ПОЛИМЕРНЫЙ ТАМПОНАЖНЫЙ СОСТАВ Российский патент 2003 года по МПК E21B33/138 

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и может быть использовано для изоляции зон поглощений и проведения ремонтно-изоляционных работ (РИР) в скважинах.

Известен полимерный тампонажный состав для проведения РИР скважинах, содержащий карбамидоформальдегидную смолу и соляную кислоту [Ивачев Л.И. Промывка и тампонирование геологоразведочных скважин. - М.: Недра, 1989. С. 156].

Недостатками известного состава являются коррозионная активность соляной кислоты, короткие сроки отверждения тампонажного материала и низкие адгезионные свойства образующегося полимерного материала.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является полимерный тампонажный состав для РИР и изоляции зон поглощения, содержащий карбамидоформальдегидную смолу (марки КФЖ) и кислый отвердитель - водный раствор алюмохлорида (гидроксохлористый алюминий) [А.с. 1763638, МПК 7 Е 21 В 33/38, оп. 23.09.91].

Недостатком известного состава являются высокая коррозионная активность алюмохлорида (рН его водного раствора составляет 0,8-2), короткие сроки отверждения тампонажного состава (до 1 ч), низкие адгезионные характеристики твердого полимера к поверхности породы, металла и, главным образом, старого цементного камня, усадка тампонажного камня (что особенно важно при проведении РИР по догерметизации цементного кольца).

Таким образом, известный полимерный тампонажный состав не обладает свойствами, позволяющими эффективно использовать его для всех видов РИР в нефтяных скважинах.

Исходя из вышеизложенного, возникает проблема создания полимерного тампонажного состава, позволяющего широко использовать его для всех видов РИР.

Технический результат - улучшение качественных, показателей состава, в частности уменьшение коррозионной активности отвердителя, увеличение диапазона времени отверждения и повышение адгезии твердого полимера к породе, металлу и старому цементу, уменьшение усадки.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном полимерном тампонажном составе, включающем карбамидоформальдегидную смолу и гидроксохлористый алюминий, согласно изобретению, он содержит цеолиты при следующем соотношении компонентов, мас. ч:
Карбамидоформальдегидная смола - 100
Гидроксохлористый алюминий - 20-50
Цеолиты - 5-50
Применяемая карбамидоформальдегидная смола представляет собой однородную белого цвета суспензию по ГОСТ 14231-88, марка КФЖ.

Гидроксохлористый алюминий по ТУ 38.302163-94 представляет собой водный раствор частично гидролизованного хлористого алюминия светло-желтого или серого цвета с зеленоватым оттенком плотностью 1,187-1,247 г/дм³ с содержанием основного вещества в пересчете на AlCl₃ в пределах 200-300 г/л. Гидроксохлористый алюминий обладает кислотными свойствами: рН товарного раствора гидроксохлористого алюминия находится в пределах 0,8÷2,0.

Гидроксохлористый алюминий является отходом производства алкилирования бензола олефинами, получаемым при отмывке реакционной массы от отработанного катализаторного комплекса растворами хлористого алюминия.

Цеолиты кристаллические, выпускаемые, например, по ТУ 2163-095-05766575-2000, представляют собой кристаллический порошок от белого до светло-розового цвета без посторонних примесей. Добавка цеолитов к смеси карбамидоформальдегидной смолы и гидроксохлористого алюминия в указанных пределах позволяет улучшить характеристику состава следующим образом:
- снизить коррозионную активность путем увеличения рН за счет разбавления состава основными оксидами, входящими в цеолит (Na₂О; Аl₂O₃);
- повысить время отверждения за счет снижения кислотности и увеличения рН гелеобразующего состава;
- повысить адгезию твердого полимера к поверхности породы, металла и цемента за счет присутствия в тампонажном составе катионов металлов Na⁺, Al³⁺ а также оксида кремния SiO₂, повышающего сродство состава к породе и цементу;
- устранить полностью усадку твердого полимера, что объясняется образованием ортокремневой кислоты H₄SiO₄ (при взаимодействии гидроксохлористого алюминия с цеолитами), которая в кислой среде связывает и удерживает всю воду, содержащуюся в тампонажном растворе и выделяющуюся при отвержении КФЖ.

Использование цеолитов в составе в пределах 5-50 мас. ч. обусловлено тем, что при содержании цеолитов меньше 5,0 мас. ч отвержденный полимер имеет усадку, а при содержании больше 50 мас. ч. увеличивается время отверждения тампонажного состава свыше 10 ч, что недопустимо при проведении РИР в скважинах.

Сравнение предлагаемого полимерного тампонажного состава с прототипом показало наличие новых качественных и количественных признаков (добавка нового компонента - цеолитов), что соответствует критерию изобретения "новизна".

Поиск по отличительным признакам выявил патенты РФ 2153067 (МПК7 Е 21 В 43/32, оп. 20.07.2000), 2167285 (МПК7 Е 21 В 43/27, оп. 20.05.2001), 2173383 (МПК7 Е 21 В 43/27, оп. 10.09.2000), в которых описаны составы для регулирования проницаемости пластов, содержащие цеолиты.

В указанных технических решениях цеолит добавляется в различные композиции для регулирования проницаемости неоднородного коллектора, главным образом в нагнетательных скважинах. Для этих целей достаточно образования подвижных, непрочных гелей, которые со временем под действием пластовой воды разрушаются. Указанные композиции не могут быть использованы для восстановления работоспособности скважин как технического сооружения.

В предлагаемом изобретении цеолиты добавляются в композицию, содержащую карбамидоформальдегидную смолу. При этом образуется нерастворимый в воде твердый полимер, не имеющий усадки с высокими прочностными и адгезионными характеристиками к металлу, цементу, породе, что обеспечивает качественное проведение РИР по устранению негерметичности цементного кольца, эксплуатационной колонны и отключения пластов и, в итоге, возможность эксплуатации скважин любой категории (добывающие, нагнетательные, водозаборные и др.) по их назначению.

Таким образом, предлагаемый состав имеет новую совокупность признаков: КФЖ - цеолиты - кислая среда, которая предопределяет новый технический результат - образование твердого полимера, обладающего новыми свойствами.

Также было выявлено техническое решение по А.с. 1153044 (МПК7 Е 21 В 31/138, оп. 30.04.85), в котором тампонажный состав, предназначенный для изоляции зон осложнения, содержит, помимо прочих компонентов, карбамидоформальдегидную смолу и двуокись кремния (двуокись кремния - основа цеолитов).

Главное свойство известного состава - это затвердевание в течение 3-5 мин с образованием твердого полимера, что вызывает необходимость применения специального снаряда с контейнерами для доставки известного состава в зону поглощения скважины, усложняющего и удорожающего процесс изоляции.

В предлагаемом составе за счет основных оксидов (Na₂O, Аl₂О₃), содержащихся в цеолитах и позволяющих снизить кислотность гелеобразующего состава, наблюдается увеличение времени отверждения до нескольких часов и появляется возможность его регулирования. Таким образом, новый технический результат - это возможность регулирования времени отвержения тампонажного состава, что является важным фактором при проведении РИР в скважинах.

Ниже приведены примеры, подтверждающие возможность осуществления изобретения.

Пример 1. Перемешали 20 мас.ч. гидроксохлористого алюминия, 10 мас.ч. цеолита и 100 мас.ч. карбамидоформальдегидной смолы, отвержение проводили при 20^oС. Время отвержения состава - 6-00 ч определяли визуально. В результате образуется полимер, который подвергается деформации на изгиб и сжатие (σ_изг = 3,2; σ_cж = 12,80 МПа соответственно). Адгезионные характеристики через 2-е суток хранения отверженных образцов в пластовой воде составили, МПа: с поверхностью породы - 0,51; металла - 0,15; цемента - 0,22.

Адгезионные свойства образующегося полимерного материала с поверхностью металла, породы и цемента определялись на приборе с цилиндрическими формой (обоймой) и пунсоном по известной схеме и методике (Данюшевский B. C., Алиев P. M. , Толстых М.Ф. Справочное руководство по тампонажным материалам. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Недра, 1987. - С. 352-353.).

Примеры 2-9 аналогичны первому, отличаются соотношением гидроксохлористого алюминия и цеолита. Результаты приведены в прилагаемой таблице.

Как видно из таблицы, рН состава повышается от 2,8 до 4,1, что способствует снижению коррозии металла и цемента. Варьируя количество цеолита в составе от 5,0 до 50,0 мас.ч, можно изменять время отвержения тампонажного состава от 0-50 до 6-00 ч. Прочность на изгиб, сжатие меняется в пределах 3,00÷5,44 и 12,80÷18, 10 МПа соответственно. Адгезия к поверхности составила, МПа: породы - 0,28÷0,75; металла - 0,13÷0,23; цемента - 0,21÷0,30. Усадка твердого полимера отсутствует.

Таким образом, предлагаемый тампонажный полимерный состав за счет регулирования времени его отверждения, отсутствия усадки твердого полимера и увеличения его адгезии к породе, металлу, цементу позволяет эффективно применять его для проведения всех видов РИР при эксплуатации и бурении скважин, в том числе по отключению проницаемых пластов методами глубокого блокирования, основанными на закачивании больших объемов изоляционного материала.

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к полимерным тампонажным составам, предназначенным для изоляции зон поглощения и проведения ремонтно-изоляционных работ в скважинах. Полимерный тампонажный состав содержит карбамидоформальдегидную смолу 100 мас.ч., гидроксохлористый алюминий 20-50 мас.ч. и цеолиты 5-50 мас.ч. Технический результат: отсутствие усадки твердого полимера, увеличение его адгезии к металлу, породе, цементу, а также возможность регулирования времени отверждения. 1 табл.

Полимерный тампонажный состав, включающий карбамидоформальдегидную смолу и гидроксохлористый алюминий, отличающийся тем, что дополнительно он содержит цеолиты при следующем соотношении компонентов, мас. ч. :
Карбамидоформальдегидная смола - 100
Гидроксохлористый алюминий - 20-50
Цеолиты - 5-50