изолирующий состав и способ герметизации межколонного пространства скважин

Формула изобретения

1. Изолирующий состав для флюидопроводящих каналов в зацементированном межколонном пространстве скважин, включающий раствор, содержащий уретановый предполимер, растворитель и отвердитель - воду, отличающийся тем, что он содержит в качестве растворителя полярный растворитель ароматического ряда или ряда хлорпроизводных углеводородов, а в качестве воды - минерализованную воду с добавкой поверхностно-активного вещества при следующем соотношении компонентов, мас. ч.:

Уретановый предполимер	20-75
Указанный растворитель	25-80
Указанный отвердитель	1-5 на 100 мас.ч. раствора

2. Способ герметизации флюидопроводящих каналов в зацементированном межколонном пространстве скважин, включающий заполнение этих каналов изолирующим составом, содержащим уретановый предполимер, отличающийся тем, что при использовании состава по п. 1 его осуществление проводят в четыре этапа:

на первом этапе в межколонное пространство нагнетают газообразный агент до полного вытеснения жидкой фазы из флюидопроводящих каналов;

на втором этапе производят заполнение этих каналов углеводородной безводной жидкостью с низкой вязкостью и высокой проникающей способностью;

на третьем этапе закачивают указанный раствор уретанового предполимера;

на четвертом этапе производят закачку указанного отвердителя.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к составам и способам, предназначенным для ликвидации нефтегазопроявлений по зацементированному межколонному пространству скважин путем изоляции (герметизации) флюидопроводящих каналов и трещин, соединяющих напорные пласты с дневной поверхностью.

Известен способ изоляции зон поглощения, согласно которому повышение эффективности изоляции можно достичь путем исключения контакта тампонирующего материала с водой при его доставке в пласт (RU 95106388 А1, 27.01.97). Для этого перед закачкой в скважину уретанового предполимера осуществляют закачку многоатомных спиртов, например диэтиленгликоля. Однако, как было отмечено, при смешивании уретанового предполимера и спирта вязкость тампонажного материала быстро увеличивается и доступ его в микропоры и каналы малой раскрытости ограничивается. Поэтому данный способ также не обеспечит надежной герметизации флюидопроводящих каналов в межколонном пространстве скважин.

Известен способ проведения ремонтно-изоляционных работ, по которому в ремонтируемую зону предварительно подают безводную жидкость, затем смесь уретанового предполимера (например, "УРЕНАТа-5449") с дизельным топливом, вновь безводную жидкость и отвердитель - водный раствор с загустителем (например, КМЦ) (RU 2231625 С1, 27.06.2004).

Технологические жидкости продавливают в ремонтируемую зону с производительностью 2,5-3,5 л/с.

К недостаткам способа следует отнести:

1) смесь уретанового предполимера и дизельного топлива из-за плохой растворимости и разницы плотностей жидкостей достаточно быстро расслаивается. В результате частичного расслоения (неравномерного распределения) компонентов смеси происходит неравномерное заполнение подлежащих изоляции каналов, повышается риск прорыва газообразных флюидов;

2) наличие загустителя типа КМЦ в отвердителе (воде) повышает вязкость последнего, что ограничит его доступ в микроканалы большой протяженности.

Вследствие вышеназванных причин в изолируемые каналы поступает некачественная смесь, которая вообще может не затвердеть и поэтому не может служить надежной защитой от прорыва газа.

Кроме того, практическая реализация данного способа закачки изолирующего состава предусматривает остановку скважины, ее глушение и перевод в капитальный ремонт.

Наиболее близким техническим решением является тампонажный состав для локальной герметизации затрубного и межколонного пространства и защиты скважин от заколонных и межколонных перетоков жидкостей и газов (RU 2132448 С1, 27.06.99). Состав содержит клей марки ВИЛАД-17 (уретановый предполимер), углеводородный растворитель (С₃-С₁₆), одноатомный первичный спирт, аминоспирт, нейтральный мелкодисперсный порошок и воду. Модифицирующие добавки (твердая фаза, спирты) вводятся для повышения адгезии и прочности тампонажного материала, а также для ускорения процесса отверждения.

Недостатком известного состава является то, что в присутствии потенциальных отвердителей (ОН-компонентов) ещё до закачки начинается реакция поликонденсации, которая сопровождается ростом вязкости исходного состава. Он быстро теряет подвижность, сокращается время его транспортировки, что затрудняет применение состава для изоляции микроканалов в межколонном пространстве скважин, особенно при закачке с устья. Кроме того, глубина проникновения состава ограничивается размерами находящейся в нем твердой фазы. В результате создается надежная защита только от жидких флюидов, а газ постепенно находит незаполненные тонкопористые участки и образует канал прорыва, т.е. длительного эффекта герметизации не достигается.

Задачей изобретения является разработка изолирующего состава и способа герметизации межколонного пространства скважины путем устьевых закачек без остановки работы скважины, обеспечивающих высокое качество изоляции за счет увеличения глубины проникновения состава и более полного заполнения флюидопроводящих каналов.

Сущность изобретения заключается в том, что изолирующий состав для флюидопроводящих каналов в зацементированном межколонном пространстве скважин, включающий раствор, содержащий уретановый предполимер, растворитель и отвердитель - воду, содержит в качестве растворителя полярный растворитель ароматического ряда или ряда хлорпроизводных углеводородов, а в качестве воды - минерализованную воду с добавкой поверхностно-активного вещества ПАВ, при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:

уретановый предполимер 20-75,

указанный растворитель 25-80,

указанный отвердитель 1-5 на 100 мас.ч. раствора.

Предлагаемый способ герметизации флюидопроводящих каналов в зацементированном межколонном пространстве скважин, включающий заполнение этих каналов указанным выше изолирующим составом, содержащим уретановый предполимер, осуществляют в четыре этапа:

- на первом этапе в межколонное пространство нагнетают газообразный агент до полного вытеснения жидкой фазы из флюидопроводящих каналов;

- на втором этапе производят заполнение этих каналов углеводородной безводной жидкостью с низкой вязкостью и высокой проникающей способностью;

- на третьем этапе закачивают указанный раствор уретанового предполимера;

- на четвертом этапе производят закачку указанного отвердителя.

В качестве углеводородной жидкости с низкой вязкостью и высокой проникающей способностью используются, например, керосиновые и бензиновые фракции нефти.

Для приготовления раствора уретанового предполимера используют полярные растворители ароматического ряда (толуол, ксилол, нефрас-А), а также хлорированные углеводороды (дихлорметилен, дихлорэтан и их смеси, композиция АПК), которые благодаря хорошей растворяющей способности и инертности к остаточным изоционатным группам позволяют получать стабильные во времени исходные растворы уретановых предполимеров с низкими показателями вязкости (2-11 мПа·с). Это улучшает возможности транспортирования и обеспечивает большую глубину проникновения раствора.

Транспортировка полярного раствора уретанового предполимера по заполненным керосином каналам происходит по механизму гравитационного замещения, т.е. за счет разности плотностей вытесняемой (керосин) и вытесняющей (раствор уретанового предполимера) жидкостей.

После доставки раствора уретанового предполимера на требуемую глубину производится ввод отвердителя. В качестве отвердителя используют минерализованную (т.е. пресную с добавками водорасторимых солей, морскую или пластовую) воду с ПАВ (неонолом, оксанолом, ОП-7 и т. п.). Входящие в его состав соли обеспечивают увеличение плотности отвердителя относительно ранее введенных жидкостей и уменьшают скорость отверждения уретанового предполимера. Добавка ПАВ в рабочих концентрациях уменьшает величину межфазного натяжения, что увеличивает скорость доставки отвердителя за счет гравитационного замещения на заданную глубину.

В промысловых условиях расчет требуемой глубины ввода изолирующего состава в межколонное пространство и необходимых объемов компонентов производится по результатам предварительно проведенных диагностических исследований скважины.

Для приготовления составов в качестве полиуретанового предполимера использовался продукт "АДВ", представляющий собой уретановый олигомер на основе полиизоцианата, выпускаемый по ТУ 2226-023-22736960-96, и зарубежные продукты, например, Японской фирмы "Тохо Кемикэл Инд." марки "Хайсел" с массовой долей свободных изоцианатных групп 2-10%. В качестве полярного органического растворителя применялись толуол, ксилол, композиция АПК, представляющая собой техническую смесь хлоруглеводородов этанового и метанового рядов (ТУ 2122-232-057634-5897). В качестве отвердителя - пресная вода с добавками неонола, оксанола и CaCl₂ и морская вода с добавками неонола и ОП-7.

Предлагаемый состав и способ изоляции флюидопроводящих каналов апробирован в лабораторных и стендовых условиях в сравнении с выбранным прототипом, приготовленным в соответствии с описанием.

Рецептуры изолирующих составов и значения динамической вязкости ( , мПа·с) растворов предполимеров приведены в таблице 1.

Таблица 1.
Наименование компонента	Динамическая вязкость, мПа·с	Кол-во, мас.ч., %
Состав 1.
АДВ	2	20
Толуол Отвердитель (вода пресная + 0,3% неонола + 2% CaCl 2)		80 1
Состав 2.
АДВ	5	40
м-Ксилол		60
Отвердитель (вода морская + 0,3% неонола)		2
Состав 3.
АДВ	6,5	50
м-Ксилол		50
Отвердитель (вода пресная + 0,5% оксанола + 3% CaCl 2)		5
Состав 4. Хайсел ОН-822 АПК Отвердитель (вода морская + 1,0% ОП-7)	9	75 25 4
Состав 5 - прототип Вилад-17 Бензин Пропилен ДЭА Графит Отвердитель (вода)	57	45 35 3,5 4,5 8 4

Проникающая способность изолирующих составов оценивалась по следующей методике. В капиллярную полиэтиленовую трубку с внутренним диаметром 1 мм и длиной 1 м заливали керосин, нижнюю часть перекрывали зажимом, сверху устанавливали мерник. Приготовленный раствор уретанового предполимера заливали в мерник. Наблюдение за процессом гравитационного замещения при лабораторных испытаниях осуществлялось визуально по четкой границе раздела между несмешивающимися жидкостями различной плотности, а также по замеру объема вытесненного керосина.

Через определенный промежуток времени (после оседания раствора уретанового предполимера до низа трубки) через мерник вводился отвердитель, который за счет большей плотности и наличия ПАВ быстро оседал на дно модельного канала.

По окончании срока выдержки трубки разрезали и оценивали качество отвержденных изолирующих составов.

Аналогично выполнялись эксперименты на модельных образцах цементного камня длиной 100 см с искусственными каналами диаметром 1 мм. Для фиксации момента оседания раствора на дно канала к нижней части модельного образца присоединяли прозрачный капилляр.

Результаты испытаний приведены в таблице 2.

Таблица 2
Номер состава	Вид канала	Время оседания раствора, мин.	Время оседания отвердителя, мин.	Время выдержки, сут.	Вид конечного продукта на дне канала
Состав 1	п/э капилляр	2	17	3	твердый
Состав 2	п/э капилляр	3	14	3	твердый
Состав 3	п/э капилляр	4	17	3	твердый
Состав 4	п/э капилляр	4	15	3	твердый
Состав 5-прототип	п/э капилляр	8	на дно канала не поступает	3	жидкий
Состав 1	цементный	3	17	2	твердый
Состав 2	цементный	5	15	2	твердый
Состав 3	цементный	5	18	2	твердый
Состав 4	цементный	6	16	2	твердый
Состав 5- прототип	цементный	14	на дно канала не поступает	2	жидкий

При использовании предлагаемых составов во всех случаях глубина проникновения была максимальной. Все затвердевшие составы представляли собой упругую, непроницаемую однородную массу, полностью заполняющую поперечное сечение канала.

Технологическую эффективность (герметизирующий эффект, долговечность, газопроницаемость) предлагаемых состава и способа в сравнении с прототипом оценивали на стендовой установке, которая представляет собой металлическую трубу диаметром 73 мм и длиной 60 см с фланцевыми соединениями с обеих сторон. В трубу заливался тампонажный раствор с повышенными изолирующими свойствами на основе портландцемента для образования непроницаемого цементного камня. В период образования цементного камня в его структуре искусственно формировали пристенный канал диаметром 1 мм. Все образцы проверялись на прохождение шаблона (1 мм проволока) через сформированный канал.

В процессе экспериментов искусственный флюидопроводящий канал заполняли керосином и затем сверху последовательно вводили раствор уретанового предполимера и, по истечении расчетного времени отвердитель.

После выдержки в течение 48 часов образцы спрессовывались под давлением 5,0 МПа, которое обеспечивалось подачей воздуха через редуктор из баллона.

Результаты опрессовки цементного камня, в том числе с заизолированным флюидопроводящим каналом, приведены в таблице 3.

Таблица 3.
Тип опыта	Давление опрессовки, МПа	Время опрессовки, мин	Конечное давление опрессовки, МПа	Вывод
Исходный цементный камень без канала	5,0	30	5,0	герметично
Исходный цементный камень с каналом	5,0	30	0	негерметично
Канал заполнен составом 1	5,0	30	5,0	герметично
Канал заполнен составом 2	5,0	30	5,0	герметично
Канал заполнен составом 3	5,0	30	50	герметично
Канал заполнен составом 4	5,0	30	5,0	герметично
Канал заполнен составом 5 (прототип)	5,0	30	0	негерметично

В таблице 4 приведены сведения о факте прорыва газа через испытуемый образец и величине давления прорыва (давление при испытаниях плавно повышалось от 0 до 5,0 МПа).

Как видно из таблицы 4, давление прорыва газа, при испытаниях образца, загерметизированного по способу-прототипу, составило 0,63 МПа. Во всех остальных случаях прорыва газа не происходило, в том числе для образцов, выдержанных в течение 28 суток в водяной ванне при температуре 75°С.

Результаты испытаний показывают, что при использовании предлагаемых составов и способа изоляции флюидопроводящих каналов в цементном камне обеспечивается надежная и долговременная их герметизация.

Таблица 4.
Тип опыта	Давление прорыва газа, МПа
	Через 48 часов при нормальных условиях	Через 28 суток при 75°С
Исходный цементный камень без канала	прорыва газа нет	прорыва газа нет
Исходный цементный камень с каналом	0,01	-
Канал заполнен составом 1	прорыва газа нет	прорыва газа нет
Канал заполнен составом 2	прорыва газа нет	прорыва газа нет
Канал заполнен составом 3	прорыва газа нет	прорыва газа нет
Канал заполнен составом 4	прорыва газа нет	прорыва газа нет
Канал заполнен составом 5 (прототип)	0,63	-

Применение предложенного состава и способа его реализации позволит решить проблему ликвидации межколонных давлений без остановки работы действующих скважин (нефтяных, газовых, нагнетательных) и обеспечить качественную и длительную герметизацию флюидопроводящих каналов в межколонном пространстве скважин.