гелеобразующий состав для глушения скважин

Формула изобретения

1. Гелеобразующий состав для глушения скважин, состоящий из лигносульфонатного реагента, гелеобразователя и воды, отличающийся тем, что он в качестве гелеобразователя содержит материал полимерный "Конкрепол" при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:

Лигносульфонатный реагент	8-10
Материал полимерный "Конкрепол"	3-5
Вода	Остальное

2. Гелеобразующий состав по п.1, отличающийся тем, что в качестве лигносульфонатного реагента он содержит реагент, выбранный из группы: лигносульфонат технический, конденсированная сульфит-спиртовая барда, феррохромлигносульфонат, лигназ.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к газодобывающей промышленности, в частности к гелеобразующим составам (ГОС) для глушения скважин при проведении ремонтных работ в условиях аномально низких пластовых давлений.

Анализ существующего уровня показал следующее:

известен безглинистый полимерный раствор для глушения скважин, рецептура которого имеет следующее соотношение ингредиентов, мас.%:

Полимерный реагент	0,2-1,5
Гидроалюминат натрия	0,01-0,80
Вода	Остальное,

в качестве полимерного реагента он содержит полиакриламид или смесь карбоксилметилцеллюлозы с конденсированной сульфит-спиртовой бардой (КССБ) в соотношении 2:1 или смесь гидролизованного полиакрилонитрила с КССБ в соотношении 1:1 (см. а.с. СССР №1652329 от 05.01.1988 г. по кл. С09К 7/02, опубл. в Бюл. №20, 1991 г.).

Недостатком указанного раствора является невысокая эффективность глушения скважин, ухудшение естественной проницаемости продуктивных пластов после деблокирования, повышенные затраты времени на приготовление состава. Обусловлено это следующими причинами: при взаимодействии ингредиентов сразу после приготовления образуется раствор с условной вязкостью УВ=46 с. Комплексообразователь - гидроалюминат натрия загущает частицы полимерного реагента, но не структурирует, не происходит образование межмолекулярных связей, в итоге не происходит образование гелеобразной структуры, что отрицательно влияет на блокирующие свойства раствора. Такие неструктурированные системы не обладают высокой вязкостью, а раствор характеризуется достаточно высокой проникающей способностью в пласт. Кроме того, раствор имеет высокие значения фильтратоотдачи (см. описание к а.с., с.7-8), что также не обеспечивает надежного эффективного глушения.

Использование указанного раствора осложняет процесс деблокирования, что в свою очередь ухудшает естественную проницаемость продуктивных пластов и повышает время освоения скважины. Использование в качестве полимерного реагента смеси повышает затраты времени на приготовление;

известен ГОС для блокирования пластов, рецептура которого имеет следующее соотношение ингредиентов, мас.%:

Жидкое натриевое стекло	1,0-7,0
Сульфокислота	0,1-2,0
Бихромат или хромат	0,2-4,0
Наполнитель	1,0-5,0
Вода	Остальное,

(см. а.с. СССР №1680950 от 06.07.1987 г. по кл. Е21В 33/138, опубл. в Бюл.№22, 1994 г.).

В качестве высокомолекулярного водорастворимого производного целлюлозы он содержит КМЦ, или КССБ, или УЩР, или окзил, или их смеси. Сульфокислота - регулятор гелеобразования. В качестве сульфокислоты он содержит сульфаминовую, или сульфосалициловую, или толуолсульфокислоты, в качестве наполнителя - инертный дисперсный материал.

Недостатком указанного ГОС является недостаточная эффективность глушения скважин, ухудшение естественной проницаемости продуктивных пластов после деблокирования, повышенные затраты времени на приготовление состава. Обусловлено это следующими причинами: состав имеет повышенные значения фильтратоотдачи (см. пр. №14 акта испытания) за счет непрочного связывания воды в макромолекулярную матрицу, и при незначительном перепаде давления способен отфильтровывать жидкую фазу, что неблагоприятно влияет на естественную проницаемость продуктивного пласта. При взаимодействии породы продуктивного пласта с минеральным компонентом жидкой фазы ГОС происходит изменение структуры продуктивного пласта как за счет набухания связующего материала породы, так и за счет возможного образования трудно растворимых продуктов реакций сульфокислот или силикатов с пластовой водой. При этом снижается естественная проницаемость продуктивного пласта.

ГОС обладает повышенным временем начала гелеобразования, что в промысловых условиях приводит к проникновению его в продуктивный пласт до начала его гелеобразования - начало образования структуры геля, что в свою очередь приводит к ухудшению блокирования. Кроме того, деблокирование пласта необходимо проводить при высокой депрессии, что также способствует нарушению структуры и не обеспечивает сохранение естественной проницаемости продуктивных пластов. Последнее приводит к необходимости дополнительной обработки продуктивного пласта при его деблокировании и увеличению времени освоения скважины.

Указанный ГОС является многокомпонентным и требует повышенных затрат времени на его приготовление;

в качестве прототипа выбран ГОС для глушения скважин, рецептура которого имеет следующее соотношение ингредиентов, мас.%:

Лигносульфонаты технические,
модифицированные гексаметилентетрамином
и карбамидом	40,98-43,31
Хлорид калия	3,70-4,32
Сульфат алюминия	0,52-1,03
Пластовая вода	Остальное,

(см. патент РФ №2138633 от 17.03.1998 г. по кл. Е21В 43/26, опубл. в Бюл.№27, 1999 г.).

Недостатком указанного ГОС является недостаточная эффективность глушения скважин, ухудшение естественной проницаемости продуктивных пластов после деблокирования, повышенные затраты времени на приготовление состава. Обусловлено это следующими причинами: ГОС обладает невысокими значениями условной вязкости (см. описание к патенту с.11-12), пластической вязкости и динамического напряжения сдвига (см. пр. №4 акта испытания). Сульфат алюминия в составе выполняет роль комплексообразователя, однако использование его в заявленном интервале не обеспечивает полного связывания (сшивки) незначительным количеством молекул сульфата алюминия на единицу массы лигносульфонатов технических, модифицированных гексаметилентетрамином и карбамидом. Молекулы сульфата алюминия загущают, а не структурируют систему. В итоге ГОС не обладает необходимой вязкостью, не образуется прочная структура геля. Это обусловлено недостатком содержания водородных ионов в растворе, необходимых для повышения скорости окислительно-восстановительных процессов с образованием катионов алюминия Al ⁺³, иницирующего структурирование. Не образуется прочной структуры геля, ухудшаются блокирующие свойства ГОС. Данный ГОС имеет хорошую подвижность, легко проникает в пласт по высокопроницаемым каналам, что приводит к снижению естественной проницаемости продуктивного пласта и затрудняет процесс деблокирования, увеличивается время освоения. Кроме того, состав неэкономичен из-за стоимости и высокого расхода лигносульфонатов технических, модифицированных гексометилентетрамином и карбамидом.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении предлагаемого изобретения, сводится к следующему:

- повышается эффективность глушения скважины за счет использования состава с улучшенными блокирующими свойствами, обеспечивающими образование более прочной структуры геля при сохранении низких значений фильтратоотдачи;

- сохраняется естественная проницаемость продуктивных пластов после деблокирования, что сокращает время освоения скважин;

- расширяется ассортимент гелеобразующих веществ;

- снижаются затраты времени на приготовление состава.

Технический результат достигается с помощью известного ГОС для глушения скважин, состоящего из лигносульфонатного реагента (ЛР), гелеобразователя и воды, который в качестве гелеобразователя содержит материал полимерный "Конкрепол" (МП "Конкрепол") при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:

ЛР	8-10
МП "Конкрепол"	3-5
Вода	Остальное.

В качестве ЛР он содержит реагент, выбранный из группы: лигносульфонат технический (ЛСТ), КССБ, феррохромлигносульфонат (ФХЛС), лигназ.

Заявляемый ГОС соответствует условию "новизны".

Для приготовления состава используют лигносульфонат технический ЛСТ по ТУ 54-028-00279580-97, КССБ-2 по ТУ 39-094-75, КССБ-4 по ТУ 39-095-75, ФХЛС по ТУ 39-01-08-348-78, лигназ по ТУ 17-06-311-94, МП "Конкрепол" по ТУ 9365-001-13802-623-2003.

ЛР - отходы целлюлозно-бумажной промышленности, по химическому составу являются солями лигносульфоновых кислот. Действующим началом их является укрупненные конденсацией лигносульфоновые кислоты, соединенные углерод-углеродными или эфирными связями и содержащие сульфоновые, гидроксильные и метоксильные функциональные группы. Структурная формула ЛР представлена на фиг.1.

Молекулярная масса лигносульфонатов варьируется в широких пределах от 2000 до 100000 и выше.

МП "Конкрепол" является высокомолекулярным поли N-виниламидом. Структурная формула МП "Конкрепол" представлена на фиг.2.

Процесс гелеобразования основан на многофункциональном характере молекул, ингредиентов, участвующих в нем.

Совместное использование ингредиентов в заявляемых интервалах ЛР и МП "Конкрепол" приводит к образованию ГОС - системы, обладающей комплексом свойств, обеспечивающих эффективное глушение скважин в условиях аномально низких пластовых давлений. При смешивании указанных ингредиентов происходит межмолекулярное взаимодействие (сцепление функциональных групп). На строение и физико-химические свойства полученной системы сильное влияние оказывают межмолекулярные связи, которые протекают в используемых веществах, а именно гелеобразная система образуется за счет сцепления функциональных групп МП "Конкрепол" и ЛР.

Процесс гелеобразования идет за счет сцепления (сшивки) между атомами, молекулами или ионами, то есть за счет межмолекулярных связей. Все межмолекулярные связи имеют электростатическую природу. Образование структуры геля в предлагаемом ГОС идет за счет водородных и Вандер-Вальсовых связей (О-Н...O; О-Н...N; N-Н...О; N-Н...N). Образование водородных связей идет по атому азота и карбоксильной группы МП "Конкрепол" с сульфоновой, гидроксильной и метоксильной группами ЛР. Сцепление функциональных групп с образованием поперечных мостиков обеспечивает системе пространственную структуру в виде сеток между дисперсной средой ЛР и дисперсионной фазой гелеобразователя - МП "Конкрепол") происходит сшивка и постепенный переход в полимер сетчатого строения. При изменении структуры из линейной формы в трехмерную или сетчатую теряется подвижность макромолекулы и функциональные группы оказываются связанными - сшитыми.

Образование вышеуказанных связей способствует образованию прочной структуры геля, препятствует истечению жидкости из ГОС и тем самым придает ему повышение значения условной и пластической вязкости, динамического напряжения сдвига. Образование прочной структуры геля обеспечивает улучшение блокирующих свойств, что повышает эффективность глушения скважин при использовании предлагаемого ГОС. ГОС обладает низкими значениями фильтратоотдачи (см. акт испытания) и практически не содержит активных функциональных групп и поэтому является относительно нейтральным к пластовым флюидам в скважине и характеризуется малой адгезией к пористой среде продуктивных пластов. Это обеспечивает ему стабильность и сохранение реологических свойств в течение времени, необходимого для проведения ремонтных работ. Данный ГОС выдерживает достаточно высокие перепады давления на продуктивный пласт, однако легко (при низких давлениях) удаляется из скважины при депрессии в процессе его деблокирования. Это обусловлено тем, что ГОС обладает слабой адгезионной активностью. Кроме того, деблокирование пласта при низких значениях депрессии исключает возможность дилатансии, в результате которой может быть снижена естественная проницаемость продуктивного пласта.

Образующиеся при межмолекулярном взаимодействии связи являются более слабыми, чем химические (ковалентные), и легко могут быть разрушены при воздействии соответствующего растворителя. То есть данный ГОС легко деблокируется из пласта, сохраняется естественная проницаемость продуктивных пластов после деблокирования и, как следствие, сокращается время освоения. Снижаются затраты времени на приготовление гелеобразующего состава. Использование МП"Конкрепол" в качестве гелеобразователя расширяет ассортимент гелеобразующих веществ.

Содержание в ГОС ЛР в количестве менее 8 мас.%, МП "Конкрепол" менее 3 мас.% нецелесообразно, так как не обеспечивает образования гелеобразной структуры.

Содержание в составе ЛР в количестве более 10 мас.%, МП "Конкрепол" более 5 мас.% приводит к увеличению показателей вязкости его, в результате чего возникают осложнения при прокачивании в процессе использования.

Таким образом, согласно вышеуказанному предлагаемым ГОС обеспечивается достижение заявляемого технического результата.

По имеющимся источникам известности не выявлены технические решения, имеющиеся признаки, совпадающие с отличительными признаками предлагаемого изобретения по заявленному техническому результату.

Заявляемый состав соответствует условию "изобретательского уровня".

Более подробно сущность заявляемого изобретения описывается следующими примерами.

В промысловых условиях используют ГОС для глушения скважины №1471 Комсомольского газового месторождения.

Исходные данные

Наружный диаметр эксплуатационной колонны, мм	168
Внутренний диаметр эксплуатационной колонны, DВЭК, мм	150,2
Наружный диаметр насосно-компрессорных труб, DННКТ , мм	114
Внутренний диаметр насосно-компрессорных труб, DВНКТ , мм	92,46
Искусственный забой, м	1040
Текущий забой, м	1039
Интервал перфорации, м	1004,2-1016; 1022-1026; 1029-1036
Скважина наклонно направленная,
max угол 24°С в интервале	800-820 м
Устье оборудовано фонтанной арматурой
и колонной головкой Венгерского производства:
DKG-EAST - 95/8 ×65/8 ×41/2 РПЛ,	Па 6,481

Скважина остановлена по причине обводнения подошвенной водой.

По данным геофизических исследований, газоводяной контакт на скважине определен на глубине 1039 м, необходимо проведение водоизоляционных работ путем изоляции нижнего интервала 1029-1036 м, для чего производят глушение скважины.

Рассчитывают:

1. Объем ГОС для глушения скважины определяют по формуле

где V_ГОС - объем ГОС для глушения скважины, м³;

к - коэффициент запаса для сеноманских залежей;

к=6, определен из опыта работ на данном месторождении;

h_ф - расстояние от верхних перфорационных отверстий до текущего забоя, м;

h_Ф=1039-1004,2=34,8 м.

Таким образом

2. Предполагаемую высоту ГОС определяют по формуле

3. Объем первой пачки технической воды определяют по формуле

где V₁ - объем первой пачки технической воды, м³;

L _СКВ - глубина скважины, м.

4. Объем второй пачки технической воды определяют по формуле

Готовят 3,70 м³ ГОС для глушения скважины. Приготовление 3,72 м³ проводят в емкости блока приготовления объемом 5 м ³.

Для этого 370 кг ЛСТ (что составляет 10 мас.%) растворяют в 3182 л воды (что составляет 86 мас.%) при периодическом перемешивании насосом ЦА-320. Выдерживают в течение 1 суток для полного растворения ЛСТ. Затем в эту же емкость добавляют 148 кг (что составляет 4 мас.%) МП "Конкрепол". Смесь перемешивают в течение 20 минут ЦА-320.

С целью создания равного гидростатического давления на ГОС как в эксплуатационной колонне, так и в насосно-компрессорные трубы процесс глушения проводят в три стадии:

1. Закрывают трубное пространство скважины и закачивают первую пачку технической воды в затрубное пространство. Рост давления нагнетания свидетельствует о заполнении фильтровой зоны.

2. Закачивают ГОС в затрубное пространство скважины, при этом трубное пространство скважины должно быть открыто на факельную линию, оборудованную штуцером 8-10 мм.

3. Продавливают ГОС для глушения скважины второй пачкой технической воды до появления первой пачки технической воды на факельной линии, что свидельствует о заполнении скважины. Прекращают закачку и закрывают скважину.

Скважину закрывают на технологический отстой в течение 12 часов с контролем устьевых давлений.

После глушения скважины проводят ремонтные работы. По их окончании продуктивный пласт деблокируют при депрессии 0,5 МПа, а затем производят освоение скважины двухфазной пеной, плавно снижая противодавление на пласт до получения притока газа.

Освоение скважины после глушения предлагаемым ГОС происходит в течение 1,5-2 часов, что меньше обычных 12 часов, а отработка скважины на факел 2 дня, что меньше обычных 6 дней.

В результате применения ГОС время выхода скважины на доремонтный режим эксплуатации сокращается с 7 до 3 суток.

Пример 1 (лабораторный).

Для приготовления 200 г ГОС 16 г ЛСТ (что составляет 8 мас.%) растворяют в 178 мл воды, что составляет 89 мас.%. После чего в полученный раствор вводят 6 мл МП "Конкрепол", что составляет 3 мас.%. Производят перемешивание. Определяют свойства полученного ГОС.

ГОС имеет следующие свойства:

плотность =1003 кг/м³, условная вязкость Т=110 с, водоотдача за 30 минут Ф₃₀=0,5 см ³, статическое напряжение сдвига СНС через 1 минуту - 14,0 дПа, через 10 минут - 19,5 дПа, пластическая вязкость =22,0 мПа·с, динамическое напряжение сдвига ₀=134 дПа, давление прорыва состава -12 МПа, давление деблокирования 0,08 - МПа, коэффициент восстановления проницаемости К=0,98.

Давление прорыва состава - максимальное давление, выдерживаемое заблокированным керном, и давление деблокирования определяли на модели прористой среды. Состав загружают в разделительную емкость и с помощью пресса высокого давления нагнетают в образец искусственного керна диаметрои 25 мм и длиной 86 мм. Разделительную емкость вновь заполняют составом и соединяют с моделью пористой среды. Создают перепад давления, максимально выдерживаемый гелеобразующим составом, и в таком состоянии оставляют на 24 часа. Давление в это время поддерживают постоянным, несколько меньше давления фильтрации. Определяют давление прорыва гелеобразующего состава и давление деблокирования.

Пример 2.

Готовят 200 г ГОС, г/мас.%:

Лигназ	18/9
МП "Конкрепол"	6/3
Вода	176/88

Проводят все операции, как указано в примере 1.

ГОС имеет следующие свойства:

=1005 кг/м³, Т=128 с, Ф ₃₀=0,5 см³, СНС через 1 минуту - 16,7 дПа, через 10 минут - 20,0 дПа, пластическая вязкость =26,0 мПа·с, ₀=181,9 дПа, давление прорыва состава - 13 МПа, давление деблокирования - 0,10 МПа, К=0,97.

Пример 3.

Готовят 200 г ГОС, г/мас.%:

ФХЛС	20/10
МП "Конкрепол"	6/3
Вода	174/87.

Проводят все операции, как указано в примере 1.

ГОС имеет следующие свойства:

=1006 кг/м³, Т=141 с, Ф ₃₀=0,5 см³, СНС через 1 минуту - 17,0 дПа, через 10 минут - 20,8 дПа, =35,0 мПа·с, ₀=248,9 дПа, давление прорыва состава - 16 МПа, давление деблокирования - 0,15 МПа, К=0,97.

Пример 4.

Готовят 200 г ГОС, г/мас.%:

КССБ-2	16/8
МП "Конкрепол"	8/4
Вода	176/88.

Проводят все операции, как указано в примере 1.

ГОС имеет следующие свойства:

=1003 кг/м³, Т=122 с, Ф ₃₀=0,2 см³, СНС через 1 минуту - 20,0 дПа, через 10 минут - 25,2 дПа, =30,0 мПа·с, ₀=191,5 дПа, давление прорыва состава - 14 МПа, давление деблокирования - 0,12 МПа, К=0,97.

Пример 5.

Готовят 200 г ГОС, г/мас.%:

КССБ-2	20/10
МП "Конкрепол"	8/4
Вода	172/86.

Проводят все операции, как указано в примере 1.

ГОС имеет следующие свойства:

=1006 кг/м³, Т=162 с, Ф ₃₀ - отсутствует, СНС через 1 минуту - 23,0 дПа, через 10 минут - 30,9 дПа, =42,0 мПа·с, ₀=268,5 дПа, давление прорыва состава - 19 МПа, давление деблокирования - 0,18 МПа, К=0,96.

Пример 6.

Готовят 200 г ГОС, г/мас.%:

КССБ-2	18/9
МП "Конкрепол"	8/4
Вода	174/87.

Проводят все операции, как указано в примере 1.

ГОС имеет следующие свойства:

=1005 кг/м³, Т=137 с, Ф ₃₀ - отсутствует, СНС через 1 минуту - 22,0 дПа, через 10 минут - 25,0 дПа, =34,0 мПа·с, сдвига ₀=215,9 дПа, давление прорыва состава - 15 МПа, давление деблокирования - 0,14 МПа, К=0,97.

Пример 7.

Готовят 200 г ГОС, г/мас.%.

КССБ-4	16/8
МП "Конкрепол"	10/5
Вода	174/87.

Проводят все операции, как указано в примере 1.

ГОС имеет следующие свойства:

=1003 кг/м³, Т=137 с, Ф ₃₀ - отсутствует, СНС через 1 минуту - 25,0 дПа, через 10 минут - 31,0 дПа, =41,0 мПа·с, ₀=258,5 дПа, давление прорыва состава - 18 МПа, давление деблокирования - 0,17 МПа, К=0,96.

Пример 8.

Готовят 200 г ГОС, г/мас.%.

КССБ-4	20/10
МП "Конкрепол"	10/5
Вода	170/85.

Проводят все операции, как указано в примере 1.

ГОС имеет следующие свойства:

=1004 кг/м³, Т=179 с, Ф ₃₀ - отсутствует, СНС через 1 минуту - 28,0 дПа, через 10 минут - 35,9 дПа, =55,0 мПа·с, ₀=283,3 дПа, давление прорыва состава - 22 МПа, давление деблокирования - 0,21 МПа, К=0,95.

Пример 9.

Готовят 200 г ГОС, г/мас.%:

ФХЛС	18/9
МП "Конкрепол"	10/5
Вода	172/86.

Проводят все операции, как указано в примере 1.

ГОС имеет следующие свойства:

=1003 кг/м³, условная вязкость Т=142 с, Ф₃₀ - отсутствует, СНС через 1 минуту - 26,2 дПа, через 10 минут - 32,0 дПа, =46,0 мПа·с, ₀=271,5 дПа, давление прорыва состава - 20 МПа, давление деблокирования - 0,19 МПа, К=0,96.

Таким образом заявляемое техническое решение соответствует условию "новизны, изобретательского уровня, промышленной применимости", то есть является патентоспособным.