способ временной изоляции пласта, материал и желонка для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ временной изоляции пласта, включающий приготовление сгораемого закупоривающего материала изоляции, содержащего окислитель, горючее - тиокол и его отвердитель, доставку указанного материала в интервал изоляции пласта скважины, отверждение с образованием пробки и удаление ее путем сжигания, отличающийся тем, что сгораемый закупоривающий материал готовят частями в стационарных условиях: неотверждающуюся часть из окислителя, горючего-тиокола и дополнительно эпоксидной смолы ЭД-20 и отдельно смесь отвердителей для тиокола, приготовленные части в полевых условиях смешивают с введением отвердителя указанной эпоксидной смолы и полученным материалом заполняют желонку, которую спускают в скважину на кабель-тросе, при этом вытеснение его из желонки в интервал изоляции пласта осуществляют под давлением газов, образованных после сжигания заряда с электровоспламенителем, помещенным над закупоривающим материалом в желонке.

2. Сгораемый закупоривающий материал для временной изоляции пласта, включающий перхлорат аммония, тиокол, дифенилгуанидин, пасту 9 и дибутилфталат, отличающийся тем, что для осуществления способа по п.1 он дополнительно содержит эпоксидную смолу ЭД-20 и отвердитель смолы АФ-2 при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:

Перхлорат аммония - 25 - 35

Тиокол - 30 - 35

Дибутилфталат - 8,0 - 12

Паста 9 - 3,0 - 4,0

Дифенилгуанидин - 0,3 - 0,4

Эпоксидная смола ЭД-20 - 15 - 18

Отвердитель АФ-9 - 3,0 - 3,6

3. Материал по п.2, отличающийся тем, что он содержит смесь перхлората аммония, тиокола, дибутилфталата и эпоксидной смолы ЭД-20 в качестве неотверждающейся части закупоривающего материала и смесь пасты 9 с дифенилгуанидином в качестве отвердителей для горючего-тиокола.

4. Желонка, содержащая корпус с окнами в верхней части, крышку на срезных элементах, решетку-рассекатель, разделяющую полость желонки на две камеры - верхнюю для размещения заряда с электровоспламенителем и нижнюю для размещения закупоривающего материала, головку для ввода кабель-троса и заглушку, отличающаяся тем, что для осуществления способа по п.1 заглушка выполнена в виде эластичной сгораемой мембраны сегментной формы, сферической поверхностью обращенной к крышке корпуса, выполненной из того же материала, что и сгораемый закупоривающий материал, и служащей в качестве донной части корпуса, при этом сферическая поверхность мембраны связана со сгораемым закупоривающим материалом желонки прочной полимерной нитью с возможностью фиксации этой нитью мембраны к нижнему торцу пробки, образованной после вытеснения указанного материала из желонки, а также с возможностью после проведения ремонтных работ воспламенения и сгорания мембраны от продуктов сгорания пробки при ее удалении сжиганием.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области нефтегазодобывающей промышленности и может найти применение при проведении ремонтно-изоляционных работ в скважине.

Известен способ временной изоляции пласта в скважине (см. авт. св. СССР 579408, кл. Е 21 В 33/13, опубл. в Б.И. 41 от 05.11.77 г.) путем закачки на забой закупоривающего материала на основе смеси окислителя с горючим и отверждения ее в интервале перфорации с образованием пробки.

После окончания ремонтных работ пробку удаляют сжиганием. При этом в качестве закупоривающего материала используют смесь окислителя-перхлората аммония и горючего - эпоксидной смолы ЭД-20 с отвердителем.

Недостатком известного способа является необходимость прокачки материала изоляции по насосно-компрессорным трубам (НКТ) или затрубному пространству до забоя, что является сложной, трудоемкой и опасной операцией, поскольку из-за его повышенной чувствительности к трению возможно преждевременное воспламенение материала.

Известен также способ временной изоляции пласта (см. авт. св. СССР 796389, кл. Е 21 В 33/138, опубл. в Б.И. 2 от 15.01.81 г.), предусматривающий приготовление закупоривающего материала, содержащего перхлорат аммония, тиокол, дифенилгуанидин, пасту 9 и дибутилфтолат с закачкой его в скважину через колонны труб в интервал изолируемого пласта, отверждение его с образованием пробки, и удаление его сжиганием после окончания ремонтных работ.

Указанный способ по технической сущности более близок к предлагаемому и может послужить в качестве прототипа.

Прототипу присущи те же недостатки, что и аналогу. Кроме того, дополнительно можно отметить, что используемый при этом закупоривающий материал не обладает достаточной адгезионной прочностью к поверхности эксплуатационной колонны, в следствии чего не выдерживает требуемый перепад давления величиной 15 МПа между скважинным и пластовым давлением.

Задачей настоящего изобретения является повышение эффективности способа за счет упрощения технологии доставки закупоривающего материала на забой, а также повышение его адгезионной прочности.

Известно устройство (см. авт. св. СССР 88355, кл. Е 21 В 43/24, опубл. в Б. И. 43 от 1981 г.), содержащее трубчатый корпус, выполненный в виде двух концентрично установленных патрубков, головку для ввода кабеля, пробку в нижней части корпуса и кабель-трос.

Однако использование его для установки сгораемой закупоривающей пробки в скважине в силу своих конструктивных особенностей не представляется возможным.

Ближайшим из аналогов к предложенной желонке может служить, опубликованное в Б. И. 43 за 1982 г. изобретение по авт. св. 976025 под названием "Желонка для цементирования скважин", содержащая корпус с окнами в верхней части, крышку на срезных элементах, решетку-рассекатель, разделяющую полость желонки на две камеры, верхнюю для размещения заряда с электровоспламенителем и нижнюю для размещения закупоривающего материала, головку для ввода кабеля и заглушку.

Недостатком известной желонки является сложность конструкции желонки.

Задачей настоящего изобретения является упрощение конструкции.

В способе временной изоляции пласта, включающем приготовление сгораемого закупоривающего материала изоляции, содержащего окислитель, горючее - тиокол и его отвердитель, доставку указанного материала в интервал изоляции пласта скважины, отверждение с образованием пробки и удаление ее путем сжигания, сгораемый закупоривающий материал готовят частями в стационарных условиях - неотверждающуюся часть из окислителя, горючего - тиокола и дополнительно эпоксидной смолы ЭД-20 и отдельно смесь отвердителей для тиокола, приготовленные части в полевых условиях смешивают с введением отвердителя указанной эпоксидной смолы и полученным материалом заполняют желонку, которую спускают в скважину на кабель-тросе, при этом вытеснение его из желонки в интервал изоляции пласта осуществляют под давлением газов, образованных после сжигания заряда с электровоспламенителем, помещенным над закупоривающим материалом в желонке. Сгораемый закупоривающий материал для временной изоляции пласта для осуществления вышеуказанного способа, включающий перхлорат аммония, тиокол, дифенилгуанидин, пасту 9 и дибутилфталат, дополнительно содержит эпоксидную смолу ЭД-20 и отвердитель смолы АФ-2 при следующем соотношении ингредиентов, мас. %: перхлорат аммония - 25-35, тиокол - 30-35, дибутилфталат - 8,0-12, паста 9 - 3,0-4,0, дифенилгуанидин - 0,3-0,4, эпоксидная смола ЭД-20 - 15-18, отвердитель АФ-9 - 3,0-3,6. В сгораемом закупоривающем материале в качестве неотверждающейся части используют смесь перхлората аммония, тиокола, дибутилфталата и эпоксидной смолы ЭД-20, а в качестве отвердителей для горючего - тиокола - смесь пасты 9 с дифенилгуанидином. В желонке для осуществления вышеуказанного способа, содержащей корпус с окнами в верхней части, крышку на срезных элементах, решетку-рассекатель, разделяющую полость желонки на две камеры - верхнюю для размещения заряда с электровоспламенителем и нижнюю для размещения закупоривающего материала, головку для ввода кабель-троса и заглушку, заглушка выполнена в виде эластичной сгораемой мембраны сегментной формы, сферической поверхностью обращенной к крышке корпуса из того же материала, что и сгораемый закупоривающий материал, служащей в качестве донной части корпуса, при этом сферическая поверхность мембраны связана со сгораемым закупоривающим материалом желонки прочной полимерной нитью с возможностью фиксации этой нитью мембраны к нижнему торцу пробки, образованной после вытеснения указанного материала из желонки, а также с возможностью после проведения ремонтных работ воспламенения и сгорания мембраны от продуктов сгорания пробки при ее удалении сжиганием.

На чертеже изображена желонка, заполненная сгораемым закупоривающим материалом и размещенным в верхней камере зарядом с воспламенителем.

Желонка для осуществления способа содержит полый цилиндрический корпус 1 с окнами 2 и 3 в верхней части, крышку 4, закрепляемую к корпусу на срезных элементах 5, головку 6 для ввода кабель-троса 7, решетку-рассеиватель 8, разделяющую полость корпуса на две камеры верхнюю 9 для размещения заряда 10 с электровоспламенителем и нижнюю 11, для заполнения сгораемым закупоривающим материалом 12 и заглушку 13, выполненную в виде эластичной мембраны сегментной формы, сферической поверхностью обращенной вверх, в сторону крышки. Заглушка 13 снабжена прочной полимерной нитью 14 для связывания ее с закупоривающим материалом. Окна 3 предназначены для выхода газов при превышении предельно допустимого давления в верхней камере желонки.

Способ осуществляют следующим образом. При осуществлении способа описан и состав сгораемого материала. Сначала в стационарных условиях (на базе производственного обслуживания) приготавливают расчетный объем отдельно смеси неотверждаемого окислителя с горючим, содержащего при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:

Перхлорат аммония - 25 - 35

Тиокол - 30 - 35

Дибутилфталат - 8,0 - 12

Эпоксидная смола ЭД-20 - 15 - 18

путем их перемешивания.

Приготавливают также отдельно смеси отвердителей для горючих, для тиокола отдельно смесь пасты 9 с дифенилгуанидом 3,0-4,0 и 0,3-0,4 в мас.% соответственно и отдельно отвердитель АФ-2 в пределах 3,0-3,6 также в мас.% для эпоксидной смолы. Отвердитель АФ-2 приготавливают согласно ТУ 38.30368-88. Используемая для приготовления материала паста 9 представляет собой механическую смесь перекиси марганца, дибутилфталата и стеариновой кислоты. Нормативный документ, регламентирующий его состав - ГОСТ 25593-83.

АФ-2 - по ТУ 10587-84, отвердитель эпоксидной смолы, представляющий собой смесь моно, ди, три замещенных аминоалкилфенолов. Эпоксидная смола ЭД-20 по ГОСТу 10587-84 - смола эпоксидно-диановая неотвержденная, перхлорат аммония ПХА - аммоний хлорнокислый по ГОСТу В22544-86. Тиокол - по ГОСТу 12812-80 жидкий полисульфидный полимер марки НВБ-2. Дибутилфталат по ГОСТу 2102-67. Дифенилгуанидин (меланин) - по ТУ 40-80 - ускоритель отверждения тиоколов.

Известно, что эпоксидная смола, обладая в отвержденном состоянии достаточно высокими физико-механическими свойствами, проявляет ослабление адгезии к порошкообразному перхлорату аммония в процессе отверждения в скважинной жидкости. С другой стороны, закупоривающий материал на основе перхлората аммония и тиокола обладает высокой стойкостью по отношению к скважинной жидкости, но недостаточной прочностью в скважинных условиях. Введение эпоксидной смолы с отвердителем АФ-2 в смесь на основе перхлората аммония и тиокола позволяет получить сгораемый закупоривающий материал как с высокой стойкостью к скважинной жидкости на уровне материала по способу-прототипу, так и с повышенными физико-механическими свойствами в скважинных условиях. Предлагаемый сгораемый закупоривающий материал, в частности позволяет почти в два раза повысить в скважинных условиях предел прочности на растяжение (0,5... 5,5 МПа), по сравнению с материалом по способу-прототипу (2,8... 3,0 МПа).

В связи с тем, что эпоксидная смола обладает повышенной вязкостью по сравнению с тиоколом, снижение вязкости закупоривающего материала производилось за счет уменьшения в смеси доли порошкообразного перхлората аммония до 25. . . 35%. При этом вязкость закупоривающего материала составила (3... 810³ сП) что ниже, чем у материала по способу-прототипу (4...910⁴ сП).

Минимальные и максимальные пределы содержания перхлората аммония выбраны с учетом того, что в этих пределах закупоривающий материал сгорает с образованием газообразных продуктов. При содержании перхлората аммония более 35% смесь имеет повышенную вязкость, а при содержании его менее 25% происходит неполное разложение горючих компонентов с образованием нежелательных твердых углеродных частиц. Пределы содержания остальных компонентов взяты с учетом необходимости достижения оптимальных физико-механических и технологических характеристик закупоривающего материала. Предлагаемый закупоривающий материал до стадии отверждения имеет жизнеспособность при 20^oС в пределах 7...9 ч. Не чувствителен к удару и трению по стандартной методике. Объем газообразных продуктов сгорания составляет 700...750 л/кг. Затем в полевых условиях, т.е. на устье скважины приготовленные смеси смешивают до получения однородной массы и заполняют им желонку, т.е. нижнюю камеру 11, до высоты ниже рассекателя 8 на величину, равную одному диаметру желонки. Затем крышкой 4 ее закрывают и закрепляют на срезаемых элементах 5, например, с помощью штифтов. Над рассекателем 8 в камере 9 размещают заряд 10 с электровоспламенителем и ввинчивают кабельную головку 6, предварительно заполнив свободную полость над сгораемым закупоривающим материалом, например, инертной жидкостью или водой, как это изображено на чертеже.

Далее к головке 6 ввода присоединяют кабель-трос 7 и с его помощью желонку доставляют на заданную глубину. Затем через кабель-трос подают электрический импульс на электровоспламенитель, с помощью которого происходит сгорание заряда 10. Образующиеся при этом газы оказывают давление одновременно на инертную жидкость, закупоривающий материал 12 и связанную с ним полимерной нитью 14 мембрану 13. В результате закупоривающий материал, освобождаясь от желонки внутри скважины, образует пробку, которая при отверждении, выдерживает большие перепады давлений. Далее желонку поднимают на поверхность. После проведения запланированных ремонтных работ в скважину спускают электровоспламенитель и поджигают пробку. При этом в качестве воспламенителя используют шашку на основе железоалюминиевого термита. Продукты сгорания пробки в свою очередь воспламеняют мембрану, после сгорания которой происходит освобождение ствола скважины. При сгорании пробки одновременно происходит обработка пласта теплом и давлением газов. Стендовые испытания предлагаемого способа, сгораемого закупоривающего материала и желонки для его осуществления на установке, имитирующей скважинные условия жидкой среды и давления, показал, что при этом происходит надежное срабатывание желонки, вытеснение материала совместно с мембраной и образование пробки, после отверждения которой достигается адгезионная прочность материала к стенке ствола при перепадах давления до 15 МПа в течение 48 ч. Установлено, что отвержденная пробка и мембрана полностью сгорают от воспламенителя-шашки.

Технико-экономическое преимущество изобретения заключается в следующем.

Изобретение обеспечивает повышение эффективности проводимых работ по созданию на забое скважины временной пробки из сгораемого закупоривающего материала с достаточной прочностью и адгезионными свойствами. Использование изобретения повышает производительность технологии временной изоляции пласта.