способ получения тампонажного материала для изоляции зон водопритока в скважине

Формула изобретения

Способ получения тампонажного материала для изоляции зон водопритока в скважине, включающий смешивание при нагревании и постоянном перемешивании полиакрилонитрильного сырья и каустической соды до полного гидролиза полиакрилонитрильного сырья, отличающийся тем, что предварительно в присутствии воды при нагревании и постоянном перемешивании растворяют натриевую силикат-глыбу, а затем вводят одновременно полиакрилонитрильное сырье и каустическую соду при следующем соотношении компонентов, мас.%:

натриевая силикат-глыба	10,0-20,0
вода	65,0-85,0
полиакрилонитрильное сырье	3,0-8,0
каустическая сода	2,0-5,0

Описание изобретения к патенту

Предложение относится к нефтегазодобывающей промышленности и предназначено для ремонтно-изоляционных работ в нефтяных и газовых скважинах, в частности для изоляции зон водопритока в скважине.

Известен способ получения тампонажного раствора для ремонтно-изоляционных работ в скважине [патент РФ №2270328, Е21В 33/138, опубл. 20.02.2006 г., Бюл. №5], включающий растворение при нагревании в присутствии воды натриевой силикат-глыбы с модифицирующей добавкой и смешение полученного жидкого стекла - водного раствора силиката натрия, - с водой и органическими отвердителями. Недостатком получаемого с использованием известного способа тампонажного раствора является применение специальных, как правило, дорогостоящих органических отвердителей для его структурирования, что увеличивает его стоимость. При использовании в качестве отвердителя пластовой минерализованной воды, широко применяемой для структурирования тампонажных составов на основе жидкого стекла, образующаяся тампонирующая масса имеет меньшую структурно-механическую прочность, чем тампонирующая масса, образующаяся при отверждении минерализованной водой обычно используемого жидкого стекла по ГОСТ 13078.

Известен гелеобразующий состав для увеличения добычи нефти [патент РФ №2213211, Е21В 43/22, опубл. 27.09.3 г., Бюл. №27], содержащий полимер акрилового ряда - Гивпан - гидролизованные в щелочи отходы волокна или тканей полиакрилонитрила, щелочной реагент и сшивающий агент. В качестве сшивающего агента состав содержит дистиллерную жидкость, которая состоит из гидроксида кальция Са(ОН)₂ и солей кальция СаСО₃, CaCI ₂, CaSO₄. Недостатком вышеназванного состава является то, что сульфаты, входящие в состав дистиллерной жидкости, могут закупорить продуктивную часть пласта, что приведет к снижению добычи нефти.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому (прототип) является способ получения акрилового реагента Гивпан, включающий растворение в воде щелочи (каустической соды) при непрерывном перемешивании и нагревании в растворе щелочи полиакрилонитрильного сырья до его полного гидролиза [патент РФ №2169754, С09К 7/02, опубл. 27.06.2001 г., Бюл. №18]. После гидролиза полиакрилонитрильного сырья в растворе щелочи образуется тампонажный материал Гивпан. Недостатком тампонажного материала, получаемого с использованием известного способа, является то, что гель, образующийся при взаимодействии Гивпана с пластовой водой при температуре пласта более 70°С, имеет низкие структурно-механические свойства. При температуре 100°С из Гивпана выкипает вода, начинается выделение аммиака и загустевание остатка, при дальнейшем повышении температуры остаток коксуется. Перечисленные обстоятельства ограничивают применимость реагента в высокотемпературных скважинах.

Технической задачей заявляемого способа является повышение эффективности водоизоляционных работ за счет улучшения изолирующих свойств и увеличения механической прочности тампонирующей массы, образующейся при структурировании получаемого тампонажного материала, с одновременным повышением термостойкости и снижением стоимости тампонажного материала.

Задача решается предлагаемым способом получения тампонажного материала для изоляции зон водопритока в скважине, включающим смешивание при нагревании и постоянном перемешивании полиакрилонитрильного сырья и каустической соды до полного гидролиза полиакрилонитрильного сырья.

Новым является то, что предварительно в присутствии воды при нагревании и постоянном перемешивании растворяют натриевую силикат-глыбу, а затем вводят одновременно полиакрилонитрильное сырье и каустическую соду при следующем соотношении компонентов, мас.%:

натриевая силикат-глыба	10,0-20,0
вода	65,0-85,0
полиакрилонитрильное сырье	3,0-8,0
каустическая сода	2,0-5,0.

Сущность предложения заключается в следующем. В реактор с водой, нагретой до температуры не ниже 75°С, при перемешивании вводится натриевая силикат-глыба и продолжается нагревание. После достижения температуры реакционной смеси 90-97°С перемешивание продолжается в течение 3-5 часов до получения плотности 1150-1300 кг/м ³. Затем в реактор при перемешивании одновременно загружаются расчетные количества полиакрилонитрильного сырья и каустической соды. Процесс продолжается до полного растворения силикат-глыбы и полного гидролиза полиакрилонитрильного сырья.

В скважине структурирование тампонажного материала происходит при взаимодействии с электролитами, содержащими ионы поливалентных металлов Са ²⁺, Mg²⁺ и др., например, с пластовой минерализованной водой с содержанием ионов Са ²⁺ и Mg²⁺ не менее 20 г/л. Электролит вызывает ионотропное структурирование, приводящее к образованию в объеме полимерной смеси крупитчато-гелеобразного материала, тампонирующего пути притока воды в скважину. Тампонирующая масса, образующаяся при структурировании тампонажного материала, из-за наличия в материале силиката натрия помимо гидролизованного полиакрилонитрила обладает повышенной механической прочностью и дает возможность применения получаемого тампонажного материала в скважинах с более высокой пластовой температурой. Снижение стоимости проведения ремонтно-изоляционных работ обеспечивается за счет снижения стоимости тампонажного материала и сокращением количества спецтехники, необходимой для его закачки на скважине.

Таким образом, использование предложения позволяет решить поставленную техническую задачу - повысить эффективность водоизоляционных работ за счет увеличения механической прочности тампонирующей массы, образующейся при структурировании получаемого тампонажного материала, с одновременным повышением термостойкости и снижением стоимости тампонажного материала.

Анализ патентной и научно-технической литературы позволил сделать вывод об отсутствии технических решений, содержащих совокупность признаков заявляемого предложения, поэтому можно сделать вывод о соответствии критерию «новизна» и «изобретательский уровень».

Пример приготовления тампонажного материала. В реактор с 7,0 т (70 мас.%) воды, нагретой до температуры 75°С, при перемешивании вводят 2 т (20 мас.%) натриевой силикат-глыбы и продолжают нагревание. После достижения температуры реакционной смеси 95°С при перемешивании приготовление тампонажного материала продолжают в течение 4 часов. Затем в реактор загружают 0,65 т (6,5 мас.%) полиакрилонитрильного сырья и 0,35 т (3,5 мас.%) каустической соды. Процесс перемешивания продолжают до полного растворения силикат-глыбы и полного гидролиза полиакрилонитрильного сырья.

С целью сравнения водоизолирующих свойств тампонажного материала по прототипу и приготовленного с использованием предлагаемого способа были проведены модельные испытания. Водоизолирующие свойства составов оценивались на моделях пласта длиной 482 мм и внутренним диаметром 27 мм, заполненных кварцевым песком фракции 0,2-0,3 мм. Первоначально через модель пласта, наполненную кварцевым песком, прокачивают минерализованную пластовую девонскую воду плотностью 1180 кг/м³. В процессе прокачки производят замер расхода воды и по формуле Дарси определяют исходную проницаемость модели. Затем в модель последовательно закачивают тампонажный материал в объеме, равном 0,4 порового объема модели, и минерализованную пластовую девонскую воду плотностью 1180 кг/м ³ в объеме, равном 0,6 поровому объему модели. Модель пласта оставляют на структурирование водоизоляционной композиции в течение 48 часов, после чего через модель прокачивают минерализованную воду в обратном направлении с определением проницаемости модели. За критерий оценки водоизолирующих свойств тампонажного материала принимают фактор остаточного сопротивления, равный отношению проницаемости по пластовой воде до и после закачивания тампонажного материала. Данные о концентрации компонентов в тампонажном материале, а также результаты исследования составов на моделях пластов приведены в табл.1. При испытаниях используют тампонажный материал по прототипу и тампонажный материал, приготовленный с использованием предлагаемого способа.

Из результатов исследований следует, что фактор остаточного сопротивления при использовании заявляемого способа при температуре 20°С в 2,4 раза, а при температуре 80°С в 3 раза выше, чем по прототипу, поэтому водоизолирующие свойства тампонажного материала, приготовленного с использованием предлагаемого способа, выше водоизолирующих свойств тампонажного материала по прототипу и он может эффективно применяться при проведении ремонтно-изоляционных работ в скважинах.

Таблица 1
Результаты модельных испытаний тампонажных материалов
Содержание компонентов в составе, мас.%				Фактор остаточного сопротивления
Полиакрилонитрильное сырье	Каустическая сода	Силикат натрия	Вода	При 20°С	При 80°С
По предлагаемому способу
5,0	3,5	18,0	73,5	4,8	4,8
6,5	3,5	20,0	70,0	5,2	5,3
8,0	4,0	15	73,0	5,8	5,8
По прототипу
5,0	3,5	-	остальное	1,9	1,6
6,5	3,5	-	остальное	2,2	1,8
8,0	4,0	-	остальное	2,4	1,9