тампонажный состав для нефтяных и газовых скважин

Формула изобретения

Тампонажный состав для нефтяных и газовых скважин, содержащий полимер, растворитель - углеводородную жидкость, сшивающий агент - воду, ускоритель отверждения - соединение класса аминов, отличающийся тем, что в качестве полимера он содержит изоцианат олигомера окиси пропилена или этилена или соолигомера окисей пропилена и этилена, в качестве соединения класса аминов - амин из группы УП 606/2, полиэтиленполиамин, триэтаноламин и дополнительно неионогенное поверхностно-активное вещество - НПАВ при следующем соотношении компонентов, вес. ч.:

Указанный изоцианат	100
Углеводородная жидкость	50-200
Вода	4-8
НПАВ	0,04-2
Указанный амин	0,03-1,0

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности, а именно к тампонажным составам, предназначенным для ремонта эксплуатационных скважин, изоляции водопритоков при буровых работах.

Известен цементно-полимерный тампонажный состав для изоляции водопритока в нефтяных и газовых скважинах, содержащий эпоксидно-алифатическую смолу ТЭГ-1, отвердитель - полиэтиленполиамин, цемент и воду /Жженов В.Г., Ермолаев Ю.Н., РНТС «Нефтепромысловое дело». - М.: ВНИИОЭЕГ, 1977, с.23-26/. Однако указанный тампонажный состав не обладает адгезионными свойствами и легко размывается пластовыми водами.

Аналогичным по технической сущности является другой тампонажный состав, содержащий полимер, углеводородный растворитель, сшивающий агент и наполнитель - цемент /Патент РФ №2180391, кл. Е 21 В 33/138, 2002 г./. Недостатком состава по данным промысловых испытаний в районах Татарстана является низкая прочность в отвержденном состоянии, приводящая к постепенному размыванию изоляционной тампонажной массы и выносу продуктов разрушения из скважины.

Ближайшим техническим решением, выбранным авторами за прототип, является гидрофобный полимерный тампонажный состав, который содержит форполимер, углеводородный растворитель, сшивающий агент, наполнитель и воду /Патент РФ №2180392, кл. Е 21 В 33/138, 2002 г./. В качестве форполимера используют продукт взаимодействия низкомолекулярного бутадиен-пипериленового каучука с толуилендиизоцианатом.

Недостатком известного состава является его неоднородность. Вода, входящая в состав, плохо смешивается с основной гидрофобной массой, в результате чего отверждение композиции происходит неравномерно в объеме. В слоях композиции, обогащенных водой, образуется достаточно прочный гель полимера, а слои, обедненные водой, остаются слабоотвержденными. Неравномерность отверждения по объему композиции приводит к дефектам ее структуры и снижению эксплуатационных свойств.

Задачей настоящего изобретения является улучшение физико-механических свойств гидрофобного полимерного тампонажного состава, повышение однородности и плотности по всему объему.

Поставленная задача решается тем, что тампонажный состав содержит полимер - изоцианат олигомера окиси пропилена или этилена или соолигомера окисей пропилена и этилена, растворитель - углеводородную жидкость, сшивающий агент - воду, ускоритель отверждения - соединения класса аминов - амин из группы УП-606/2, полиэтиленполиамин, триэтаноламин и дополнительно неионногенное поверхностно-активное вещество - НПАВ при следующем соотношении компонентов, вес. ч.:

указанный изоцианат	100
углеводородная жидкость	50-200
вода	4-8
НПАВ	0,04-2
указанный амин	0,03-1,0.

Требуемый для композиции изоцианат олигомера окиси пропилена или этилена или соолигомера окисей пропилена и этилена получают взаимодействием таких изоцианатов, как 2,4-толуилендиизоцианат, гексаметилендиизоцианат с олигомерами окиси пропилена или этилена или соолигомерами обеих окисей. Используемые для синтеза (со)олигомеры выпускаются отечественной промышленностью в виде простых полиэфиров с молекулярной массой 400-5000 под маркой «Лапрол» (ТУ 2226-016-10488057-94, ТУ 2226-008-10488057-94 и др.). Получаемый текучий изоцианат олигомера окиси пропилена или этилена или соолигомера обеих окисей способен к отверждению до эластичного, полутвердого состояния с помощью воды и различных аминов в интервале температур от 20 до 150°С.

Среди аминов наиболее доступны и эффективны ускорители отверждения эпоксидных смол - УП 606/2 (2,4,6-трис-диметиламинометилфенол), полиэтиленполиамин (ПЭПА), триэтаноламин. Ускоритель УП-606/2, выпускаемый согласно ТУ 6-09-4136-75, представляет собой прозрачную жидкость от янтарного до коричневого цвета, трудно растворим в воде, но растворяющийся в органической жидкости.

Вода как отверждающий агент может быть практически любого качества, в т.ч. пластовая вода с большим содержанием солей кальция и магния.

Неионогенные ПАВ растворяются как в воде, так и в углеводородной среде, в т.ч. и в изоцианатном олигомере и способствуют равномерному распределению воды в объеме олигомера и тем самым равномерному отверждению во всем объеме тампонажной композиции. В качестве НПАВ применяют ОП-10, ОП-7, представляющие собой оксиэтилированные алкилфенолы (ГОСТ 8433-81), неонолы АФ-10, АФ9-12, альфа-12- соединения того же класса (ТУ 38-507-63-300-93), оксиэтилированные жирные спирты, например ОС-20 и др.

Для улучшения текучести исходный полимер растворяют в углеводородной жидкости, в качестве которой применяют керосин, дизельное топливо, нефть, различные углеводородные отходы. Причем в предлагаемой тампонажной композиции количество углеводородной части может изменяться в широком интервале от 50 до 200 вес. ч. на 100 вес. ч. исходного олигомерного изоцианата.

Поскольку углеводородная жидкость после отверждения полимера остается в составе композиции, то, чем больше растворителя, тем выше эластичность отвержденного тампонажного камня. Преимуществом предлагаемого тампонажного состава является возможность увеличения количества используемого углеводородного растворителя до 200 вес. ч. в сравнении с известной композицией и регулирования потребительских, в частности фильтрационных, свойств тампонажного состава.

Пример 1.

Образец №1 изготавливают следующим образом:

1000 г изоцианата соолигомера окисей пропилена и этилена, полученных при взаимодействии 890 г соолигомера окисей пропилена и этилена с молекулярной массой 4500 (Лапрол 4503) и 110 г толуилендиизоцианата (ТДИ), растворяют в 1000 г (1250 мл) керосина. Получают 2000 г (2340 мл) однородного раствора полимера с условной вязкостью по ВЗ-4 85 с. Приготавливают раствор отвердителя, для чего в 60 г промышленной воды растворяют 0,4 г ОП-10 и 0,3 г УП 606/2. Образующийся раствор однороден и имеет низкую вязкость.

Раствор отвердителя смешивают с раствором изоцианата соолигомеров окисей пропилена и этилена. При слабом перемешивании смесь принимает однородное состояние, водный слой не отслаивается. В течение 2 часов хранения наблюдается постепенное увеличение вязкости состава, через 6 часов состав теряет текучесть (жизнеспособность) и продолжает отверждаться. Через 24 часа хранения при 20°С физико-механические свойства отвержденной композиции составили:

- условная прочность при разрыве, кгс/см 2	15,1
- относительное удлинение при разрыве, %	220
- относительное остаточное удлинение после разрыва, %	5
- твердость по Шору, усл. ед.	8
- пенетрация, усл. ед.	23

Примеры 2-9.

Другие образцы предлагаемого тампонажного состава с измененным соотношением компонентов изготавливают по той же технологии. Общий состав в расчете на 100 вес. ч. (со)олигомера изоцианата и полученные свойства отвержденных композиций приведены в таблице. В таблице также приведены свойства известного состава - прототипа и контрольных образцов, полученных при соотношениях компонентов, выходящих за принятые концентрации в предлагаемом составе.

Как видно из таблицы, отвержденные образцы по предлагаемому составу (примеры 2-5) однородны по плотности во всем объеме, тогда как в образце-прототипе чередовались участки плотного и рыхлого состояния. Образцы по предлагаемому составу после отверждения обладают значительной прочностью и эластичностью при разрыве, тогда как контрольные образцы (примеры 6-7) с соотношением компонентов, выходящим за пределы по предлагаемому составу, а также образец-прототип (пример 8) имеют трещины, легко рвутся и имеют прочность при разрыве менее 1 кгс/см².

Сравнение значений пенетрации (глубина проникновения иглы в массу отвержденного полимера) также свидетельствует о преимуществе предлагаемого состава (12-21 усл. ед. по сравнению с прототипом 58 усл. ед.; см. табл.).

Свойства отвержденных тампонажных композиций различного состава
Состав	№примера
	Образцы по предлагаемому составу			Контрольные образцы			Прототип
	2	3	4	5	6	7	8
Углеводородная жидкость:
- керосин	50		100		250	100	100
- дизельное топливо		200
- нефть				100
Неионогенный ПАВ
- ОП-10	0,06				0,25	0,02	отсутствует
- ОП-7		0,1
Неонол АФ 9-12			0,1
- ОС-20				0,2
-Вода	6	4	8	4	10	2	2,1
Амин:
- УП 606/2	0,3			0,03	0,02	0,01	0,1
- ПЭПА		0,7
- ТЭА			1,0
Изоцианат соолигомера окиси пропилена и этилена, М.М. 4500	100					100	Форполимер ФП-65-2
Изоцианат соолигомера окиси пропилена и этилена, М.М.5000		100					100
Изоцианат соолигомера окиси пропилена и этилена, М.М. 3600			100
Изоцианат олигомера окиси этилена, М.М.2500				100
Изоцианат олигомера окиси пропилена, М.М. 370					100

1	2	3	4	5	6	7	8
Условия отверждения:
- начальная условная вязкость при 20°С	195	35	84	80	28	78	83
- температура, °С	20	40	70	120	20	20	20
- продолжительность отверждения, час.	20	15	12	10	24	24	24
Свойства отвержденного состава:	12	17,5	13,2	20	Образцы рыхлые	Образцы рыхлые	Образцы рыхлые в трещинах
- условная прочность при разрыве, кгс/см
- относительное удлинение при разрыве,%	250	180	150	90
- относительное остаточное удлинение после
разрыва,%	4	7	6	3	-	-	-
- твердость по Шору, усл. ед.	7	7	5	6	-	-	-
- пенетрация, усл. ед.	21	20	15	12	60	55	58