состав для ремонтно-водоизоляционных работ в нефтяных и газовых скважинах

Формула изобретения

Состав для ремонтно-водоизоляционных работ в нефтяных и газовых скважинах, включающий в качестве дисперсионной среды жидкое стекло Na₂SiO₃, отличающийся тем, что дополнительно в качестве дисперсной фазы содержит кремнефтористый натрий Na ₂SiF₆ и наполнитель — гашеную известь Са(ОН) ₂ при следующем соотношении компонентов, вес.%:

Жидкое стекло Na₂SiO₃ 88,1

Кремнефтористый натрий Na₂SiF₆ 10,6

Гашеная известь Са(ОН)₂ 1,3

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к проведению водоизоляционных работ и креплению прискважинной зоны продуктивного пласта (ПЗП) нефтяных и газовых скважин.

Известен состав для изоляции пластовых вод в нефтяных и газовых скважинах, включающий жидкое стекло NaSiO₃ и дисперсную среду - раствор хлорида кальция CaCl₂ [Патент РФ №2035589, С1, Е 21 В 43/20, 1995].

Недостатком данного состава является недостаточная водоизолирующая способность.

Наиболее близким аналогом является состав для изоляции пластовых вод в высокотемпературных нефтяных и газовых скважинах, включающий 3,0%-ный спиртовый раствор шестиводного хлорида кальция СаСl₂· 6Н₂О и жидкое стекло-силикат натрия Na₂ SiO₃ [патент РФ №2196890, МПК 7 Е 21 В 33/138, 2003].

Недостатком этого состава является не очень высокая водоизолирующая способность в суперколлекторах и низкая закрепляющая способность ПЗП, например при обводнении и разрушении слабосцементированных пород-суперколлекторов сеноманских отложений газовых месторождений севера Западной Сибири.

Задачей изобретения является разработка состава для ремонтно-водоизоляционных работ в нефтяных и газовых скважинах, обеспечивающего качественную изоляцию пластовых вод и закрепление ПЗП обводнившихся скважин на месторождениях, представленных коллекторами с высокой проницаемостью (от сотен миллидарси до нескольких дарси).

Достигаемый технический результат состоит в создании состава для изоляции пластовых вод и закрепления ПЗП, максимально обеспечивающего изоляцию воды в суперколлекторах и их закрепление.

Поставленная задача и технический результат достигаются тем, что состав для ремонтно-водоизоляционных работ в нефтяных и газовых скважинах, включающий в качестве дисперсионной среды жидкое стекло Na₂SiO₃, дополнительно в качестве дисперсной фазы содержит кремнефтористый натрий - Na₂SiF₆ и наполнитель - гашеную известь Са(ОН)₂ при следующем соотношении компонентов, вес.%:

Жидкое стекло Nа₂SiO₃ 88,1

Кремнефтористый натрий Na₂SiF₆ 10,6

Гашеная известь Са(ОН)₂ 1,3

Жидкое стекло (силикат натрия – Na₂SiO₃), ГОСТ 13078-81, получают из силикат-глыбы обработкой паром в автоклавах, является неорганическим полимером. Плотность Na₂SiO₃ составляет 1280-1400 кг/м³, модуль стекла (n) - 2,44.

Кремнефтористый натрий (гексафторосиликат натрия - Na ₂SiF₆), ТУ 113-08-587-86, служит для образования высокополимерного нерастворимого кремнегеля.

Гашеная известь Ca(OH)₂ - наполнитель, служит для придания вяжущих свойств составу, прочности образующемуся камню и усиления закрепляющего эффекта.

В основе проявления гексасиликатами натрия вяжущих свойств лежат следующие процессы.

Являясь солями слабых кремниевых кислот и сильного основания, щелочные силикаты в водном растворе подвержены гидролизу:

Si-O^-+Н₂ O Si-OH+ОН^- (1)

Свободные силанольные группы и их ионные формы взаимодействуют между собой с образованием силоксановых связей:

Si-OH^-+Si-O^- Si-O-Si+ОН^- (2)

Высокая щелочность системы поддерживает распределение анионов по степени полимерности таким образом, что в растворе находятся в основном низкополимерные частицы.

Роль кремнефтористого натрия Na₂SiF ₆ заключается в его взаимодействии с гидроксиданионами по схеме:

SiF^2-₆+40Н^- Si(OH)₄+6F^-, (3)

с образованием высокополимерного нерастворимого кремнегеля.

Свободный кремнезем, полученный из кремнефтористого натрия по реакции (3), образуется при полной смене лигандов SiF^2-₆ и изменением координационного числа кремния. Это обусловливает его способность к активному образованию силоксановых связей с полимерным кремнеземом, образованным из щелочного силиката.

Щелочность жидкостекольной смеси, усиленная добавкой наполнителя - гашеной извести Сa(ОН)₂, обеспечивает ей хорошие адгезионные характеристики.

Особенностью силикатов щелочных металлов является их способность взаимодействовать с ионами поливалентных металлов и другими коагулирующими агентами и образовывать гелеобразные системы или твердый тампонирующий материал. Составы на основе жидкого стекла можно применять для водоизоляции и крепления коллекторов любой проницаемости, поскольку они закачиваются в пласт в виде маловязких растворов, а образование тампонажного материала происходит непосредственно в пласте.

Исследование заключалось в определении возможности использования данных реагентов для получения гелеобразного (твердого), закупоривающего поровое пространство коллектора материала и его, коллектора, закрепления.

В экспериментах процент содержания кремнефтористого натрия Na₂SiF₆ в жидком стекле варьировали от 9,0 до 12,0%, а наполнителя - гашеной извести Сa(ОН)₂ - от 1,0 до 2,0%.

Для изучения водоизолирующей и закрепляющей способности при дальнейших исследованиях был взят следующий состав, вес.%:

Жидкое стекло Na₂SiO₃ 88,1

Кремнефтористый натрий Na₂SiF₆ 10,6

Гашеная известь Са(ОН)₂ 1,3

Исследование водоизолирующей способности проводили на модернизированной установке УИПК-1М в условиях, приближенных к пластовым. Для экспериментов готовили искусственные керны. Эксперименты проводили в определенной последовательности.

1. Подготовка искусственного керна (просеивание песка через сита определенных размеров, сжатие образца расчетным давлением, высушивание при t=105° С).

2. Насыщение образца моделью пластовой воды (С=16 г/л).

3. Прокачка на установке УИПК-1М через керн в условиях, приближенных к пластовым, модели пластовой воды в количестве нескольких объемов порового пространства образца (до стабилизации расхода) с замером проницаемости по воде по формуле:

где К - проницаемость, мд;

- пересчетный коэффициент для каждого керна, доли;

Q - расход, мл;

Р - перепад давления, кгс/см².

4. Закачка в керн через УИПК-1М ремонтно-изоляционного (закрепляющего) состава на основе жидкого стекла Na₂SiO₃, кремнефтористого натрия Na₂SiF₆ и гашеной извести Са(ОН) ₂ в заданном процентном соотношении и выдержка на реакции в течение 24-36 ч.

5. Определение проницаемости по воде после обработки керна ремонтно-водоизоляционным (закрепляющим) составом. Результаты сведены в таблицу.

Состав № 3 был испытан на одноосное сжатие и разрушение. В нормальных условиях образец из отмытого и просушенного при t=105° C песка фракции 0,4-0,5 мм (по объему 70,0%) был смешан с ремонтно-изоляционной (закрепляющей) композицией (по объему 30,0%) и оставлен на 36 часов на прохождение реакции полимеризации и затвердевания.

Затем этот образец с площадью 7,0 см ² и толщиной 1,0 см был подвергнут одноосному сжатию давлением.

При давлении 5,0 МПа в образце появились трещины, а при давлении 7,0 МПа образец разрушился.

Приготовление ремонтно-изоляционного (закрепляющего) состава и технология работ на скважине заключаются в следующем.

Сначала в чанке агрегата ЦА-320 путем тщательного перемешивания готовят смесь жидкого стекла Na₂SiO ₃ и кремнефтористого натрия Na₂SiF₆ . Перемешивание осуществляют в течение 15-20 мин.

Затем в приготовленную смесь добавляют расчетное количество гашеной извести Са(ОН)₂ и состав также тщательно перемешивается в течение 15-20 мин. Приготовление состава должно осуществляться при положительной температуре (10,0-30,0° С).

В течение 3 ч состав представляет собой подвижную систему. Через 12 ч начинает твердеть и через 24-36 ч превращается в твердое вещество.

Скважину, в которую через перфорационные отверстия поступает вода и частицы породы-коллектора (песок), останавливают.

После глушения и промывки скважины через насосно-компрессорные трубы (НКТ), спущенные до верхних отверстий интервала перфорации, прямой циркуляцией проводят закачку ремонтно-изоляционного (закрепляющего) состава.

Состав доводят до башмака НКТ. Закрывают затрубное пространство и продавливают состав в пласт. По окончании продавки проводят обратную промывку с расчетным противодавлением в количестве 1,5-2,0 объемов HKT, скважину закрывают и выдерживают под давлением для прохождения реакции полимеризации водоизолирующих компонентов в течение 24-36 ч. По истечении указанного срока скважину осваивают.

Расход ремонтно-изоляционной (закрепляющей) композиции составляет 0,5-1,0 м³ на 1 м эффективной водонасыщенной толщины пласта.

Предлагаемый состав для ремонтно-водоизоляционных работ прост в приготовлении, технологичен. Используемые материалы являются доступными, недорогими, выпускаются отечественной промышленностью в достаточном количестве.