Способ ликвидации негерметичности обсадной колонны Советский патент 1991 года по МПК E21B33/00 E21B33/138 

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности, может быть использовано при проведении работ по уплотнению негерметичности обсадной колонны скважин.

Целью изобретения является повышение эффективности уплотнения негерметичности обсадной колонны газовой скважины за счет повышения адгезионной прочности изолирующего слоя.

Способ ликвидацими негерметичности обсадной колонны включает последовательное или одновременное закачивание в зако- ,лонное пространство суспензии глинопорошка в водном растворе омыленного таллового пека и водного раствора хлорида кальция, причем в водный раствор хлорида кальция предварительно вводят уксусную кислоту в количестве 2 - 3% от массы водного раствора хлорида кальция.

Омыленный талловый пек (ОТП) представляет собой отход производства целлюлозно-бумажной промышленности и имеет следуюбщий химический состав (табл. 1).

ОТП в нормальных условиях представляет собой продукт твердой консистенции с удельным весом 950 - 1000 кг/м3. температура размягчения составляет 75°С, нетоксичен, удобен в транспортировке.

о, о

ы

Os

о

При взаимодействии водного раствора ОТП с электролитом, содержащим двухвалентные катионы кальция и ионы хлора, происходит образование гелеобразной массы, обладающей вяжущими свойствами, что и определяет использование этого материала для уплотнения колонны. Высокая механическая прочность образовавшегося геля объясняется сильными молекулярными взаимодействиями между скоагулированными частицами ОТП благодаря присутствию в них парафинов и окисленных углеводородов. х

Благодаря наличию в составе ОТП омыленных жирных кислот СпН2п-иСООМа, характеризующихся высокой поверхностной активностью, растворение ОТП в пресной воде при приготовлении гелеобразующего агента происходит практически самопроизвольно. При этом омыленные жирные кислоты диссоциируют в пресной воде по схеме

CnHan+iCOONa - Na + CnH2n+iCOO.

образуя агрегаты (мицеллы), в которых ионогенные, сильно полярные группировки (С00) обращены наружу в водную среду, а углеводородная часть (СпН2п-н) направлена вовнутрь мицеллы.

Строение мицеллы коллоидного раствора имеет вид

СООСОО

СОО

СОО

Ј00соосоосоогде О - полярная группа Г . .rj - углеводородный радикал.

Углеводороды парафинового ряда (СпНап+а) и окисленные (CnH2n+iOH) солю- билизируются и располагаются внутри мицеллы . Совокупность таких мицелл в пресной воде представляет собой коллоидный раствор, обладающий агрегатной устойчивостью благодаря стабилизирующему действию поверхностно- активных группировок СОО. Химическая структура таких коллоидных растворов ОТП подтверждена исследованиями спектров ядерного магнитного резонанса (ЯМР) на приборе Тесла В S - 497.

При контакте коллоидного раствора ОТП с электролитом (водным раствором хлорида кальция), содержащим катионы кальция и ионы хлора, происходит изменение строения мицелл благодаря связыванию сильно полярных группировок (СОО) в мицелле с катионами Са4 по схеме

СпНга,СОО-+СЛ

4- +

СпН

О

Са

20

СпНм+1 С

О

При этом образуются кристаллы труднорастворимых в воде соединений кальция, которые определяют в дальнейшем адгезионную прочность образуемого геля. На поверхности этих кристаллов возникает двойной электрический слой, образующийся благодаря адсорбции на поверх- носУи катионов и диффузии распределенных около них анионов СГ. В результате образуются мицеллы дисперсной системы вида

35

{т(СпН2п 1СОО)(п-х)СГ}2х+2хС1,

где п - число потенциалоопределяющих ионов;

х - число противоионов в диффузной части слоя;

0 m - количество молекул (СпН2п+ {СООН)2Сасодержащихся в агрегате мицеллы.

Поскольку в водном растворе хлорида кальция ионов хлора больше, чем катионов

5 Са , то происходит сжатие диффузного слоя мицеллы, приводящее к уменьшению электрокинетического потенциала. В результате электростатические силы между частицами ослабевают, а последние при

0 столкновении коагулируют и выпадают в осадок, образуя гелеобразную массу, обладающую вяжущими свойствами.

Солюбилизированные парафины и окисленные углеводороды в мицеллах кол5 лоидных растворов ОТП играют роль флоку- лянтов. Механизм действия флокулянтов заключается в их адсорбции на поверхности частиц и образовании мостиков за счет межмолекулярных взаимодействий, связывающих частицы между собой с образованием

агрегатов. Присутствие флокулянтов предотвращает пептизацию частиц, т.е. препятствует переходу частиц труднорастворимых солей кальция обратно в коллоидное состояние, обеспечивает механическую прочность и вяжущие свойства образуемого геля.

Указанный механизм гелеобразования не противоречит существующей теории поверхностных явлений в дисперсных системах и позволяет рекомендовать пути регулирования структурно-механических свойств геля, в том числе и адгезионной прочности.

Усиление адгезионной прочности геля возможно осуществить путем повышения концентрации в поверхностных слоях мицелл ОТП сильнополярных группировок (СОО), являющихся акцепторами катионов кальция из электролита (схема гелеобразования). Наличие в составе мицелл катионов кальция, связанных с сильнополярными группировками (СОО). определяет, как показали исследования,адгезионную прочность образуемого геля.

Механизм увеличения адгезионной прочности при добавке в осадитель геля (водный раствор хлорида кальция) уксусной кислоты заключается в следующем. Уксусная кислота имеет константу диссоциации, равную 1,85 10 моль/л, и диссоциирует по схеме

СНзСООН-Ј.СНзСОО + Н+

с образованием сильнополярных группировок (СОО, которые дополняют поверхностный слой мицелл ОТП (первоначально лишь только частично насыщенный группировками СОО из омыленных жирных и смолян- ных кислот, входящих в. состав ОТП). Увеличение в поверхностном слое мицелл концентрации группировок (С001 обеспечивает при коагуляции эквивалентное возрастание числа связанных с мицеллой катионов кальция и, как следствие, увеличение адгезионной прочности образуемого геля.

. Согласно проведенным исследованиям концентрация уксусной кислоты в осадите- ле геля (водном растворе хлорида кальция), обеспечивающая эффективное увеличение адгезионной прочности геля, составляет 2 - 3 мас.%.

П р и м е р . В лабораторных условиях с помощью разрывной машины Р-5 при 20°С определяют адгезионную прочность соединенных с помощью геля металлических образцов из материала обсадной колонны. В качестве гелеобразующего агента берут водные растворы омыленного таллового пека различной массовой концентрации (15%, 20%, 25%).

В качестве наполнителя в гелеобразую- щем агенте на основе водного раствора ОТП во всех случаях используют бентонитовый глинопорошок в количестве 1.5 мас.%.

В качестве осадителя геля используют водные растворы хлорида кальция и водные растворы хлорида кальция с добавкой уксусной кислоты различной концентрации. Объемы водного раствора ОТП и осадителя геля берут эквивалентными. Поверхность образцов перед нанесением на нее геля во всех случаях подготавливается идентично.

Гель, образованный путем смешивания

гелеобразующего агента и осадителя геля, наносится на торцовую поверхность металлических образцов цилиндрической формы, предварительно удалив иммобилизованную

в процессе гелеобразования жидкость (избыточную жидкость).

Образцы с нанесенным слоем геля приводят в соприкосновение и выдерживают в течение одних суток под действием силы

собственного веса. По истечении указанного срока образцы испытывают на машине Р-5, регистрируя усилие, необходимое для разрыва соединения, и определяют адгезионную прочность как частное от деления

регистрируемого усилия на площадь контакта образцов.

В табл. 2 представлены результаты экспериментов по исследованию адгезионной прочности соединения металла колонны гелеобразующим агентом на основе ОТП при использовании в качестве осадителя геля смеси 10%-ного водного раствора CaCl2 р 1,08 г/см3) и уксусной кислоты МПа; в табл. 3 - то же, при использовании в качестве осадителя геля смеси 20%-ного водного раствора CaCIa (р 1,17 г/см3) и уксусной кислоты, МПа; в табл. 4 - то же, при использовании в качестве осадителя геля смеси 30%-ного водного раствора 1,28

г/см3) и уксусной кислоты, МПа.

Из результатов испытаний следует, что наилучший эффект, соответствующий достижению максимальной величины адгезионнойпрочности соединения

металлических образцов с помощью гелеобразующего агента на основе ОТП, достигается при введении в состав осадителя геля уксусной кислоты в количестве 2 - Змас.%. Наблюдаемое в опытах увеличение адгезионной прочности соединения на 60 - 70% по сравнению с известным способом свидетельствует о более высокой эффективности предлагаемого способа. Увеличение адгезионной прочности герметизирующего

агента позволяет существенно повысить надежность и долговечность уплотнения неге- метричности обсадной колонны скважин, снизить количество повторных изоляционных работ на скважинах с дефектами обсадной колонны.

Формула изобретения Способ ликвидации негерметичности обсадной колонны путем одновременного или последовательного закачивания в за0

трубное пространство суспензии глинопо- рошка в водном растворе омыленного тал- лового пека и водного раствора хлорида кальция, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности уплотнения негерметичности колонны газовой скважины за счет повышения адгезионной прочности изолирующего слоя, в водный раствор хлорида кальция дополнительно вводят уксусную кислоту в количестве 2 - 3% от массы раствора хлорида кальция.

Изобретение относится к нефтегазодобывающей пром-сти и м.б. использовано при проведении работ по уплотнению обсадной колонны. Цель - повышение эффективности уплотнения негерметичности колонны газовой скважины за счет повышения адгезионной прочности изолирующего слоя. В затрубное пространство одновременно или последовательно закачивают суспензию глинопорошка в водном растворе омыленного таллового пека и водного раствора хлорида кальция. В последний дополнительно вводят уксусную кислоту в кол-ве от 2 до 3% от массы раствора хлорида кальция. Омыленный таловый пек представляет собой отход производства целлюлозно-бумажной пром-сти. Увеличение адгезионного агента позволяет существенно повысить надежность и долговечность уплотнения негерметичности обсадной колонны скважин, снизить кол-во повторных изоляционных работ на скважинах с дефектом обсадной колонны. 4 табл.

Таблица Г

Таблица 2

Таблица 3

Таблица 4