Закупоривающая способность глинистых паст

 

Тип полимера	Состав глинистого раствора, % мас.	Пластическая прочность пасты, кПа	Максимальная величина раскрытия закупоренной трещины при давлении 5МПа
глина	Na2CO3, УЩР	полимер
КМЦ-700		- - -		- 0,5 2,0	- - 0,6
ПАА		- - -		1,5 2,5 2,5	- 0,8 0,8
ПОЭ		- - -	0,05 0,10 0,20	1,0 3,5 -	- 1,2 -
ПОЭ		0,5% NaCO3+1,5% УЩР	0,05 0,10 0,20	3,5 4,0 -	1,2 1,3 -

Более эффективными являются инертные упругие наполнители; типа резиновой крошки, которые не влияют на вязкость раствора.

В Красноярске в качестве такого наполнителя можно использовать отходы производства: дробленую крошку отходов вулканизированного латекса (ВОЛ) и отходы производства резиновых игрушек.

Этот наполнитель инертен, упруг и имеет низкую себестоимость. Его закупоривающая способность, определенная на щелевом имитаторе показана в табл.12.5.

Экспериментальные исследования, проведенные в лаборатории кафедры ТТР КИЦМ, завершены внедрением ВОЛ в производство на площадях ПГО "Енисейнефтегазгеология" Получен значительный экономический эффект.

С помощью этого наполнителя можно надежно закупорить трещины с раскрытием 1,0-2,0 мм. В связи с тем, что частицы ВОЛ сжимаются почти в 10 раз, использовать его для закупоривания трещин значительных размеров затруднительно.

Таблица 12.5

Определение закупоривающей способности ВОЛ

 

 

Раскры-тие тре-щин, мм	Концент-рация ВОЛ,%	Давление насоса (МПа) при размере крошки, мм
0,25	0,25-0,5	0,5-1	1-2,5	2,5-5,0	5-10
0,3		0,1 0,3 0,5 0,6	0,5 0,7 0,8 0,9	1,0 1,2 1,2 1,4	1,4 1,6 2,0 2,2
1.0				0,1 0,2 0,2 0,3	0,6 0,8 0,9 1,0	1,8 2,0 2,3 2,5
2.4

 

 

Поэтому были исследованы другие методы, в частности, кольматация вязкоупругими смесями.

Для исследования использовался 3 %-й раствор ПАА, скоагулированный в 0,7 - 0,9 %-м растворе FеСl₃.

Результаты исследования (табл.12.6) показали невысокую упругость и эффективность ВУС (надежная кольматация этими ВУС возможна лишь при раскрытии трещин-до 0,8 мм). Сложным является и транспортирование ВУС в зону поглощения.

Для повышения качества наполнителя, в первую очередь ее упругих свойств и удобства доставки его в поглощаемую зону, было предложено готовить и применять ВУС в виде глобул (шариков), получаемых в результате коагуляции капель 3 %-го ПАА в 10 %-м растворе FеСl₃.

 

 

Таблица 12.6

Закупоривающая способность ВУС

Величина раскрытия трещины, мм	Максимальное давление насоса, МПа при продавливании ВУС с концентрацией FеСl3
0,7%	0,9%
0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0	4,0 4,0 4,0 1,2 Выдавило Выдавило Выдавило Выдавило	4,0 4,0 4,0 4,0 4,0 4,0 4,0 2,2 Выдавило

Для получения глобул автором разработана установка (фильер - капельница), позволяющая получать упругие глобулы в больших объемах. Скоагулированные в растворе FеСl₃ глобулы ПАА обладают достаточно высокой прочностью, малой сжимаемостью и упругостью.

В результате нейтрализации заряда полимеров электролитами глобулы не взаимодействуют с буровыми растворами и не оказывают влияния на ее вязкость. Глобулярная форма ВУС позволяет оперативно (в случае поглощения промывочной жидкости) вводить его в нагнетательную магистраль насоса с помощью специального устройства (дозатора типа дробопитателя).

Закупоривающая способность глобулярной ВУС показана табл.12.7.Из таблицы 12.7 видно, что при значительно меньших, по сравнению с ВОЛ, размерах закупоривающая способность гранулированных ВУС значительно выше.

 

*При увеличении концентрации FеСl₃ выше 1% ПАА мгновенно коагулировал с образованием крупных твердых комков, которые нельзя использовать для кольматации трещинп

Таблица 12.7

Закупоривающая способность глобулярной ВУС, диаметром 7мм,

полученной из 3%-го раствора ПАА

Величина раскрытия трещины, мм	Давление насоса, МПа, при концентрации FeCl3
3%	5%	10%
	1,2
	Выдавило	1,2
	Выдавило	Выдавило
	Выдавило	Выдавило	Выдавило

 

 

Помимо ВУС, в ряде геологоразведочных организаций для кольматации трещин получили распространение полимерные тампонажные материалы (ПТМ), которые могут быть так же, как и ВУС, сформированы из промывочной жидкости, обработанной полимерами. В отличие от ВУС, в ПТМ полимеры за счет их "сшивки" ионами электролитов образуют пространственные термореактивные сетки, устойчивые к разрушающему действию агрессивных вод и температуры.

Существует ряд методов получения ПТМ: метод макроаналогичных превращений, метод полимеризации, метод поликонденсации и др.

Исходными полимерами могут быть эфиры целлюлозы, полисахариды, поливиниловый спирт, акриловые полимеры, в качестве "сшивающего" электролита и инициатора полимеризации (окислителя) могут использоваться, хроматы и бихроматы щелочных металлов аммония. В качестве восстановителя

окислителя: сульфит, бисульфит, гипосульфит натрия, многоатомные спирты, гидрохинон и др.

Процесс макроаналогичных превращений рассмотрен в разделе 5 п. 6. Однако большим недостатком ВУС и ПТМ является высокая стоимость сырья, поэтому были продолжены поиски более дешевого материала. Хорошей закупоривающей способностью, кроме упругих наполнителей, обладают волокнистые наполнители. Исследованию подверглись отходы химволокна красноярских заводов. В табл.12.8. показаны результаты экспериментальных исследований по определению закупоривающей способности химволокна различной фракции в 7%-м глинистом растворе.

Следует отметить, что при малой концентрации и малой длине наполнителя закупоривающая способность невысока. Волокно выносится из трещины вместе с раствором. При высокой концентрации и большой длине волокна при закупоривании трещин малых размеров закупорка трещин происходит в устье щели, не проникая вглубь трещины. Поэтому при выборе наполнителя необходимо предварительно в лабораторных условиях провести экспериментальные исследования с закупоркой трещин необходимой величины.

В связи с незначительным проникновением волокна в трещины был разработан способ кольматации трещин щелочными растворами (гелями) химволокна, обладающими высокой текучестью, способными под воздействием электролитов пластовых вод или спецрастворов образовывать в трещинах волокнистую массу, обладающую высокой закупоривающей способностью.

Для определения эффективности растворов и определения оптимальной концентрации электролита были исследованы пять составов полимерщелочных растворов: ПЩР-1, ПЩР-2, ПЩР-3, ПЩР-4 и ПЩР-5 (табл.12.9)

 

 

Таблица 12.8

Закупоривающая способность 7%-го глинистого раствора с отходами химволокна

Ширина щели, мм	Длина волокна, мм	Давление насоса, МПа, при концентрации волокна
0,5%	1%	1,5%	2%
1.0	0.5 1.0 2.0	до 5,0	до 5,0	до 5,0	до 5,0
до 5,0	до 5,0	до 5,0	до 5,0
до 5,0	до 5,0	до 5,0	до 5,0
2.5	0.5 1.0 2.0 3.0	до 5,0	до 5,0	до 5,0	до 5,0
до 8,0	до 5,0	до 5,0	до 5,0
до 1,3	до 5,0	до 5,0	до 5,0
до1,6	до 4,0	до 5,0	до 5,0
3.5	0.5 1.0 2.0 2.0	до 0,4	до 1,6	до 5,0	до 5,0
до 0,5	до 1,0	до 5,0	до 5,0
до 1,1	до 2,3	до 5,0	до 5,0
до 1,5	до 3,0	до 4,0	до 5,0

Таблица 12.9

Состав и свойства ПЩР

ПЩР	Состав, % мас.	Свойства
Химволокно	NaOH	ВУ, с	Θ 1/10 Па	В, см^3/30мин	PH	r, кг/м^3
ПЩР-1	Ацетат-5%			3,3/3,8	Полная	12,5
ПЩР-2	Триацетат-5%			6,5/6,5	Полная	12,5
ПЩР-3	Лавсан-5%				Полная	12,5
ПЩР-4	Вискозное-5%			41/50		12,5
ПЩР-5	Нитрон-15%		н/т	---		11,8

 

В табл.12.10 показана зависимость объема образованной “ваты” от состава и закупоривающая способность ПЩР.

Процесс закупоривания трещин в лабораторных условиях производился на вышеописанном имитаторе.

 

Таблица 12.10

Зависимость объема тампонажной смеси от состава ее компонентов

Тип ПЩР	Добавка воды ПЩР/вода	Добавка электролита СаСl2 (гель/электролит)	Объем образованной массы, %	Закупоривающая способность при давлении 5МПа, мм
ПЩР-1	1/1	5/1
1/1	2/1
1/1	1/1
ПЩР-2	1/1	5/1
1/1	2/1
1/1	1/1
ПЩР-3	2/1	5/1
2/1	2/1
2/1	1/1
ПЩР-4	1/1	2/1
1/1	1/1
ПЩР-5	1/1	1/9
1/1	1/3
1/1	1/1
1/1	3/1
1/1	5/1

 

Диски опускались в емкость с раствором СаС1₂, а ПЩР заливалась в цилиндр имитатора сверху. В цилиндр помещался поршень с рукояткой. При перемещении поршня вверх и вниз в трещине происходило перемешивание ПЩР с раствором CaCl₂ с образованием волокнистой массы, кольматирующей трещину.

В производственных условиях процесс кольматации можно вести по двухканальной системе: например, по затрубью - раствор электролита по трубам. Подачу ПЩР следует производить последовательно малыми порциями, что будет способствовать полному перемешиванию растворов.