СОСТАВ ДЛЯ ИЗОЛЯЦИИ ВОДОПРИТОКА В НЕФТЯНЫХ И ГАЗОВЫХ СКВАЖИНАХ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2010 года по МПК C09K8/512 

Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности, в частности к способам повышения нефтеотдачи за счет проведения гидроизоляционных работ в эксплуатационных скважинах с целью снижения обводненности добываемой продукции. Изобретение также может быть использовано при защите конструкций и сооружений от воздействия влаги.

К настоящему времени предложено и запатентовано более сотни реагентов и композиций для изоляции, которые могут быть классифицированы по разным принципам. Наиболее широко применяемыми тампонажными материалами являются цементные растворы (Умрихина Е.Н., Блажевич В.А. Изоляция притока пластовых вод в нефтяных скважинах. М.: «Недра», 1966).

Однако зачастую использование стандартных цементных растворов для ограничения притока воды не может быть эффективным вследствие:

- низкой фильтруемости и невозможности проникновения в пласт на достаточную глубину (дисперсности);

- высокой плотности, что может вызвать поглощение и гидроразрыв пласта;

- высокой фильтроотдачи (ухудшение подвижности раствора, кольматации продуктивной зоны и усложнения освоения скважины);

- низкой ударной прочности (растрескивание камня при повторной перфорации);

- низкой коррозионной стойкости и др.

В последнее время для изоляции поглощающих горизонтов широкое применение находят полимерные тампонажные составы, обладающие небольшой плотностью, хорошей адгезией к металлу и к породе коллектора, устойчивостью к коррозии, высокой фильтрационной способностью. Так на основе фенолоформальдегидной смолы резольного типа СФЖ-3016 разработан тампонажный состав, содержащий композиционный отвердитель некислотного типа (формалин + щелочь) и обладающий высокой адгезией к цементному камню и к горной породе (Старкова Н.Р., Кузьмина Ю.В. Состав для изоляции водопритока в нефтяные и газовые скважины. Пат. РФ №2215009).

Однако температурный интервал применения известного состава не превышает 80°С, что ограничивает его использование в качестве изоляционного материала для высокотемпературных скважин (90-115°С). Кроме того, для снижения вязкости исходной смолы СФЖ-3016, достигающей 450 мПа·с, в композицию необходимо дополнительно вводить до 10% многоатомного спирта.

Наиболее близким к заявляемому тампонажному составу является тампонажный раствор на основе фенолоформальдегидной смолы резольного типа марки СФЖ-3027Б (ГОСТ 209007-75), содержащий сшивающие агенты, активатор, пенообразующие добавки и наполнитель (Котельников В.А., Смирнов А.В., Захаренко Л.Т., Персиц И.Е., Уразаев И.З., Осипов В.Л. Тампонажный материал для изоляции водопротоков в нефтяных и газовых скважинах. Пат. РФ №2147332). Однако данный состав обладает рядом недостатков, ограничивающим его применение:

- сшивающими агентами являются кислоты как неорганические (соляная, серная, фосфорная), так и органические (щавелевая, лимонная кислоты, n-толуолсульфокислота), оказывающие отрицательное влияние на прочность цементного камня и на коррозию металла обсадной трубы;

- введение в композицию пенообразующих добавок приводит к снижению механической прочности отвержденного тампонажного камня, а без пенообразующих добавок (углекислый аммоний, сульфонол и др.) усадка тампонажного состава может достигать 10-15%;

- диапазон рабочих температур при некаталитическом, термическом отверждении товарной смолы СФЖ-3027Б с временами текучести, необходимыми для проведения РИР в скважинах (2-4 часа), не превышает 60-100°С, что недостаточно для проведения изоляционных работ в высокотемпературных скважинах (90-115°С).

Техническим результатом настоящего изобретения является разработка способов некислотного отверждения фенолоформальдегидной смолы СФЖ-3027Б, взятой за основу тампонажной композиции, снижение усадки и расширение температурной области ее применения в эксплуатационных скважинах.

Технически результат достигается тем, что состав для изоляции водопритока в нефтяных и газовых скважинах, содержащий фенолоформальдегидную смолу резольного типа СФЖ-3027Б, резорцин, согласно изобретению, при изоляции в интервале температур 30-50°С он дополнительно содержит 40%-ный формалин и феррохромлигносульфонат ФХЛС-М при следующем соотношении компонентов (вес.ч.):

Фенолоформальдегидная смола СФЖ-3027Б 100 Резорцин 5-10 ФХЛС-М 5-10 Указанный формалин 5-10

При изоляции в интервале температур 55-85°С он дополнительно содержит феррохромлигносульфонат - ФХЛС-М при следующем соотношении компонентов (вес.ч.):

Фенолоформальдегидная смола СФЖ-3027Б - 100 Резорцин 5-10 ФХЛС-М 5-10

В интервале температур 100-115°С он дополнительно содержит фурфуролформальдегидную смолу КФ-90 и феррохромлигносульфонат - ФХЛС-М при следующем соотношении компонентов (вес.ч.):

Фенолоформальдегидная смола СФЖ-3027Б 40-67 Фурфуролформальдегидная смола КФ-90 33-60 Резорцин 2-3,5 ФХЛС-М 1-2

К особенностям поведения разработанных составов по сравнению с прототипом следует отнести расширенный температурный диапазон применения, отсутствие отделения воды при термическом отверждении (синерезис), нейтральный или слабощелочной характер реакционной смеси, позволяющий применять тампонажные композиции на любых, в том числе и на карбонатных коллекторах. Для увеличения сопротивления ударным нагрузкам композиция может быть пластифицирована 5-10 процентами древесной муки М 170, белой сажи БС 120 или резиновой крошки.

Применимость тампонажной композиции для проведения РИР оценивали по временам текучести, достаточным для проведения работ в скважинах (2-4 часа) и по временам полного отверждения состава.

Примеры конкретного выполнения

Пример 1, вес.ч.

В реакционную емкость, содержащую 100 смолы СФЖ-3027Б, при постоянном перемешивании загружают 10 резорцина и 5 лигносульфоната ФХЛС и после полного растворения добавляют 10 формалина. Содержимое помещают в термостат с температурой 30°С и периодически контролируют состояние реакционной смеси. Визуально определяют время потери текучести (τ_п.тек.) и время полного отверждения (τ_отв.).

Примеры 2-3

Приготовление тампонажного состава и определение параметров потери текучести и полного отверждения при температурах 40 и 50°С проводят аналогично примеру 1. Полученные результаты примеров 1-3 приведены в таблице 1.

Таблица 1 Режимы отверждения тампонажного состава при температурах 30-50°С № примера Состав, вес.ч. Температура, °С τ_п.тек., час-мин τ_отв., час-мин 1 СФЖ-3027Б, 75 30 3-45 48 2 резорцин,10; 40 1-50 37 3 ФХЛС, 5; 50 0-45 24   формалин, 10;      

Для снижения высокой скорости загустевания состава примера 3 концентрация формалина была снижена до 5%. В этом случае время потери текучести составило 2,0 часа.

Примеры 4-10

В интервале температур 55-85°С рецептуру тампонажного состава устанавливали по достижении τ_п.тек. не менее 2-х часов. Полученные результаты приведены в таблице 2.

При подборе рецептуры тампонажного состава, способного в скважинных условиях при температурах 85-110°С к термическому отверждению, были выбраны два полимерных продукта: фенолоформальдегидная смола и фурфуролформальдегидная смола КФ-90 (производство Новомосковского завода). Количество резорцина и ФХЛС в композиции было сведено к минимуму и не превышало 1-3,5%.

Таблица 2 Определение состава тампонажной композиции, применяемой при температурах эксплуатации 55-85°С № примера Рецептура, мас.% Температура, °С τ_п.тек., час τ_отв., час СФЖ-3027Б Резорцин ФХЛС 4 100 10 10 55 15 48 5 100 10 9 60 9 48 6 100 10 - 65 7 30 7 100 6 5 70 6 24 8 100 5 5 75 5 24 9 100 5 5 80 3,5 24 10 100 5 5 85 2,4 24

При проведении изоляционных работ в скважинах с повышенной температурой эксплуатации критерием применимости тампонажного состава является время потери текучести, которое, как указывалось выше, не должно быть меньше 2-х часов.

В таблице 3 приведены результаты по термическому отверждению смеси двух смол резольного типа в зависимости от состава композиции и температуры.

Таблица 3 Влияние состава тампонажной композиции на изменение текучести при температуре 100-115°С № примера Рецептура, вес.ч. Температура, °С τ_п.тек., час-мин СФЖ-3027Б КФ-90 Резорцин ФХЛС-М 11 40 60 3,5 2 100 3-40 12 50 50 3,5 2 100 2-20 13 56 44 3,0 2 100 2-00 14 67 33 2,5 2 100 1-30 15 40 60 2,0 1 110 2-30 16 40 60 2,0 1 115 1-50

Как видно из приведенных данных таблицы 3, повышение содержания фурфуролформальдегидной смолы КФ-90 приводит к увеличению времени загустевания смеси, что позволяет применять такой состав в скважинных условиях вплоть до температуры 115°С. Дальнейшее снижение содержания в композиции СФЖ-3027Б (меньше 40%) приводит к заметному снижению прочностных характеристик отвержденного камня, что является нежелательным.

Прочностные характеристики изолирующих составов определяли стандартными методами. После отверждения образцы выдерживали под водой 48 часов и определяли прочность на сжатие и усадку. Выдержка образцов под водой необходима для того, чтобы содержащаяся в решетке отвержденного камня вода вследствие гистерезиса не выпотевала из образца. Необходимо отметить, что в скважинных условиях при высоком давлении выпотевание воды из отвержденного изоляционного материала не происходит. Свойства отвержденных составов приведены в таблице 4.

Таблица 4 Физико-механические свойства отвержденных тампонажных составов № примера* Наполнитель, вес.% Прочность при сжатии, МПа Адгезия к металлу, МПа Усадка, % 1 - 1,8 1,95 1,5 1-1 Древесная мука М-70, 7 2,1 2,0 0 4 - 2,0 1,4 1,0 4-1 Белая сажа БС-120, 5 2,5 1,85 - 4-2 Резиновая крошка, 10 - 1,5 0 11 - 1,4 - 0,5 14 - 2,0 - - * компонентный состав и температурные условия отверждения опытов приведены в таблицах 1-3.

Из таблицы видно, что введение наполнителя повышает прочность отвержденного изолирующего материала, снижает усадку и в присутствии в композиции древесной муки и белой сажи несколько увеличивает адгезию к металлу.

Анализ результатов лабораторных исследований показал, что предлагаемый состав имеет преимущества по сравнению с прототипом: некислотное отверждение фенолоформальдегидной и фурфуролформальдегидной смол (СФЖ-3027Б и КФ-90), снижение усадки и расширение температурной области ее применения в эксплуатационных скважинах.

В промысловых условиях предлагаемый изолирующий состав готовят непосредственно на промысле с использованием стандартного оборудования. Так при приготовлении состава варианта А (см. выше) в емкость цементировочного агрегата загружается расчетное количество смолы, резорцина и лигносулфоната. Насосом агрегата состав перемешивают и после полного растворения добавляют формалин. После смешения в течение 15 мин насосом цементировочного агрегата тампонажный раствор закачивают в скважину.

Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности, в частности к составам для повышения нефтеотдачи продуктивных пластов за счет проведения гидроизоляционных работ в эксплуатационных скважинах для снижения обводненности добываемой продукции. Изобретение также может быть использовано при защите конструкций и сооружений от воздействия влаги. Технический результат - снижение усадки и расширение температурной области применения составов для изоляции в эксплуатационных скважинах. При использовании состава для изоляции водопритока в нефтяных и газовых скважинах в области температур 30-50°С он содержит (вес.ч.): фенолоформальдегидная смола СФЖ-3027Б 100 резорцин 5-10, лигносульфонат ФХЛС-М 5-10, формальдегид (40%-ный водный раствор) 5-10, при использовании состава в интервале температур 55-85°С он содержит (вес.ч.): фенолоформальдегидная смола СФЖ-3027Б - 100, резорцин 5-10, лигносульфонат ФХЛС-М 5-10. При использовании состава в интервале температур 100-115°С он содержит (вес.ч.): фенолоформальдегидная смола СФЖ-3027Б 40-67, фурфуролформальдегидная смола КФ-90 33-60, резорцин 2-3,5, лигносульфонат ФХЛС-М 1-2. 3 н.п. ф-лы, 4 табл.

1. Состав для изоляции водопритока в нефтяных и газовых скважинах, содержащий фенолоформальдегидную смолу резольного типа СФЖ-3027Б, резорцин, отличающийся тем, что при изоляции в интервале температур 30-50°С он дополнительно содержит 40%-ный формалин и феррохромлигносульфонат ФХЛС-М при следующем соотношении компонентов, вес.ч.:
Фенолоформальдегидная смола СФЖ-3027Б 100 Резорцин 5-10 ФХЛС-М 5-10 Указанный формалин 5-10

2. Состав для изоляции водопритока в нефтяных и газовых скважинах, содержащий фенолоформальдегидную смолу резольного типа СФЖ-3027Б, резорцин, отличающийся тем, что при изоляции в интервале температур 55-85°С он дополнительно содержит феррохромлигносульфонат ФХЛС-М при следующем соотношении компонентов, вес.ч.:
Фенолоформальдегидная смола СФЖ-3027Б 100 Резорцин 5-10 ФХЛС-М 5-10

3. Состав для изоляции водопритока в нефтяных и газовых скважинах, содержащий фенолоформальдегидную смолу резольного типа СФЖ-3027Б, резорцин, отличающийся тем, что при изоляции в интервале температур 100-115°С он дополнительно содержит фурфуролформальдегидную смолу КФ-90 и феррохромлигносульфонат ФХЛС-М при следующем соотношении компонентов, вес.ч.:
Фенолоформальдегидная смола СФЖ-3027Б 40-67 Фурфуролформальдегидная смола КФ-90 33-60 Резорцин 2-3,5 ФХЛС-М 1-2