Способ тампонирования скважин

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН вЯОаи 109084 Зд 1 Е 21 В 3313 ОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН КАВ ЬСТВ(56) 1. Авторское свидетельство В 916742, кл. Е 21 В 33/13, 1982. Соловьев Ю.Ф., Корпушенко Разработка технических средств и технологии изоляции зон поглощения с использованием вспененных полимеризующихся карбамидных растворов. Отчет. В ГР 78026193. Инв. В 6869616 Иркутский политехнический институт, 1980 (прототип).(54)(57) СПОСОВ тАМПОНИРОВАНИЯ СКВАЖИН отверждающимися газожидкостными смесями, включающий нагнетание в зону тампонирования смеси, содержащей карбамидную смолу, пенообразователя, воды, воздуха и отвердителя, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения эффективности тампонирования путем предупреждения преждевременного отверждения при одновременном снижении энергоемкости нагнетания смеси и повышения прочности отверждающегося материала, отвердитель вводят в твердом состоянии с размером зерен 0,5-1,5 мм, а нагнетание смеси закан- д чивают перед началом интенсивного Е отверждения и деформационного разупрочнения тампонирующей смеси, определяемым по кривым кинетики ее от- С верждения и деформации.Изобретение относится к бурениюскважин в осложненных, условиях,аименно к способам тампонированияскважин отверждающимися гаэожидкостными смесями. 5Известен способ крепления призабойной зоны скважины, включающийэакачивание в призабойную зонукарбамидной смолы, отверждаемойсоляной кислотой, и ее вспенивание, причем вспенивание смолы осуществляют сжиганием порохового заряда в скважине 1.1 1,Недостатками этого способа являются сложность технического и технологического осуществления, необходимость остановки процесса бурениядля тампонирования и частпчнаятермическая деструкция образующегося полимера, что снижает прочностьтампонажного материала.Наиболее близким по составу итехнической сущности к изобретениюявляется способ изоляции зон поглощения с использованием вспененных 25полимеризующихся карбамидных растворов, включающий закачивание в зону поглощения карбаиидной смолы,кислотного отвердителя, пенообразователя, воды и воздуха при воздушно- .30механическом методе вспенивания 2 3.Недостатками известного способаявляются повышенная коррозия оборудования и бурильной колонны используемых для доставки смеси с кислотоив зону сложнения, высокая энергоемкость нагнетания смеси за счетее повышенной вязкости и связи с ранними сроками отверждения. Кроме того, отмечается недостаточная 4 О прочность тампонирующего материала в результате его деформациэнного разрушения и разупрочнения в процессе нагнетания с одновременным отверждением жидким кислотным отвердителем.Целью изобретения явпяется повышение эффективности тампонирования путем предупреждения преждевременного отверждения при одновременном снижении энергоемкости на нагнетание смеси и повышении прочности отверждающегося тампонажного материала.указанная цель достигается тем что отвердитель вводят в твердом состоянии с раэмерок зерен 051,5 мм, а нагие. ание смеси заканчивают перед началом интенсивного отверждения и деформационного разупрочнения тампонирующей смеси, определяемым по кривым кинетики ее отверждения и деформации.Введение в тампонирующую смесь отвердителя в твердом состоянии способствует уменьшению его начальной реакционной способности, так как в реакции со смолой участвуют поверхностные слои кристаллов, реакционная поверхность и активность которых увеличивается по мере их растворения и движения в зону тампонирования . Это вызывает увеличение общего периода отверждения смеси и увеличение срока до начала интенсивного отверждения и формирования пространственной сетчатсй структуры вспененного тампонажного материала. В результате этого процесса предупреждается преждевременное отверждение смеси и, соответственно, повышение вязкости и потеря текучести. Окончательное формирование структуры вспененного полимера происходит в большей степени в зоне тампонирования. Кроме того, использование отвердителя в твердом состоянии снижаети коррозионную активность смеси по отношению к нагнетател:Ому оборудованию и бурильной колонне вкачестве средства доставки.Зерна отвердителя в кристаллическом состоянии не должны превышать размеров 1,5 мм, так как это Отрицательно влияет на процесс пенообразования и стабилизацию вспененнэго состава. Зерна отвердителя не должны быть менее размера 0,5 мм, так как в противном случае Они ОГ носительно быстро растворяются в смеси, повышая ее вязкость.Пенообраэователь выбирается кэ группы ПАВ, стойких к воздействию отвердителя. На фиг. 1 представлена кинетика растворенйя зерен отвердителя различного размера (кривая 1), совмещенная с кинетикой начала интенсивного отверждения (кривая 2) дчя различных размеров зерен в тампонирующей смеси с соотношением ингредиентов, указанных ниже ла ф.п .2 кинетика изменения вязкости ог" верждающейся. тампонирующей с.меси с жидким отвердителем (кривая 1,1 и с кристаллическим отвердтелек (кривая 2) для состава с соотношением ингредиентов: карбамилна, смола607, эмульгатор Е- 17, твердаяортофосфорная кислота - 0,37., вода - остальное; на фиг. 3 - кинетикаизменения вязкости отверждающейсятампонирующей смеси; на фиг, 4 - 5кинетика деформации отверждающейсятамнонирующей смеси, на фиг. 5 -схема тампонирования и обвязка по"верхностного оборудования,Отсчет времени велся с момента 10добавления отвердителя.В точке Д пересечения кривыхи 2 время начала интенсивного отверждения смеси (окончание нагнетаниясмеси) соответствует времени окончания растворения зерен отвердителяв смеси. Ниже точки Ф зерна отвер"дителя растворяются до начала интенсивного отверждения смеси, Вышеточки Д нерастворенные зерна отвердителя находятся в интенсивноотверждающейся смеси. Причем растворимость зерен заметно снижается,и в дальнейшем нерастворенные зернаостаются в отвержденной смеси. 25Из полученных данных следует,что использование отвердителя с размером зерен меньше 0,5 мм, напримерпорядка м 0, 2 мм, в меньшей степенивлияет на предупреждение преждевре- ЗОменного отверждения и на спиженневязкости смеси в период ее прокачивания, и по этим параметрам незначительно отличается от смеси, имеющей отвердитель в жидком виде. Так,если начало интенсивного отверждениясмеси с отвердителем с размером зерен 0,5 - 1,5 мм (рис. 2) происходит в два раза позже, чем для состава с жидким отвердителем (т.е. разин-,ца во времени порядка 1007), то длясмеси с зернами -0,2 мм эта разница составляет 207., что,конечно,влияет на достижение поставленнойцели, но не столь значительно, чемдля смеси с зернами 0,5 - 1,5 мм.Поэтому выбран минимальный размер зерен 0,5 мм.Избыток отвердителя снижает прочность и стабильность отверждающейся смеси. Поэтому зерна отвердителя должны раствориться в смеси до начала ее интенсивного отверждения, до заканчивания ее нагнетания (нагнетание способствует перемешиванию и однородчому распределению отвердителя), что способствует однородному распределению отвердителя в смеси и не приводит к снижению ее прочности и стабильности.Концентрация отверДителя в смеси незначительна (порядка 2 -4 Х), и поэтому слишком крупные зерна отвердителя (более 1,5-2 мм) приводят к его неоднородному распределению в смеси, что отрицательно сказывается на ее прочности и стабильности.Превышение размеров зерен отвердителя выше максимально допустимого значения приводит к тому, что в смеси начинается период интенсивного отверждения, в то время как еще не все зерна отвердителя растворились (нагнетание смеси заканчивают до начала ее интенсивного отверждения), что приводит к образованию локальных зон с повышенной концентрацией отвердителя, которая, как показывают исследования, может привести к разрушению образовавшейся структуры смеси, Отрицательное влияние локальных зон с повышенной концентрацией отвердителя начинает заметно сказываться для смеси с зернами более 1,5 мм.Клапанные узлы современных буровых насосов (например, НБЗ/40) могут нормально работать при перекачивании сред с твердыми частицами размером до 2 мм и с содержанием их до 57., (по весу) в перекачиваемой среде, что соответствует параметрам предлагаемого способа н не препятствует с точки эренйя технического воплощения его внедрению.Исходя из вышеизложенного, выбран верхний предел размеров зерен отвердителя порядка 1,5 мм.В табл . 1 представлены сравнительные данные изменения реологнческихи прочностных свойств тампопирующего состава, полученного по известному и гредлагаемому способам, и данные кинетики изменения вязкости отверждающейся тампонирующей смеси с жидким (известный) и кристаллическим (предлагаемый способ) отвердителем (размер зерен 0,5 1,5 мм) для состава с соотношением ингредиентов.кристаллическим отвердителем (предлагаемый) жидким отвердителеи (известный) Время,мин кристаллическим отверднтелем (предлагаемый) 0 1270 700 340 320 4 375 6 415 850 350 1260 400 670 820 а 4 470 1030 550 Таблица 2 Нагрузка на сжатие обре.зцов в 2 раПримечание за, кг (время, мин) Время деформациисостава, мин 6,4 (16, 22, 36, 50)10(23), 11(28), 16(45) 1 11(52)12(16), 8(25), 13(32), 9(50)12(23), 12(ЗО), 5(45), 4(52)1,7(18,35, 50)0,6(22, 45, 52) В скобках дано С жидким отвер. 8дителем11 время начала и окончания приложениянагрузки (отсчет времени с момента ввода отверднтеля) 6,5 (зз, 44, 62 83, 106)10(46), 11(56), 16(90), 11(112)12(33), 16,5(50), 26(62), 18( 100) С твердым отвердителем 12(47), 12(58), 10(93), 8(112) 1,6 (36, 70, 112)0,6 (44, 90, 112) 35 Вязкость, сП, для смеси с Вязкость, сП, для смеси с 2.0В табл. 2 показано влияние введения отвердителя в твердом виде (по предлагаемому способу) на прочностные свойства отверждающейся тампонирующейся смеси в сравнении с известным способом,7Введение отвердителя в виде кристаллов приводит не только к сдв гу в более поздний период начала интенсивного отверждения смеси, но и приводит к сдвигу на такой же более поздний период отрицательного впияния деформации смеси на прочность.При достижении определенного кри тического значения времени вязкость отверждающейся вспененнои смеси начинает быстро возрастать, что соответствует началу интенсивного отверждения смеси. Поэтому смесь необ ходимо нагнетать до начала интенсивного отверждения, так как повы" шение вязкости смеси приводит к повьппению энергоемкости ее прокачивания по трубам и протяженным каналам тампонируемых пород.Практически кинетика отверждения вспененного полимерного состава снимается с помощью реологических приборов или вискозиметров, например ВСН-З, Реотест(ГДР) и т.п, Продолжительность начальной стадии отверждения смеси до начала интенсивного отверждения меняется в зав симостн от ее состава, концентрации и вида отвердителя, времени перемешивания (турбулизации), давления и других Факторов. Однако независимо от ее длительности наиболее эффективное время окончания прокачивания смеси соответствует концу этой стад В этот период происходит Формирование начальной вспененной полимеризующейся структуры без существенно" го повышения структурно-механических свойств (вязкости). Поэтому наиболее рационально в это время производить перемешивание и турбулизацию смеси под давлением прокачи вания, что сопряжено с минимальными энергозатратами, а также способству ет разрушению дефектных полимеризационных связей с последующим упорядочением и упрочнением образующейся пространственно-сетчатой структуры.Нагнетаемая по трубам и затрубному пространству в зону тампонирования отверждающаяся смесь находитс под давлением и имеет турбулентный режим движения, что приводит к деформации, образующейся в процессе отверждения полимера, имеющего прос ранственную сетчатую структуру. ДеФормация отверждающегося вспененно" го состава в период, предшествующий 1090847 8интенсивному отверждению, способствуи- ет увеличению прочности состава. Придальнейшей деформации прочность падает и вместо ячеистой структуры(пенопласта) образуется отвержденнаякрошка, что отрицательно влияет накачество тампонирования. В связис образованием крошки и нарушенияструктуры нагнетаемой смеси происхо 10 дит забивание крошкой проходного сечения нагнетательных труб и повышениеэнергоемкости прокачивания. Поэтомунагнетание с целью повышения прочности образующегося вспененного тампон нажного состава и предупрежденияего деформационного разупрочнения.необходимо заканчивать до началаинтенсивного отверждения и деформационного разупрочнения состава,20 определяемых соответственно по кривымкинетики отверждения, снимаемым по зависимости вязкости от времени отверждения и изменения прочности насжатие отверждающейся вспененнойсмеси от времени ее деформации(турбулизации илн перемешивания).Тампонирование скважины при катан- строфическом поглощении на забоеосуществляется следующим образом.Исходные данные: глубина скважины 400 м, интервал поглощения 398 -400 м. На конце колонны бурильныхтруб диаметром 50 мм установлен пакер с упорным хвостовиком. ии, В емкости 1 приготавливается 20 лраствора смолы и пенообразователя.Непосредственно перед включениемподпорного насоса 2, отрегулированного на подачу 10 л/мин, в раствор40вводится кристаллическая ортофосфорная кислота с размером зерен05-1,5 мм. Прн введении кислоты производят перемешивание раствора в те чение 10-15 с для равномерного распределения кристаллов кислоты в45объеме раствора. Вентиль 3 закрыт.После введения кислоты производятвключение подпорного насоса 2, дожимного насоса 4 и компрессора 5.Образовавшаяся отверждающаяся газожидкостная смесь по манифольду 6 пося тупает в колонну бурильных труб 7,на конце которой смонтирован пакер8 с упорным хвостовиком. При падении уровня тампонажного раствора в темкости 1 до предельного уровня,обеспечивающего режим всасываниянасоса 2, производят долив в емкость 1 буферной продавочной жид 1090847 10:ф = 12,5 мин, 32 объем внутренней полостиколонны бурильных труб, л,;подача буферной продавочной жидкости, 32 л/мин. где Приближенно объем внутреннейполости 1 м колонны бурильных грубдиаметром 50 мм равен 1 л, длина кости, которая одновременно обеспечивает промывку насоса 2 и колонны 7, Далее выключают компрессор 5,переключают подачу насоса 4 (НБ 4320/63, диаметр плунжера 45 мм) с 5третьей скорости на первую, чтообеспечивает уменьшение подачис 105 до 32 лмин, открывают вентиль 3, Насос 4 начинает нагнетатьбуферную продавочную жидкость иземкости 9, которая одновременнопромывает его и колонну. бурильныхтруб 7. При открытом пакере 8производится продавливание буфернойжидкостью отверждающейся газожидкостной тампонирующей смеси в зонупоглощения под давлением, При достижении буферной продавочной жидкости конца колонны бурильных трубпоследние приподнимаются, что обеспечивает эакрьпие пакера и снятиедавления нагнетания тампонирующейсмеси. Зона поглощения благодаряэффекту Жамена, высокой адгезии, низкого гидростатического давления и 5 потери текучести смеси надежно изолируется.Тампонажнаясмесь нагнетается в зону поглощения под максимальным давлением 63 кгс/сьев В соответствии ЗО с кривыми кинетики отверждения(фиг, ) и деформации (Фиг. 5) допустимое время продавливания для данного состава не более 15 мин.Ниже приведен проверочный расчет 35 времени, необходимого на прокачивание смеси, согласно характеристике оборудования.Общее время нагнетания тампонирующей смеси Т .= Т+ Т , где Т 1 - 4 О время нагнетания смеси с использованием буферной продавочной жидкости; Т 2 - вреия нагнетания тампонирую. щей смеси при помощи дожимного на - соса 4 до момента использования буферной продавочной жидкости Т 2 мин.Время Т определено по Формулеколонны 400 м, следовательно,объем У = 400 л,Т = Т,+ Т = 12,5 + 2 = 14,5 мин Из условия обесгечения заканчивания нагнетания тампонирующей смеси перед началом ее интенсивного отверждения и деформационного разупрочнения зто время Т соответствует времени Т на кривой кинетики отверждения (фиг. 4) и кривой кинетики деформации (фиг. 5), которые получены для смеси, имеющей следующее соотношения компонентов, мас,7:Мочевинно-формальдегидная(ГДР) 1 Кристаллическая ортофосфорная кислотаНРО с размеромзерен 0,5-1,5 ммВода 0,3ОстальКривые изменения реологическихи структурных свойств тампонирукщегосостава определяются предварительно ноеВ общем случае, варьируя временем Т, зависящим от подачи насосаи объема пути продавливания смесии временем Т, зависящим от составатампонирующей смеси из условия соблюдения ограничений по кинетикеотверждения и деформации смеси,1подбирают оптимальные технологическиепараметры тампонирования,В схеме тампонирования (Фиг. 3)используется следующее основноеоборудование поверхностной обвязки:подпорный шестеренный насос 2 с регулируемой подачей, установка 4 насосная (НБ 4"320/63) со смонтированнымина ней азраторами, установка 5 компрессорная передвижная СОА9 = 0,5 мз/мин, Р = 6 кгс/см),Давление нагнетания тампочирующей смеси, производительность, времяпри нагнетании и газожидкостное соотношение, зависят от конкретных геологотехнических условий, в т.ч. длиныпути и сопротивления движения смеси,приемистости зоны поглощения, технической характеристики используемого оборудования и состава тампонирующей смеси.для каждой партии смолы с учетом рецептуры смеси, выбранные рецептуры смеси и время их отверждения используются уже в готовом виде для различных геологотехнических условий тампонирования по соответствующим таблицам, что делает доступнымспособ в полевых условиях.Использование отверждающихся газо- жидкостных смесей на основе карба О мидных смол для тампонирования скважин является наиболее перспективным направлением применения вспененных тампонирующих смесей. Предлагаемый способ позволяет повысить долговечность оборудования и бурильной колонны, снизить энергоемкость нагнетания смеси на 20-ЗОБ и уменьшить до 253 расход тампонирующих материалов за счет исключения повторного тампонирования в связи с повышением его качества и прочности состава.1090847 Составитель Е.Тангалычевшненкова Техред Ж.Кастелевич Корректор В.Синицка Редакто Подписно ПП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,каз 3031/19 ВНИИПИ по 113035, Тираж 5 б 4осударственного коитета СССРелам изобретений и открытийсква, Ж, Раушская наб., д. 4/5