Изоляционный состав для борьбы с интенсивными поглощениями в интервалах трещиноватых горных пород

Изоляционный состав для борьбы с интенсивными поглощениями в интервалах трещиноватых горных пород

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к области строительства и ремонта нефтегазовых скважин, а именно к изоляционным аэрированным составам, используемым, преимущественно, при ликвидации интенсивных поглощений промывочных жидкостей в трещиноватых горных породах при бурении и ремонте нефтегазовых скважин.

Известен расширяющийся тампонажный материал с регулируемой плотностью раствора, включающий, мас.%: бездобавочный тампонажный портландцемент 37-57; молотую глину, термообработанную при температуре t 950-1000°C - 39-58; полуводный гипс 3-4; силипон (воздухововлекающая добавка) - 0,01-0,05; винную кислоту 0,01-0,05 и пластификатор 0,01-0,45 (Патент РФ №2401292).

Недостатками указанного известного материала являются:

- низкая аэрационная способность (ρ_мин=1270 кг/м³);

- высокие значения времени схватывания (начало - 8 ч, конец - более 12 ч);

- низкая прочность цементного камня;

- низкая адгезия цементного камня с породой;

- низкая устойчивость к размыву.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению по технической сущности является цементный пеноматериал с регулируемой плотностью раствора (далее ЦПМ), представляющий собой смесь портландцемента с активной алюмосиликатной добавкой, как правило метакаолин, и анионактивным поверхностно-активным веществом (ПАВ) (ТУ 5734-001-38892610-2012). Материал ЦПМ применяется для ликвидации поглощений в процессе бурения скважин в качестве изоляционного материала и при подготовке ствола скважины к цементированию. Указанный ЦПМ выпускается четырех марок:

- ЦПМ марки А предназначен для ликвидации интенсивных поглощений, в том числе катастрофических, в зонах осложненных аномально низким пластовым давлением (АНПД), при низких и нормальных температурах и содержит в качестве анионактивного ПАВ додецилбензосульфонат натрия;

- ЦПМ марки Б предназначен для изоляции зон поглощений в кавернозных и трещиноватых колекторах и содержит в качестве анионактивного ПАВ додецилсульфат натрия;

- ЦПМ марки В предназначен для изоляции зон поглощений и цементирования скважин, при низких, нормальных и умеренных температурах и содержит в качестве анионактивного ПАВ додецилсульфоацетат натрия;

- ЦПМ марки Г предназначен для ликвидации поглощений в интервалах, осложненных аномально высоким пластовым давлением (АВПД), и для цементирования скважин и содержит в качестве анионактивного ПАВ альфа-олефинсульфонат натрия.

- ЦПМ характеризуется широким диапазоном регулирования плотности, высокой растекаемостью и низким значением времени потери текучести в статике, что является его преимуществами перед аналогами. Тем не менее, рассматриваемый материал имеет ряд существенных недостатков, а именно:

- растянутые сроки схватывания;

- низкая прочность;

- низкая адгезия с породой.

Указанные недостатки в случае высокого раскрытия трещин от 1 мм до 20 мм могут привести к прорыву скважинной жидкости по телу цементного пеноматериала, либо по контакту последнего с породой. А движение жидкости по образованным каналам - к их раскрытию за счет размыва.

Устранение указанных недостатков за счет снижения водосмесевого отношения не может быть решением, так как затворенный при указанных условиях цементный пеноматериал характеризуется высокой плотностью и низкими показателями растекаемости и вспенивания.

Кроме того, известно, что повышение плотности относительно оптимального значения приводит к проседанию изоляционного моста. В подобных условиях изоляционные работы редко бывают эффективными.

Технический результат, достигаемый предлагаемым изобретением, заключается в повышении степени изолирующих свойств при ликвидации поглощений за счет сокращения сроков схватывания, увеличения адгезии с породой, увеличения прочности, увеличения устойчивости к размыву.

Указанный технический результат достигается предлагаемым изоляционным составом для борьбы с интенсивными поглощениями в интервалах трещиноватых горных пород, включающим цементный пеноматериал ЦПМ марок А, Б, В и Г, воду и ускоритель схватывания, при этом новым является то, что состав дополнительно содержит пластификатор и стабилизатор пены, при этом в качестве ускорителя схватывания он содержит смесь хлорида калия и карбоната натрия в массовом соотношении 1:1 соответственно, в качестве стабилизатора пены - смесь низкомолекулярной гидроксиэтилцеллюлозы и оксиэтилированного нонилфенола с 9 атомами углерода в алкильном радикале и 12 молями окиси этилена, присоединенной к молю алкилфенола, в массовом соотношении 0,4:1 соответственно, а в качестве пластификатора - высокомолекулярное анионное поверхностно-активное вещество - поликарбоксилат натриевый при следующем соотношении компонентов, мас.ч:

ЦПМ марок А, Б, В и Г	100,0
указанный ускоритель схватывания	8,0-12,0
указанный стабилизатор пены	0,5-0,7
указанный пластификатор	0,5-0,9
вода	50,0-60,0

Достижение указанного технического результата обеспечивается за счет определенного подбора компонентов (качественного и количественного) в заявляемом изоляционном составе, т.е. этот результат носит синергетический характер.

Карбонат натрия и хлорид калия в указанных пропорциях являются высокоэффективными ускорителями схватывания и твердения. Кроме этого, указанный комплекс хлористых солей повышает стабильность изоляционного состава, увеличивает прочность цементного камня и его сцепление с породой.

Хлористый калий и указанный пластификатор являются высокоэффективными разжижителями. При этом высокая растекаемость тампонажного изоляционного состава сохраняется в течение длительного времени (более 2 часов), чего не наблюдается при раздельном использовании рассматриваемых реагентов. Высокая растекаемость изоляционного состава позволяет снизить водотвердое отношение до оптимального значения, тем самым повысить прочность, сократить сроки схватывания, увеличить устойчивость к размыву, а также увеличить его пенообразующую способность.

Указанный комплекс стабилизаторов пены представляет собой смесь водорастворимых соединений: неионогенного полимера низкомолекулярной - гидроксиэтилцеллюлозы и неионогенного поверхностно-активного вещества - оксиэтилированного нонилфенола с 9 атомами углерода в алкильном радикале и 12 молями окиси этилена, присоединенной к молю алкилфенола (далее - оксиэтилированный нонилфенол), которые в сочетании с пенообразователем, входящим в состав цементного пеноматериала, способствуют формированию высокостабильной пенной системы. Поверхностно-активные вещества предлагаемого состава по отдельности или только с полимером не обеспечивают получение изоляционного состава с указанной плотностью.

Благодаря совокупности компонентов, входящих в предлагаемый материал, а также благодаря их количественному соотношению, заявляемый тампонажный состав характеризуется (таблица 2):

- высокой прочностью;

- высокой адгезией с породой;

- сжатыми сроками схватывания;

- низкой размываемостью;

- низким значением времени потери текучести;

- широким диапазоном регулирования плотности.

Благодаря указанным свойствам, предлагаемый изоляционный состав будет обеспечивать высокую эффективность работ при изоляции интервалов интенсивного поглощения скважинных жидкостей в породах с сильно раскрытыми трещинами (до 20 мм).

Для получения заявляемого изоляционного состава использовали следующие материалы:

- ЦПМ - портландцемент с активной алюмосиликатной добавкой, как правило, метакаолин, и анионактивным ПАВ (ТУ 5734-001-38892610-2012). Указанный ЦПМ выпускается четырех марок:

- ЦПМ марки А предназначен для ликвидации интенсивных поглощений, в том числе катастрофических, в зонах осложненных аномально низким пластовым давлением, при низких и нормальных температурах и содержит в качестве анионактивного ПАВ додецилбензосульфонат натрия.

- ЦПМ марки Б предназначен для изоляции зон поглощений в кавернозных и трещиноватых колекторах и содержит в качестве анионактивного ПАВ додецилсульфат натрия.

- ЦПМ марки В предназначен для изоляции зон поглощений и цементирования скважин, при низких, нормальных и умеренных температурах и содержит в качестве анионактивного ПАВ додецилсульфоацетат натрия.

- ЦПМ марки Г предназначен для ликвидации поглощений в интервалах, осложненных аномально высоким пластовым давлением, и для цементирования скважин и содержит в качестве анионактивного ПАВ альфа-олефинсульфонат натрия.

- Низкомолекулярная гидроксиэтилцеллюлоза марки Гидроцем Н, ТУ 2231-009-40912231-2003.

- Оксиэтилированный нонилфенол с 9 атомами углерода в алкильном радикале и 12 молями окиси этилена, присоединенной к молю алкилфенола, Синоксол В, ТУ 2458-082-40912231-2013.

- Поликарбоксилат натрия Цемпласт Б, ТУ 2223-011-40912231-2003.

- Хлорид калия, ГОСТ 4568-95.

- Карбонат натрия, ГОСТ 51100-85.

Возможность осуществления заявляемого изобретения подтверждается следующим примером.

Пример. Для приготовления 1 л состава (без учета объема свободной газовой фазы) сначала готовили жидкость затворения: брали 550,0 г воды и при постоянном перемешивании в смесительной установке добавляли 50,0 г карбоната натрия и 50,0 г хлорида калия. Перемешивали в течение 30 минут. Далее, при постоянном перемешивании, поочередно вводили Гидроцем марки Н - 1,7 г, Синоксол марки В - 4,3 г, Цемпласт марки Б - 7,0 г, ЦПМ марки Г - 1000,0 г.

В результате получили изоляционный состав со следующим соотношением компонентов, мас.ч: ЦПМ марки Г - 100,0, вода - 55,0, ускоритель схватывания - 10,0, стабилизатор пены - 0,6, пластификатор - 0,7.

Изоляционные составы с другим количественным соотношением компонентов готовили аналогичным образом.

В таблице 1 приведены данные о содержании компонентов в исследованных составах.

По общеизвестным методикам определяли технологические свойства предлагаемого и известного изоляционных составов, а также физико-механические свойства образующегося из него тампонажного камня. Данные приведены в таблице 2.

Из данных, приведенных в таблице 2, следует, что вводом дополнительных реагентов, а также заменой ускорителя твердения удалось добиться следующих существенных изменений:

- увеличение диапазона регулирования плотности, а также снижение значения минимальной плотности (предлагаемый состав 900-1830 кг/м³, прототип 1100-1750 кг/м³);

- сокращение времени начала схватывания (предлагаемый состав 3,10-5,15 ч, мин; прототип 5,30-7,30 ч, мин);

- сокращение времени конца схватывания (предлагаемый состав 7,10-9,05 ч, мин, прототип 9,30-11,20 ч, мин);

- увеличение адгезии с породой (предлагаемый состав 0,4-0,65 МПа, прототип 0,14-0,32 МПа);

- увеличение прочности на сжатие (предлагаемый состав 3,2-6,0 МПа, прототип 1,0-2,1 МПа);

- увеличение устойчивости к размыву (предлагаемый состав - 0%, прототип 1-5%);

Указанные отличия делают заявляемый изоляционный состав существенно улучшенным по сравнению с прототипом и позволят в промысловых условиях обеспечить изоляцию интенсивно поглощающих пород с высокой раскрытостью трещин.

Изоляционный состав для борьбы с интенсивными поглощениями в интервалах трещиноватых горных пород, включающий цементный пеноматериал ЦПМ марок А, Б, В и Г, воду и ускоритель схватывания, отличающийся тем, что состав дополнительно содержит пластификатор и стабилизатор пены, при этом в качестве ускорителя схватывания он содержит смесь хлорида калия и карбоната натрия в массовом соотношении 1:1 соответственно, в качестве стабилизатора пены - смесь низкомолекулярной гидроксиэтилцеллюлозы и оксиэтилированного нонилфенола с 9 атомами углерода в алкильном радикале и 12 молями окиси этилена, присоединенной к молю алкилфенола, в массовом соотношении 0,4:1 соответственно, а в качестве пластификатора - высокомолекулярное анионное поверхностно-активное вещество поликарбоксилат натриевый при следующем соотношении компонентов, мас.ч:

ЦПМ марок А, Б, В и Г	100,0
указанный ускоритель схватывания	8,0-12,0
указанный стабилизатор пены	0,5-0,7
указанный пластификатор	0,5-0,9
вода	50,0-60,0