ВЯЗКОУПРУГАЯ КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ СКВАЖИН Российский патент 1996 года по МПК E21B33/138 E21B43/32 E21B43/00 

Изобретение относится к нефтедобывающей пpомышленности для технологической обработки эксплуатационных и нагнетательных скважин в том числе.

Известен вязкоупругий состав для технологических операций эксплуатации скважин [1]
Недостатком этого состава является неэффективность и сложность применения для изоляции водоносных пластов и для разделения потоков флюидов и невозможность его применения при глубиннонасосной эксплуатации скважин.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является вязкоупругая композиция многоцелевого назначения, включающая полиакриламид, хромкалиевые квасцы и воду [2]
Недостатком этого состава является низкая эффективность его применения для изоляции водоносных пластов и для разделения потоков флюидов и невозможность его применения при глубиннонасосной эксплуатации скважин в связи с низкими значениями динамической вязкости, предельного напряжения сдвига и высокой плотностью. Кроме того, состав обладает низкой термостабильностью, что ограничивает его использование в условиях высоких пластовых и скважинных температур в течение длительного периода времени.

Целью изобретения является увеличение эффективности и расширение диапазона применимости композиции за счет увеличения вязкости, предельного напряжения сдвига, термостабильности и уменьшения плотности.

Это достигается тем, что вязкоупругая композиция многоцелевого назначения, включающая полиакриламид, хромкалиевые квасцы и воду, дополнительно содержат вспученный перлит или вспученный вермикулит при следующем соотношении компонентов, мас. Полиакриламид 0,750-1,000 Хромкалиевые квасцы 0,075-0,100
Вспученный перлит
или Вспученный вермику- лит 1,000-14,000 Вода Остальное
Для изоляции водоносных пластов производят закачку в эти пласты изолирующего состава при давлении выше пластового давления. Далее во время эксплуатации скважины при давлении на забое ниже пластового давления состав может быть вытеснен из пласта. Для предотвращения вытеснения состава из пласта необходимо, чтобы состав обладал высокой динамической вязкостью и предельным напряжением сдвига.

Разделяющая способность состава также зависит от вязкости и предельного напряжения сдвига. Чем больше динамическая вязкость и предельное напряжение сдвига, тем лучше разделяющая способность состава.

При глубиннонасосной эксплуатации скважин для снижения амплитуды продольных колебаний штанг в затрубное пространство колонны насосно-компрессорных труб закачивают вязкоупругий состав. При этом чем выше динамическая вязкость и предельное напряжение сдвига, тем эффективнее будет происходить гашение продольных колебаний, тем меньше требуются объемы для выполнения этой технологической операции.

Кроме того, при использовании состава для изоляции пластов, для разделения потока флюидов или для предотвращения обрыва штанг необходимо, чтобы состав не разрушался в течение длительного времени, находясь под воздействием высоких температур. То есть состав должен обладать высокой термостабильностью, что позволит использовать его длительное время в более широком диапазоне температур пласта и ствола скважины.

Для применения состава в вышеперечисленных операциях необходимо, чтобы состав в пластовых или скважинных условиях обладал низкой плотностью. Это исключит гравитационные и седиментационные процессы между составом и нефтью, составом и пластовой водой.

Добавление к известному вязкоупругому составу вспученного перлита или вспученного вермикулита приводит к образованию вязкоупругой композиции, которая характеризуется более высокими значениями динамической вязкости, предельного напряжения сдвига, термостабильности. Плотность композиции в пластовых и скважинных условиях ниже, чем у известного состава.

Предлагаемый состав назван композицией, т.к. он состоит из двух самостоятельных структур. Первая структура вода, полиакриламид, хромкалиевые квасцы; вторая вода, вспученный перлит или вспученный вермикулит. Для создания композитного состава непременным условием должна быть их совместимость. Обе эти структуры совместимы, т.к. при перемешивании образуют единую систему при определенных соотношениях компонентов.

Если каждую из этих структур подвергнуть выпариванию в сушильных шкафах в течение 30 сут, то получим, что первая структура сохраняет первоначальные свои свойства при температуре (t₁) 60^оС, вторая (t₂) 50^оС, а композитный состав при t > >80^оС. Такое увеличение термостабильности можно объяснить строением полученной композиции. Процесс разрушения композиции при температуре более 80^оС в первом приближении можно объяснить тем, что сначала происходит выпаривание воды из второй структуры, при преодолении сопротивления первой. При этом физические и структурно-механические свойства композиции практически не изменяются.

Вспученный перлит получают при кратковременном обжиге измельченного перлита при температуре 700-1200^оС. Перлит представляет собой горную породу вулканического происхождения.

Вспученный вермикулит получают при кратковременном обжиге измельченного вермикулита при температуре 800-1000^оС. Вермикулит также представляет собой горную породу вулканического происхождения.

В предлагаемом изобретении используют вспученный перлит или вспученный вермикулит марки 100 (ГОСТ 10832-91). Их плотность не более 100 кг/м³.

Вязкоупругую композицию готовят следующим образом.

В воде растворяют полиакриламид. В водный раствор полиакриламида добавляют вспученный перлит или вспученный вермикулит при постоянном перемешивании. Одновременно готовят водный раствор хромкалиевых квасцов KCr(SO₄)₃ x 12H₂O. Этот раствор вводят в полученную смесь и тщательно перемешивают для получения однородной композиции.

Для выявления преимуществ предлагаемой композиции по сравнению с известным составом готовят смеси следующих составов, мас. 1. Полиакриламид 0,750 Хромкалиевые квасцы 0,075 Вспученный перлит 14,000 Вода 85,175 2. Полиакриламид 0,900 Хромкалиевые квасцы 0,090 Вспученный вермику- лит 7,000 Вода 92,010 3. Полиакриламид 1,000 Хромкалиевые квасцы 0,100 Вспученный перлит 1,000 Вода 97,900 4. Полиакриламид 1,000 Хромкалиевые квасцы 0,100 Вспученный вермику- лит 14,000 Вода 84,900 5. Полиакриламид 1,500 Хромкалиевые квасцы 0,500 Вода 95,000
Составы 1, 2, 3, 4 соответствуют предлагаемому изобретению, состав 5 состав по прототипу.

Структурно-механические свойства композиции (динамическую вязкость и предельное напряжение сдвига) определяли на капиллярной трубке длиной 2,37 м и диаметром 5,92 мм при температуре 23^оС.

Термостабильность определяли следующим образом. В четырех сушильных шкафах устанавливали постоянную температуру соответственно 60, 70, 80 и 90^оС. В каждый из этих шкафов помещали 5 образцов составов объемом по 200 см³ и наблюдали в течение 30 сут.

Плотность при нормальных условиях (0 МПа) определяли пикнометром. Плотность при избыточных давлениях 1 МПа, 5 МПа, и 10 МПа определяли по изменению объема в бомбе PVT.

Исходя из результатов, приведенных в табл.1, 2 и 3, можно сделать вывод о том, что добавление к известному составу вспученного вермикулита или вспученного перлита приводит к повышению динамической вязкости, предельного напряжения сдвига, термостабильности при снижении плотности состава.

Результаты испытаний представлены в табл.1, 2 и 3.

П р и м е р. Скважина N 27014 куст 1268 Самотлорского месторождения ДАООТ "Нижневартовскнефть". Способ эксплуатации глубиннонасосный. Насос СН2Б-44, спущен на глубину 1100 м.

Длина полированного штока 1,8 м, число двойных ходов 6 качаний в минуту; диаметр обсадной колонны 146 мм (d_вн130 мм); диаметр насосно-компрессорных труб 73 мм; интервал фильтра 1650-1656 м; дебит жидкости 11,0 м³/сут; обводненность 94%
Анализ данных по скважине показал, что коэффициент подачи насоса составляет всего 0,49, т. е. наблюдаются утечки в клапанной системе и в паре плунжер-цилиндр. Кроме того, высокая обводненность требует селективной изоляции пластовой воды. Для ликвидации указанных осложнений, а также для гашения продольных колебаний штанг был применен состав N 1 (табл.1, 2, 3), состоящий из ингредиентов, мас. полиакриламид 0,75; хромкалиевые квасцы 0,075; вспученный перлит 14,0; вода 85,175. Данный состав отличается от известного тем, что его предельное напряжение сдвига почти в 10 раз выше, а плотность ниже плотности известного состава и скважинной жидкости. Эти свойства состава создают условия для надежной изоляции водоносного пласта и образования плавающего столба вязкоупругого состава в затрубном пространстве и существенного сокращения объема используемого состава.

Произведенные расчеты показали, что для изоляции водонасыщенного пласта необходимо закачать в пласт вязкоупругий состав в объеме 4,0 м³, плотностью 760 кг/м³ и предельным напряжением сдвига 30,0 кг/м², а для гашения продольных колебаний штанг, определяемых по динамограмме, требуется создать плавающий столб вязкоупругого состава в затрубном пространстве с заданными свойствами высотой 545 м (объемом 4,9 м³).

Для изоляции водонасыщенного пласта, гашения продольных колебаний штанг и предотвращения отложения парафина в межтрубном пространстве приготовили 8,9 м³ вязкоупругой композиции, состоящей из 50,7 кг полиакриламида, 5,8 м³ технической воды, 95 кг вспученного перлита марки 100 и 5,1 кг хромкалиевых квасцов.

Порядок приготовления следующий.

В емкости двух цементировочных агрегатов ЦА-320 набрали по 2,65 м³ воды и обвязали каждый таким образом, чтобы поток циркулировал по схеме насос-труба с эжектором приемная емкость агрегата. Через эжектор в циркуляционный поток ввели по 25,35 кг порошкообразного полиакриламида. После тщательного перемешивания в эти потоки ввели еще по 45 кг вспученного перлита. Для равномерного распределения вспученного перлита в водном растворе полиакриламида перемешивание проводили около 30 мин. Затем в отдельных емкостях (ведрах) общим объемом 0,05 м³ растворили хромкалиевые квасцы и через эжекторы по 0,025 мг³ ввели в циркулирующие потоки. После тщательного перемешивания композитный состав закачали в межтрубное пространство в следующей последовательности (в технологической операции были совмещены и изоляция пластовой воды, и создание плавающего столба композитного состава в межтрубном пространстве для гашения продольных колебаний штанг насоса и предотвращения отложений парафина):
при открытом трубном пространстве НКТ закачали в межтрубное пространство 4,0 м³ вязкоупругого композитного состава, затем 6,0 м³ продавочной жидкости (сырая нефть, нефть);
закрыли трубное пространство НКТ и под давлением, на устье не превышающем 10 МПа, закачали еще 1,3 м³ продавочной жидкости, затем 4,9 м³ композитного состава и 5,0 м³ продавочной жидкости;
закрыли межтрубное пространство, отсоединили цементировочные агрегаты, открыли трубное пространство НКТ и запустили в работу станок-качалку.

В результате проведенной технологической операции дебит скважины увеличился на 18% а обводненность снизилась до 5%

Используется в нефтедобывающей промышленности и может быть использовано для изоляции водоносных пластов, для разделения потоков флюидов, при глубиннонасосной эксплуатации скважин для снижения амплитуды продольных колебаний штанг. Сущность: вязкоупругая композиция содержит полиакриламид хромкалиевые квасцы, вспученный перлит или вспученный вермикулит и воду при следующем соотношении компонентов, мас. %: полиакриламид 0,750 - 1,000; хромкалиевые квасцы 0,075 - 0,100; вспученный перлит или вспученный вермикулит 1,00 - 14,000; вода - остальное. 3 табл.

Вязкоупругая композиция для технологической обработки эксплуатационных скважин, включающая полиакриламид, хромкалиевые квасцы и воду, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит вспученный перлит или вспученный вермикулит при следующем соотношении компонентов, мас.

Полиакриламид 0,750 1,000
Хромкалиевые квасцы 0,075 0,100
Вспученный перлит или вспученный вермикулит 1,000 14,000
Вода Остальное