, адгезионную добавку Конкрепол при следующем соотношении компонентов, вес.ч.:

портландцемент	100
органический растворитель, совместимый с
водой и нефтью	32-40
маслорастворимое поверхностно-активное
вещество ПАВ	0,5-1,0
водорастворимое ПАВ	0,5-1,0
понизитель водоотдачи CFL	0,5-1,0
адгезионная добавка Конкрепол	1,0

В качестве органического растворителя содержит бутилцеллозольв, или изопропиловый спирт, или метиловый спирт, или гликоль.

Недостатками этого раствора являются:

- узкая область применения, обусловленная низкой фильтруемостью в микротрещины, цементный камень и горная порода. Это связано с тем, что при использовании вышеуказанного раствора для устранения водопритоков и межпластовых перетоков, особенно в условиях низкопроницаемых коллекторов, в присутствии высокоактивных хлорсодержащих пластовых вод, которые легко замещают органический растворитель с органическими реагентами - добавками, находящимися в составе затворенного тампонажного цемента, они вступают в гидролитическое взаимодействие с частицами цемента, имеющими размеры 25-50 микрон, и образуют конгломераты более 50-100 микрон, которые не могут проникать в низкопроницаемые участки пластов, имеющих размеры каналов меньше размеров частиц цемента и конгломератов;

- недостаточная надежность и эффективность использования из-за того, что представляемый состав имеет только одно вяжущее - портландцемент, который в условиях многообразия действующих факторов пластовой среды и малой водопотребности (0,3-0,5) не может полностью удовлетворять технологическим целям по устранению водопритока и межпластовых перетоков флюидов. Помимо этого наличие органического растворителя, совместимого с водой и нефтью после растворения в воде, ухудшает гидратацию портландцемента и может привести к его несхватыванию.

Наиболее близкий по технологической сущности является водоизолирующий состав по патенту RU №2319723, содержащий этиловый или метиловый эфир ортокремневой кислоты или их смесь, полярный растворитель, аэросил, хлориды металлов IV-VIII групп, при следующем соотношении компонентов, вес.ч.:

этиловый или метиловый эфир ортокремневой

кислоты или их смесь	100
полярный растворитель	10-50
аэросил	1-10
хлориды металлов IV-VIII групп	1-5

Недостатками данного состава являются:

- узкая область применения и недостаточная надежность использования. Это обусловлено тем, что добавляемый к составу аэросил, имеющий частицы размером 5-40 микрон, позволяет поддерживать структурные свойства состава, но, не являясь вяжущим веществом, не создает жесткого каркаса, твердеющего со временем, и постепенно разрушается пластовыми водами в коллекторах пластов, причем размеры частиц аэросила не позволяют проникать ему в низкопроницаемые коллектора. Также указанный состав в своей рецептуре имеет только одно вяжущее, что не позволяет качественно на длительное время изолировать устраняемые при его применении водоперетоки. Имеющийся в данном составе полярный растворитель, смешиваясь с пластовой водой, ухудшает возможность гидролиза (этилового или метилового) эфира ортокремневой кислоты, т.е. образования тампонажной массы.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является расширение технологических возможностей тампонажного раствора и области его применения, а также надежность и эффективность его использования.

Технический результат направлен на создание раствора с тройной вяжущей системой: неорганической составляющей, органической и химической составляющей. Причем неорганическое вяжущее должно иметь частицы размером не более 2-4 микрон и должно быть способно образовывать прочные сцементированные образования, перекрывающие трещины и поры водоносного коллектора.

Органическая составляющая должна представлять активное гелеобразующее вещество, способное образовывать упругие неразрушаемые со временем составы, которые проникли в пористую среду водоносных коллекторов.

Химическая составляющая должна иметь хорошую водорастворимость, в процессе которой при взаимодействии с солями в пластовой воде должна образовываться молекулярно-дисперсионная нерастворимая матрица, кольматирующая микротрещины и поры. Причем химическая составляющая должна, как в первоначальном виде (состоянии), так и после преобразований в пластовой воде (среде), являться ускорителем твердения неорганического вяжущего и ускорителем и катализатором гелеобразования органической части состава.

Жидкостью затворения должна быть контрастная жидкость по отношению к пластовым водам, совместимая с нефтью.

Техническая задача решается тем, что тампонажный раствор селективного действия включает этиловый эфир ортокремневой кислоты (этилсиликат-40), дизельное топливо, высоководопотребное тонкодисперсное вяжущее Микродур и сернокислый алюминий (глинозем) при следующем соотношении компонентов, мас.%.:

высоководопотребное тонкодисперсное
вяжущее Микродур	32,32-26,67
этилсиликат-40	19,38-47,99
дизельное топливо	43,93-18,13
сернокислый алюминий (глинозем)	4,37-7,21

Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что тампонажный раствор селективного действия, содержащий этиловый эфир ортокремневой кислоты (этилсиликат-40), дизельное топливо, дополнительно содержит высоководопотребное тонкодисперсное вяжущее Микродур, сернокислый алюминий (глинозем).

Из известных тонкомолотых вяжущих наиболее эффективным является Микродур, получаемый на основе портландцемента.

В предлагаемом тампонажном растворе избирательного действия в качестве высоководопотребного тонкодисперсного вяжущего используют особо тонкомолотые цементы, например «Микродур». Вяжущее «Микродур» производится посредством воздушной сепарации пыли, образующейся при помоле цементного клинкера, технология его изготовления разработана и освоена специалистами фирмы «INTRA-BAVGmbH» совместно со специалистами концерна «Dyckerhoff» и защищена Европейским патентом. Диаметр зерен «Микродур» в 6-10 раз и более меньше частиц самого цементного клинкера. Благодаря малому размеру частиц (диаметр зерен ≤2-6 мкм), высокой удельной поверхности (20000 -25000 см²/г) и плавно подобранному гранулометрическому составу растворы «Микродур» обладают текучестью, сравнимой с текучестью воды, даже при минимальном количестве жидкости затворения, что позволяет суспензии «Микродура» глубоко проникать в низкопроницаемую горную породу. Время истечения (условная вязкость) суспензии в возрасте до 3 часов колеблется от 28 до 30 сек.

В отличие от прототипа использование тонкодисперсного вяжущего Микродур позволяет полнее связать воду и уплотнить структуру камня и тем самым обеспечить его повышенную флюидоупорность и долговечность. Это обусловлено и тем, что тонкодисперсные вяжущие способны связывать воду во много раз больше, так как водотвердое отношение их может достигать 3,0-5,0 при удельной поверхности 150000-25000 см²/г против 0,3-0,5 обычных тампонажных цементов, имеющих удельную поверхность 3000-3500 см²/г.

При этом добавка вяжущего менее 26,67 мас.% резко снижает прочность образовываемого камня, добавка более 32,32 мас.% приводит к загустеванию состава.

Гелеобразующим компонентом в предлагаемом тампонажном растворе селективного действия является этилсиликат-40 (ГОСТ 26371-84). Добавка этилсиликат-40 менее 19,38 мас.% не позволяет создать прочную упругую структуру, при добавке более 47,99 мас.% образует непрокачиваемую тампонажную массу, не позволяющую задавить ее в микротрещины коллектора.

Этилсиликат-40 способен в присутствии соленасыщенной пластовой воды с добавками мелкогранулированного сернокислого алюминия образовывать высокоупругие смеси. Причем сернокислый алюминий, частично взаимодействуя с хлористым кальцием, всегда имеющимся в пластовой воде, образовывает молекулярный сернокислый кальций (гипс), являющийся кольматантом, и хлорный алюминий, являющийся активным катализатором при гелеобразовании этилсиликата. Добавка сернокислого алюминия (глинозема) менее 4,37 мас.% значительно увеличивает сроки образования структуры, что ведет к ее размыванию, при добавке более 7,21 мас.% увеличивается интенсивность гелеобразования этилсиликата и схватывания Микродура, что снижает кольматирующую способность состава.

Используемое дизельное топливо, являясь хорошим растворителем этилсиликата, позволяет слабо смачиваемым Микродуру и сернокислому алюминию образовывать компактную легко прокачиваемую массу, которая в условиях взаимодействия с пластовыми водами значительно (в 1,2-2,0 раза) увеличивает свой объем. Добавка дизельного топлива менее 18,13 мас.% затрудняет продавку состава в пласт, а добавка более 43,93 мас.% разжижает состав и снижает способность его закрепиться в коллекторе пластов.

Приготовление тампонажного раствора селективного действия осуществляется непосредственно на скважине. Тампонажный раствор избирательного действия готовится обычным способом с применением глиномешалки или агрегато-смесительной машины, например АСМ-25, (УСО-20), в которых последовательно вводятся компоненты: дизельное топливо, этилсиликат-40, Микродур с сернокислым алюминием (глиноземом).

Определение основных свойств раствора и камня проводят в лаборатории в соответствии с ГОСТ 1581-96 «Цементы тампонажные» и ГОСТ 26798.1-96 «Методы испытаний».

Плотность, растекаемость, водоотделение раствора определяют при 25°C и атмосферном давлении. Для условий умеренных температур загустевание раствора определяют при 75°C и атмосферном давлении. Для условий АВПД при режиме температуры до 90°C.

Растекаемость определяют по конусу АзНИИ, плотность пикнометром, водоотделение в мерном цилиндре, время загустевания на консистометрах ZM-1002 и КЦ-3. Прочность тампонажного камня на сжатие на испытательном стенде CHANDLER (Модель 4207D), газопроницаемость на приборе GFS-830-SS - CHANDLER.

При проведении лабораторных исследований были использованы:

- водопроводная вода;

- высоководопотребное тонкомолотое вяжущее (Микродур RX-261);

- сернокислый глинозем (сернокислый алюминий) по ГОСТ 12966-85;

- дизельное топливо;

- этилсиликат-40.

Пример.

Для приготовления тампонажного раствора селективного действия (состав 5, табл.1) в дизельное топливо объемом 160 см³ (43,93 мас.%) последовательно перемешивания добавляется 40 см³ (19,38 мас.%) этилсиликата-40, 8 г (4,67 мас.%) сернокислого глинозема, 100 г (32,32 мас.%) Микродура. Состав перемешиваем 3 мин, после чего определяем растекаемость, плотность. Затем добавляем воду с 3% NaCl и 5% CaCl₂ весом 100 г, перемешиваем состав 3 мин и замеряем растекаемость.

Результаты испытания приведены в табл.1. Для состава 5 плотность раствора 1,29 г/см³, растекаемость 23 см.

После добавок воды у состава менялась растекаемость от 23 см до 24 см. Через 24 часа хранения образовалась упругая непрокачиваемая паста.

Применение предлагаемого тампонажного раствора селективного действия позволит:

- расширить область применения и повысить эффективность тампонажных работ за счет улучшения технологических возможностей тампонажной смеси, упрощения ее приготовления в промысловых условиях и повышенной фильтрующей способности в низкопроницаемые коллектора, микрозазоры и микротрещины.

Экономический эффект от использования заявляемого тампонажного раствора будет определяться за счет повышения производительности ремонтируемых скважин.

Таблица 1
Лабораторные исследования тампонажного раствора селективного действия при температуре 75°C
№ п/п	Рецептура, мас.%	Плотность после затворения, г/см3	Растекаемость по конусу АзНИИ, см	Растекаемость по конусу АзНИИ, см после добавки воды с 3% NaCl b 5% CaCl2 соотношении 1:1 по весу к микродуру	Плотность после добавления воды, г/см3	Отстой дизельного топлива через 24 часа, см3
Микродур, γ=3,15 г/см3	этилсиликат-40, γ=1,5 г/см3	сернокислый алюминий, γ=1,69 г/см3	дизельное топливо, γ=0,85 г/см3	Прочность на сжатие через 3 суток, МПа
1.	37,04	-	-	62,96	1,16	21	без воды	1,16	-
2.	37,04	-	-	62,96	1,16	21	<6,4	1,11	-	0,9
3.	36,17	5,42	-	58,41	1,19	23	18	1,13	-	1,1
4.	33,78	20,27	-	45,95	1,27	23	>24	1,18	3	1,2
5.	32,32	19,38	4,37	43,93	1,29	23	24	1,20	2	2,1
6.	31,06	37,27	-	31,67	1,39	>24	22	1,27	2	1,6
7.	29,21	35,06	5,92	29,81	1,40	>24	22	1,28	1,5	1,7
8.	28,74	51,72	-	19,54	1,50	>24	21	1,35	1,5	1,7
9.	26,67	47,99	7,21	18,13	1,51	>24	20	1,36	1,0	1,9
10.	24,54	58,85	8,28	8,33	1,61	>24	20	1,44	1,0	1,7

Тампонажный раствор селективного действия, включающий этиловый спирт ортокремниевой кислоты - этилсиликат-40, дизельное топливо, отличающийся тем, что дополнительно содержит высоководопотребное тонкодисперсное вяжущее Микродур и сернокислый алюминий (сернокислый глинозем), при следующем соотношении компонентов, мас.%:

высоководопотребное тонкодисперсное
вяжущее Микродур	32,32-26,67
этилсиликат-40	19,38-47,99
дизельное топливо	43,93-18,13
сернокислый глинозем	4,37-7,21