ВЯЗКОУПРУГИЙ СОСТАВ ДЛЯ ГЛУШЕНИЯ СКВАЖИН Российский патент 2024 года по МПК E21B33/138 C09K8/42 

Изобретение относится к нефтегазовой промышленности, в частности к составам для обработки буровых скважин, а именно к составам для глушения скважин и может быть использовано при проведении работ на высокотемпературных месторождениях с трещиноватым карбонатным типом коллектора и большими поглощениями жидкости глушения.

Глушение скважин предусматривает комплекс мероприятий по подбору рецептуры, приготовлению и закачке в скважину специальных жидкостей, обеспечивающих безопасное и безаварийное проведение ремонтных работ. Наиболее важную роль в процессе ремонтно-восстановительных работ играют жидкости глушения, выбор которых, с учетом всех особенностей геолого-технологических условий месторождения должен обеспечить безаварийное проведения ремонтных работ, предупреждать поглощение технологической жидкости, а также сохранять фильтрационно-емкостные свойства пласта после проведения ремонтных работ. Глушение скважин может осложняться трещиноватым типом пород-коллекторов, высоким газовым фактором, аномально низким пластовым давлением и высокими забойными температурами.

Типовые вязкоупругие составы для глушения скважин состоят из водорастворимого полимера, сшивателя, деструктора и дополнительных добавок: регулятора рН, регулятора скорости сшивки, адгезионных добавок, поверхностно-активных веществ и др.

Известен вязкоупругий состав, используемый при глушении скважин [RU 2114985 C1, МПК E21B 43/12 (1995.01), опубл. 10.07.1998], содержащий водорастворимый полимер – полиакриламид, сшиватель – бихромат натрия, концентрированную сульфитно-спиртовую барду и воду при следующем соотношении ингредиентов, мас. %:

полиакриламид 1,0 - 2,0 бихромат натрия 0,15 - 0,25 концентрированная сульфитно-спиртовая барда 0,05 - 2,00 вода остальное

Недостатками известного вязкоупругого состава является использование высокотоксичной соли шестивалентного хрома, относящейся к первому классу опасности, а также отсутствие деструктора, позволяющего разрушить вязкоупругий состав после завершения ремонтных работ.

Известен термостойкий вязкоупругий состав для заканчивания и ремонта скважин [RU 2386665 C1, МПК C09K 8/584 (2006.01), E21B 43/22 (2006.01), опубл. 20.04.2010], содержащий водорастворимый полимер – полисахарид из класса галактоманнанов, сшиватель – соединение на основе ацетата хрома, регулятор рН – гидроокись щелочного металла, углеводородсодержащащий реагент и воду при следующем соотношении компонентов, мас. %:

полисахаридный реагент из класса галактоманнанов 0,5 - 2,0 соединение на основе ацетата хрома 0,1 - 0,4 углеводородсодержащий реагент 0,5 - 3,5 гидроокись щелочного металла 0,1 - 0,35 вода остальное

Дополнительно данный вязкоупругий состав может содержать деструктор – кислородосодержащий реагент в количестве до 5,0 мас.%, в качестве которого используют или перекись водорода или монопероксигидрат мочевины.

Недостатком состава является малое время сшивки: 18 - 45 мин при 60 °С, 8 - 27 мин при 110 °С, что создает риск структурообразования еще до достижения составом призабойной зоны пласта, приводя к аварийной ситуации.

Известен вязкоупругий состав для заканчивания и капитального ремонта скважин [RU 2116433 C1, МПК E21B 33/138 (1995.01), E21B 43/26 (1995.01), C09K 7/02 (1995.01), опубл.: 27.07.1998], содержащий реагент на основе полисахаридов, структурообразователь – сульфат алюминия или сульфат меди, деструктор – монопероксигидрат мочевины, а также гидроксид щелочного металла и воду, при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:

реагент на основе полисахаридов 1,0 - 3,0 гидроксид щелочного металла 0,05 - 0,45 сульфат алюминия или сульфат меди 0,15 - 0,3 монопероксигидрат мочевины 0,1 - 0,2 вода остальное

Недостатком состава является введение сшивателя и деструктора на этапе приготовления, и соответственно, параллельное протекание реакций сшивки и деструкции. Это ограничивает время полной деструкции вязкоупругого состава до 10-24 ч от момента получения, которого может быть недостаточно для проведения ремонтных работ. Также существует риск снижения максимальной прочности полученного геля из-за протекания процесса деструкции еще до окончания процесса сшивки.

Известен вязкоупругий состав для глушения скважин [RU 2575384 C1, МПК E21B 43/22 (2006.01), C09K 8/42 (2006.01), опубл. 20.02.2016], содержащий водорастворимый полимер – эфир целлюлозы (гидроксиэтилцеллюлозу или полианионную целлюлозу, или карбоксиметилцеллюлозу); сшиватель (комплексообразователь) – водорастворимую соль алюминия или меди; деструктор – капсулированный перкарбонат натрия, или гранулированный перборат натрия; утяжелитель – хлорид натрия, или хлорид калия, или хлорид кальция, или нитрат натрия, или реагент МНК; регулятор рН – уксусную, или щавелевую, или лимонную кислоту; водоудерживающую гидрофобизирующую добавку – этиленгликоль и/или глицерин, или высшие диоксановые спирты при следующем соотношении компонентов, мас.%:

эфир целлюлозы 0,8 - 2,5 гидроксид щелочного металла 0,1 - 0,7 комплексообразователь 0,19 - 0,6 внутренний деструктор 0,1 - 0,2 утяжелитель 6,5 - 22,0 регулятор pH 0,02 - 0,3 водоудерживающая гидрофобизирующая добавка 2,0 - 6,6 вода остальное

В качестве растворимой соли меди содержит реагент Блустоун, активной составляющей которого является сульфат меди, или уксуснокислая медь. В качестве растворимой соли алюминия содержит сернокислый алюминий или щавелевокислый алюминий.

Недостатками такого состава, несмотря на наличие капсулированного деструктора, является необходимость для более полного разрушения вязкоупругого состава дополнительной закачки «активирующего состава», состоящего из кислотного компонента – лимонной или сульфаминовой кислоты; окислителя – персульфата калия, персульфата аммония, или пероксигидрата мочевины (гидроперита); неиногенного поверхностно-активного вещества – неонол АФ 9-1 или Синоксол марки В, или Реверсмол марки В; деэмульгатора – Диссолван 4411.

Используемый в этом вязкоупругом составе капсулированный деструктор содержит только окислительный компонент (перкарбонат натрия, или перборат натрия), воздействующий только на цепи полимера и не взаимодействующий с мостиками сшивки, что делает деструкцию менее эффективной и может вызвать вторичное осадкообразование агломератов геля.

Наиболее близким к заявленному изобретению является вязкоупругий состав [RU 2190753 C1, МПК E21B 33/13 (2006.01), опубл. 10.10.2002] содержащий водорастворимый полимер – полиакриламид; сшиватель – трехвалентную соль хрома; стабилизатор – хлорид аммония, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

полиакриламид 0,1 - 5,0 сшиватель 0,05 - 10,0 стабилизатор 0,1 - 5,0 вода остальное

В качестве сшивателя используют растворимые трехвалентные соли хрома, например, Cr₂(SO₄)₃, Cr(С₂Н₃О₂)₃, СrСl₃.

Для разрушения вязкоупругого состава, после завершения работ на скважине, предлагается закачка в призабойную зону пласта водного раствора перекисного соединения: перкарбоната натрия, или персульфата аммония, или перекиси водорода, или пероксида мочевины (гидроперита).

Недостатком известного состава является отсутствие в нем внутренних деструкторов, что подразумевает проведение отдельной операции по закачке раствора деструктора в призабойную зону пласта. Проведение дополнительных процедур по закачке раствора деструктора несет ряд затрат как временных, так и финансовых. При закачивании раствора деструктора не происходит полного разрушения вязкоупругого состава из-за малой зоны контакта деструктор – вязкоупругий состав. Происходит неравномерное разрушение вязкоупругого состава, а какие-то части состава могут оказаться полностью неразрушенными.

Техническим результатом предложенного изобретения является создание вязкоупругого состава для глушения скважин, обеспечивающего регулируемое время сшивки, высокую прочность образующегося геля, регулируемое время разрушения геля без образования вторичных осадков и с сохранением фильтрационно-емкостных свойств пласта.

Предложенный вязкоупругий состав для глушения скважин, также как в прототипе, содержит полиакриламид, соль трехвалентного хрома и воду.

Согласно изобретению вязкоупругий состав для глушения скважин дополнительно содержит капсулированный комплексный деструктор, а в качестве полиакриламида содержит частично гидролизованный полиакриламид со степенью гидролиза 2,5 - 7,7 %, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

частично гидролизованный полиакриламид со степенью гидролиза 2,5 - 7,5% 4 - 7 соль трёхвалентного хрома, в пересчете на хром 0,087 – 0,237 капсулированный комплексный деструктор 3,1 - 17,6 вода остальное

Причем капсулированный комплексный деструктор содержит капсулированный аддукт перекиси водорода с полимерным покрытием и капсулированный комплексон с полимерным покрытием при следующем соотношении компонентов, мас. %:

капсулированный аддукт перекиси водорода с полимерным покрытием 1,6 -12,6 капсулированный комплексон с полимерным покрытием 1,5-5,0

В качестве соли трёхвалентного хрома состав содержит или ацетат хрома (III), или нитрат хрома (III), или сульфат хрома (III), или их смеси и растворы.

В качестве капсулированного аддукта перекиси водорода с полимерным покрытием состав содержит или гидроперит с акриловым покрытием или перкарбонат натрия с акриловым покрытием, или перборат натрия с акриловым покрытием, или их смеси.

В качестве капсулированного комплексона с полимерным покрытием состав содержит динатриевую соль этилендиаминтетрауксусной кислоты с поливинилацетатным покрытием, или лимонную кислоту с поливинилацетатным покрытием, или нитрилотриметилфосфоновую кислоту с покрытием из стиромаля, или оксиэтилендифосфоновую кислоту с покрытием из стиромаля, или их смеси, или их соли.

В составе содержание капсулированного комплексона с полимерным покрытием составляет 11 - 23 кг на 1 кг соли трехвалентного хрома, а содержание капсулированного аддукта перекиси водорода с полимерным покрытием составляет 0,3 – 1,8 кг на 1 кг частично гидролизованного полиакриламида.

Высокая прочность образующегося геля и регулируемое время сшивки достигается за счет использования частично гидролизованного полиакриламида. Частично-гидролизованный полиакриламид позволяет регулировать вязкость растворов плотностью до 1,25 г/см³ в широком диапазоне пластовых температур, с обеспечением высоких показателей структурно-механических свойств, ограничивающих проникновение жидкости глушения в призабойную зону пласта.

Для составов, содержащих частично-гидролизованный полиакриламид, время сшивки регулируется его степенью гидролиза, соотношениями концентраций его и сшивателя. С увеличением концентраций частично-гидролизованного полиакриламида и сшивателя ускоряется процесс сшивки и сокращается время сшивки. С уменьшением степени гидролиза полимера уменьшается скорость сшивки и увеличивается время сшивки. Высокая степень гидролиза нежелательна для получения вязкоупругих составов с прогнозируемым временем сшивки, например, частично-гидролизованный полиакриламид со степенью гидролиза ~10 % характеризуется неконтролируемо высокой скоростью сшивки уже при 38 °С.

Регулируемое время деструкции геля и его полное разрушение без образования вторичных осадков достигается за счет использования капсулированного комплексного деструктора. Полимерное покрытие капсулы - начинает активно растворяться только при достижении температуры более 80 °С, таким образом деструктор может высвободиться только после достижения составом призабойной зоны пласта и выдержки в течение требуемого времени.

Использование деструктора без полимерного покрытия запускает процесс деструкции сразу же после растворения, еще на этапе приготовления. Учитывая возможные отклонения и задержки во время всех технологических операций на скважине, деструкция вязкоупругого состава может произойти еще до достижения составом призабойной зоны пласта, или через сокращенное время, недостаточное для проведения ремонтных работ.

В состав деструктора входят два типа соединений, обеспечивающих разрушения геля: окислитель – аддукт перекиси водорода (гидроперит, или перкарбонат натрия, или перборат натрия, или их смеси), отвечающий за деструкцию связей в молекуле полимера; комплексон (этилендиаминтетрауксусная кислота, или лимонная кислота, или нитрилотриметилфосфоновая кислота, или оксиэтилендифосфоновая кислота, или их смеси, или их соли) обеспечивающий разрушение связей между частично-гидролизованным полиакриламидом и катионом трёхвалентного хрома за счет образования хелатного комплекса хрома, и препятствующий его выпадению из раствора.

После высвобождения деструктора полное разрушения геля достигается за 59 – 96 ч. Типовое время разрушения геля после высвобождения деструктора составляет 12 – 24 ч. Продукты разрушения геля представляют сбой гомогенный низковязкий раствор, близкий по вязкости к жидкости глушения.

Таким образом, предложенный вязкоупругий состав обладает регулируемым временем сшивки, высокой прочностью образующегося геля, регулируемым временем разрушения геля без образования вторичных осадков и с сохранением фильтрационно-емкостных свойств пласта.

В таблице 1 представлен перечень реагентов и рецептуры, использованные для приготовления вязкоупругих составов. Вода – остальное.

В таблице 2 представлены результаты измерений свойств вязкоупругих составов.

На фиг. 1 показана динамика высвобождения капсулированного комплексона при 100 °С.

На фиг. 2 показана динамика высвобождения, капсулированного аддукта перекиси водорода при 100 °С.

Пример 1.

Для получения вязкоупругих составов использовали реагенты и рецептуры, приведенные в таблице 1.

Для получения капсулированного комплексного деструктора аддукт перекиси водорода и комплексон подвергали капсулированию в псевдоожиженном слое на лабораторном оборудовании Drum coater-3, известным способом, который заключается в пропускании через слой зернистого порошка воздушного потока, нагретого до 40 – 60 °С, обеспечивающего гидродинамический режим псевдоожижения. В псевдоожиженный слой через форсунку подавали дисперсию полимера-капсулянта (поливинилацетат или акриловую дисперсию или дисперсию стиромаля). Капли капсулянта сталкивались с частицами порошка и растекались по их поверхности, образуя жидкую оболочку. За счет воздушного потока из жидкой оболочки происходило испарение растворителя с образованием твердой пленки полимера на поверхности порошка. Для получения двух слоев полимерного покрытия повторно проводили капсулирование в псевдоожиженном слое. Полученные капсулы помещали в сушильный шкаф на 2 часа.

Полученный капсулированный комплексный деструктор, обеспечивает начало высвобождение реагентов при температуре 80 - 120 °С, не ранее чем через 30 ч, но не более 120 ч (фиг. 1 и фиг. 2).

Приготовление вязкоупругого состава осуществляли на лабораторной верхнеприводной мешалке при 200 - 1000 об/мин. В стакан с пресной водой, при перемешивании, добавляли сшиватель, перемешивали 10 минут до полного его диспергирования, после чего, производили ввод комплексного капсулированного деструктора, далее, порциями, медленно вводили полимер и перемешивали еще 20 минут. Массовые концентрации реагентов загружали согласно таблице 1.

После приготовления производили замеры свойств полученного вязкоупругого состава, а именно: плотности; типа геля по классификатору Сиданска; показателя фильтрации; времени сшивки; предела текучести сшитого состава; время полной деструкции.

Плотность состава определяли при температуре 20 °С пикнометрическим методом с использованием металлического пикнометра типа П-1.

Показатель фильтрации вязкоупругого состава в условиях трещиноватого коллектора определяли с помощью модернизированного тампонирующего фильтр-пресса HPHT фирмы OFITE с применением щелевых фильтрационных сред при 90 °С.

Определение времени сшивки состава проводили при 90 °С на ротационном вискозиметре OFITE 1100 с измерительной системой коаксиальных цилиндров.

Реологические исследования, включающие измерения предела текучести (предельного напряжения сдвига после которого происходит разрушение сшитого состава), проводили на реометре Anton PaarPhysica MCR 102 Smartpave с использованием системы плоскость-плоскость в осцилляционном режиме при 90 °С.

Время полной деструкции состава определяли визуальной оценкой разрушения состава от времени его затворения до момента полного разрушения при 90 °С. После полной деструкции оценивали наличие/отсутствие вторичного осадка и вязкость разрушенного раствора.

Проведенные испытания показали, что предлагаемый вязкоупругий состав характеризуется регулируемым временем сшивки от 20 - 230 минут (таблица 2), обладает регулируемыми структурно-механическими и прочностными свойствами: тип геля по классификатору Сиданска от Н (слабо деформируемый не текучий гель) до J который характеризуется как очень прочный «звенящий» гель, предел текучести состава находится в диапазоне от 77 до 458 Па. Высокие значения структурно механической прочности состава позволяют предотвратить его фильтрацию в пласт при больших репрессиях, что подтверждается минимальным показателем фильтрации в диапазоне 0-1,5 см³ в условиях моделирования щелевых фильтрационных сред. Полное разрушение вязкоупругого состава комплексным капсулированным деструктором происходит за 59-96 часов с полным диспергированием состава, без образования осадков, до маловязкой жидкости с эффективной вязкостью при 90 °С 0,64 - 1,41 сПз.

Пример 2.

Были проведены фильтрационные исследования по моделированию процесса обработки призабойной зоны пласта добывающей скважины предложенным вязкоупругим составом и последующего освоения на установке для исследования фильтрационно-емкостных и электрических свойств керна ПИК-ОФП/ЭП, позволяющей создавать пластовые термобарические условия.

Расширенные фильтрационные исследования включали три стадии:

1. Определение абсолютной проницаемости по воде.

2. Моделирование процесса блокирования призабойной зоны пласта вязкоупругим составом с комплексным капсулированным деструктором и без деструктора.

3. Определение проницаемости по воде после блокирования вязкоупругим составом.

Для испытания был выбран вязкоупругий состав № 3 (таблицы 1 и 2).

Проницаемость образца керна после блокирования вязкоупругим составом без деструктора составила 26 % от исходной, то есть снизилась в 3,8 раза. Образец керна, на котором был использован предложенный вязкоупругий состав, содержащий капсулированный комплексный деструктор, после блокирования обладал проницаемостью 89% от исходной, то есть проницаемость снизилась в 1,1 раза. Таким образом, использованный вязкоупругий состав, содержащий капсулированный комплексный деструктор, обеспечил практически полное сохранение фильтрационно-емкостных свойств керна.

Изобретение относится к нефтегазовой промышленности, в частности к составам для обработки буровых скважин, а именно к составам для глушения скважин, и может быть использовано при проведении работ на высокотемпературных месторождениях с трещиноватым карбонатным типом коллектора и большими поглощениями жидкости глушения. Вязкоупругий состав содержит 4-7 мас.% частично гидролизованного полиакриламида со степенью гидролиза 2,5-7,5%, 0,087-0,237 мас.% соли трехвалентного хрома в пересчете на хром, и воду - остальное. При этом состав дополнительно содержит 3,1-17,6 мас.% капсулированного комплексного деструктора. Причем капсулированный комплексный деструктор содержит 1,6-12,6 мас.% капсулированного аддукта перекиси водорода с полимерным покрытием и 1,5-5,0 мас.% капсулированного комплексона с полимерным покрытием. Техническим результатом является повышение прочности образующегося геля, регулируемое время сшивки, регулируемое время разрушения геля без образования вторичных осадков и с сохранением фильтрационно-емкостных свойств пласта. 4 з.п. ф-лы, 2 ил., 2 табл.

1. Вязкоупругий состав для глушения скважин, содержащий полиакриламид, соль трехвалентного хрома и воду, отличающийся тем, что дополнительно содержит капсулированный комплексный деструктор, а в качестве полиакриламида содержит частично гидролизованный полиакриламид со степенью гидролиза 2,5-7,7 %, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

частично гидролизованный полиакриламид со степенью гидролиза 2,5-7,5 % 4-7 соль трёхвалентного хрома, в пересчете на хром 0,087-0,237 капсулированный комплексный деструктор 3,1-17,6 вода остальное,

причем капсулированный комплексный деструктор содержит капсулированный аддукт перекиси водорода с полимерным покрытием и капсулированный комплексон с полимерным покрытием при следующем соотношении компонентов, мас.%:

капсулированный аддукт перекиси водорода с полимерным покрытием 1,6-12,6 капсулированный комплексон с полимерным покрытием 1,5-5,0

2. Состав по п. 1, отличающийся тем, что в качестве соли трёхвалентного хрома содержит или ацетат хрома (III), или нитрат хрома (III), или сульфат хрома (III), или их смеси и растворы.

3. Состав по п. 1, отличающийся тем, что в качестве капсулированного аддукта перекиси водорода с полимерным покрытием содержит или гидроперит с акриловым покрытием, или перкарбонат натрия с акриловым покрытием, или перборат натрия с акриловым покрытием, или их смеси.

4. Состав по п. 1, отличающийся тем, что в качестве капсулированного комплексона с полимерным покрытием содержит динатриевую соль этилендиаминтетрауксусной кислоты с поливинилацетатным покрытием, или лимонную кислоту с поливинилацетатным покрытием, или нитрилотриметилфосфоновую кислоту с покрытием из стиромаля, или оксиэтилендифосфоновую кислоту с покрытием из стиромаля, или их смеси, или их соли.

5. Состав по п. 1, отличающийся тем, что содержание капсулированного комплексона с полимерным покрытием составляет 11-23 кг на 1 кг соли трехвалентного хрома-сшивателя; а содержание капсулированного аддукта перекиси водорода с полимерным покрытием составляет 0,3-1,8 кг на 1 кг частично гидролизованного полиакриламида.