тампонажный материал для изоляции водопритоков в нефтяных и газовых скважинах

Формула изобретения

1. Тампонажный материал для изоляции водопритоков в нефтяных и газовых скважинах, состоящий из фенолоформальдегидной смолы резольного типа, минеральных или органических кислот и наполнителя, отличающийся тем, что в качестве тампонажного материала используют смесь, которая получается после перемешивания с наполнителем смолистого слоя, образующегося после расслоения в течение 5 - 15 мин композиции, дополнительно содержащей добавку пенообразователя и активатора процесса.

2. Тампонажный материал по п.1, отличающийся тем, что в качестве активатора процесса используют диоксибензолы в количестве 0,5 - 2,5 массы фенолоформальдегидной смолы.

3. Тампонажный материал по п.1, отличающийся тем, что в качестве пенообразователя используют изоцианаты, диамины, сульфонол, изопентан, метиленхлорид, азодикарбонамид, порофор-18, азодикарбоксилат бария, углекислый аммоний, углекислый натрий, диоксид углерода в количестве 0,06 - 1,0 массы пенообразователя.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности, в частности к способам увеличения нефтеотдачи за счет герметизации обсадных колонн добывающих скважин, ликвидации заколонных перетоков при прорывах воды в нефтеносный пласт. Изобретение может быть использовано для повышения фильтрационного сопротивления и выравнивания обводненных зон нефтенасыщенного коллектора, а также для проведения различных гидроизоляционных работ, связанных с защитой конструкций и сооружений от воздействия влаги.

Существующие способы ограничения водопритока основаны на использовании как эмульсионных, так и суспензионных тампонирующих водных растворов. В качестве тампонирующих материалов применяют некоторые виды цементов, полимеры (фенольные и эпоксидные смолы, полиакриламид, гипан), силикат натрия, катионоактивный латекс и др. Нашли также распространение полимерцементные, гипсополимерные и гипаноцементные смеси, характеризующиеся высокими структурно-механическими свойствами (Соловьев Е.М. Заканчивание скважин.- М.: Недра, 1979, с. 180-209). Вместе с тем существенным недостатком полимерных смесей является их усадка при твердении, особенно в пластовых водах, достигающая при 30%-ном содержании смолы (ТСД-9, ФР-12) более 5%.

В последнее время для изоляции поглощающих горизонтов широкое применение находят полимерные и тампонирующие составы, обладающие небольшой плотностью, хорошей адгезией, устойчивостью к коррозии, высокой фильтрационной способностью. Наиболее близким к заявляемому тампонажному составу являются смеси на основе резольных фенолоформальдегидных смол (ТСД-9, ТСД-12, ФС), обеспечивающие прочность и стойкость пластмассового камня в забойных условия ( Данюшевский В.С., Алиев Р.М., Толстых И.Ф.Справочное руководство по тампонажным материалам. -М. : Недра, 1987, с. 188 и 189). Эти смолы обладают селективностью действия, т.е. образование водоизолирующего состава происходит в водной среде. При этом во время транспортирования растворов до зоны поглощения и в самой зоне они в значительной мере перемешиваются с промывочной жидкостью и с пластовой водой, что значительно ухудшает их изоляционную способность. Кроме того, существенным недостатком таких тампонажных смесей является их недостаточная механическая прочность, усадка при твердении, достигающая 10-15%, что заметно снижает гидроизолирующие характеристики образующегося камня.

Техническим результатом при использовании изобретения является разработка тампонажной композиции на полимерной основе, которая может отверждаться при 20-110^oC.

Технический результат достигается тем, что в качестве тампонажного материала используется водонерастворимая фенолоформальдегидная смола резольного типа, содержащая отверждающие агенты, активатор, пенообразующие добавки и наполнитель. Содержание компонентов в смеси определяется условиями в зоне обработки и прежде всего температурой, которая может колебаться от 20 до 110^oC.

Применение водонерастворимой смолы предотвращает ее разбавление в пластовой воде, что позволяет сохранить высокую изолирующую способность пластика. Получение водонерастворимых фенолоформальдегидных смол (например, СФЖ-3027Б, -3012, -3014, ГОСТ 209007-75) осуществляют после смешения компонентов тампонирующей смеси. Образующаяся смесь в течение 5-15 мин (в зависимости от состава) расслаивается на верхний водный и нижний смолистый слои. Верхний слой сливают, а нижний, сохраняющий подвижность (прокачиваемость), используют в качестве тампонирующего материала.

Сшивающими агентами композиции являются как неорганические (соляная, серная, фосфорная), так и органические (п-толуолсульфокислота, щавелевая) кислоты.

Активатором процесса отверждения являются диоксибензолы (резорцин, пирокатехин и др.), которые благодаря своей более высокой реакционной способности, чем фенолы, активируют сшивку смолы с образованием метиленовых мостиков. Применение диоксибензолов является необходимым при проведении гидроизоляционных работ с температурой в зоне обработки ниже 50^oC.

Присутствие в композиции пенообразующих добавок (изоцианаты, диамины, сульфонол, углекислый аммоний и др.) в количестве 0,06-1,0% приводит к ликвидации усадки и увеличению объема образующегося камня на 1,5-2,5% без существенного снижения его физико-механических характеристик.

Введение в композицию до 20 вес.% мелкодисперсного наполнителя (резиновая крошка, древесная мука, лапрол, сульфоуголь и др.) существенно повышает эффективность изоляции зон поглощения, улучшает пластичность образующегося камня, ударную вязкость и стойкость к вибрационным нагрузкам.

При приготовлении композиции одним из важнейших параметров является температура в зоне обработки. При проведении изоляционных работ необходимо знать время, в течение которого тампонирующая смесь в условиях конкретной скважины, сохраняет подвижность (время загустевания) и время, когда смесь превращается в камень (время полного отверждения). Продолжительность проведения гидроизоляционных работ определяют исходя из объема закачиваемой композиции и времени ее доставки в зону обработки.

В общем случае время загустевания композиции может составлять от 1,5 до 6 ч.

Примеры конкретного выполнения.

Пример 1. Температура зоны поглощения составляет 20^oC.

В 100 мас.% смолы СФЖ-3027Б растворяют 1 мас.% резорцина, по 0,1 мас.% толуилендиизоцианата и гексаметилендиамина и в полученную смесь при перемешивании добавляют 11 мас.% 18%-ной соляной кислоты. Через 5-7 мин смесь расслаивается. Верхнюю водную часть сливают, а нижнюю смешивают с 20 мас.% мелкодисперсной резиновой крошки и используют в качестве тампонирующего материал, время загустевания полученной композиции составляет 5,5 ч, а время полного отверждения - 48 ч.

Физико-механические характеристики полученного тампонажного камня приведены в таблице 1 (пример 1). Для сравнения в таблице также приведены данные для тампонажных материалов различного состава. Результаты исследований показывают:

применение резорцина существенно увеличивает скорость загустевания композиции (сравн. примеры 4 и 5);

присутствие в композиции пенообразующих добавок в количестве 0,1% устраняет усадку материала без заметного снижения физико-механических характеристик (сравн. примеры 1-3);

введение в композицию мелкодисперсного наполнителя приводит к значительному увеличению ударной вязкости формируемого камня (примеры 1 и 2). Это может свидетельствовать об увеличении стойкости тампонажного материала к вибрационным нагрузкам.

Кроме того, как видно из таблицы, если формирование тампонажного камня происходит в общей массе без разделения слоев, то скорость отверждения материала, так же как и прочностные характеристики, значительно снижается (пример 6).

В таблице 2 приведены режимы отверждения фенолоформальдегидной смолы при 20-60^oC. В рассматриваемом диапазоне для каждой температуры установлены 3 рецептуры с последовательно увеличивающейся скоростью отверждения. Это позволяет, в зависимости от количества тампонажного материала и времени закачки для каждой конкретной скважины, выбрать необходимую композицию.

При температурах зоны обработки выше 50^oC отверждение фенолоформальдегидной смолы может протекать без применения отверждающих агентов. На чертеже представлена зависимость скорости отверждения пластика от температуры. Как видно из чертежа, время перехода композиции из стадии резитол в стадию резит с увеличением температуры сокращается.

Приведенные данные показывают, что исследованные тампонажные материалы на основе фенолоформальдегидных смол резольного типа в широком температурном интервале (20-110^oC) могут быть использованы для герметизации водопритоков в нефтяных и газовых скважинах.