книги из ГПНТБ / Блажевич, В. А. Новые методы ограничения притока воды в нефтяные скважины

(2—3 ч) для условий низких температур — ниже 20°С. По приведенным на рис. 4 данным видна исклю­ чительная чувствительность растворов смолы к тем­ пературе. Например, раствор смолы, содержащий

о необходимости подбора рецептуры растворов смо­ лы строго с учетом температуры обрабатываемого ин­ тервала и температурных условий приготовления растворов.

Исходя из этого, при приготовлении растворов смолы ТСД-9, требующих использования катализато­ ра, необходимо учитывать, что сам процесс растворе­ ния твердого едкого натра является экзотермическим.

емкость воды в интервале температур 20—100°С рав­ ной Ä 4,19 кДж/(кг-°С), можно рассчитать темпера­ туру приготавливаемого раствора щелочи [44]. Со­ гласно расчетам при приготовлении 50%-ного раство­ ра NaOH температура раствора повышается на 12,6; 10%-ного — на 23,3; 15%-ного — на 37,9°С.

Отсюда видно, что в случае применения растворов на основе смолы ТСД-9 с использованием катализа­ тора раствор последнего должен готовиться заранее для его охлаждения.

Кроме того, реакция конденсации смол, синтезиро­ ванных на основе водорастворимых сланцевых фено­ лов, также является экзотермической, что необходи­ мо учитывать при построении технологических схем изоляционных работ с их применением.

Фильтруемость растворов смолы ТСД-9. Растворы смолы ТСД-9 фильтруются через породу (образцы песчаника) с постепенным снижением скорости фильтрации, вероятно, за счет увеличения размера молекул в процессе конденсации фенолов.

На рис. 5 представлены результаты фильтрации водных растворов смолы ТСД-9 непосредственно пос­ ле приготовления и по истечении 40 мин. Фильтрация проводилась через образцы, близкие по проницаемо­ сти (1,5 и 1,6 мкм2), и при одинаковом перепаде дав­ ления (0,1 МПа). При этом в первом случае было

3Ö

Рис. 5. Изменение скорости фильтра­ ции водного раствора смолы ТСД-9 во времени (степень разбавления смолы 1:1; содержание формалина

17.5%).

I — непосредственно после приготовления раствора; 2 — через 40 млн после приго­ товления раствора.

Рис. 6. Изменение скоро­ сти фильтрации водных растворов смолы ТСД-9 во времени в зависимо­ сти от проницаемости об­ разцов (степень разбав­ ления смолы 1 : 0,75; содержание формалина 17,3%). Проницаемость

образца (в мкм2):

/—0,534; 2—0J21.

отфильтровано 817-ІО3 мм3 смолы, а во втором —

135-ІО3 мм3.

Фильтруемость смолы определяется проницаемо­ стью образцов, а также зависит от характера их на­ сыщения (нефть, вода).

31

рация смолы ТСД-9 через наиболее проницаемые 'и водонасыщенные образцы. Аналогичная зависимость получена при изучении фильтруемости смолы ФР-12 [28].

Прочностные свойства отверэісденной смолы ТСД-9

При подборе изоляционного материала следует ориентироваться на такие реагенты, которые можно было бы использовать для проведения всех видов изоляционных работ: отключение обводнившихся пла­ стов или их интервалов, исправление иегерметичного кольца за колонной, герметизация эксплуатационных колонн и т. д. Для отключения пластов изоляцион­ ные материалы должны обладать хорошей фильтруе­ мостью и закупоривающей способностью, а для ис­ правления цементного кольца за колонной наряду с фильтруемостью — достаточной прочностью и плас­ тичностью. Последнее свойство необходимо для пре­ дупреждения разрушения исправленного цементного кольца при последующей его перфорации.

С нашей точки зрения, прочность материала, при­ меняемого для изоляционных работ (в том числе и для исправления некачественного цементного кольца за колонной), можно устанавливать исходя из необ­ ходимости получения камня, разбуриваемого долотом и обеспечивающего сохранение отверстий перфора­ ции при вскрытии пласта после проведения изоляци­ онных работ.

Для характеристики свойств отвержденной смолы определялась прочность ее образцов с учетом отно­ сительного удлинения при разрыве. Сопротивление разрыву характеризует прочность, а относительное удлинение — пластичность пластмасс.

32

Растворы смолы отверждались при 30°С, образцы отвержденной смолы хранились в воде при комнатной температуре. Контрольные опыты показали, что проч­ ность практически не зависит от температуры жидко­ сти (воды), в которой хранятся образцы.

Проведенные исследования прочностных свойств одной из партий смолы ТСД-9 показывают, что проч­ ность образцов отвержденной смолы определяется степенью ее разбавления (табл. 5).

* Соотношение формалина и исходной смолы одинаково и рав­ но 0,3 : 1,0.

Сопротивление разрыву образцов смолы ТСД-9, разбавленной в отношении 1:1, растет в течение лишь первых пяти суток, а затем остается практиче­ ски постоянным -и равным 0,6—0,7 МПа. Относитель­ ное удлинение образцов повышается примерно в те­ чение двух суток, достигая 2% (рис. 7).

Смола ТСД-9 обладает хорошими адгезионными свойствами: прочность сцепления отвержденной смо-

«о

Рис. 7. Изменение прочности на разрыв и от­ носительное удлинение образцов смолы ТСД-9 по времени (степень разбавления 1:1; содер­ жание формалина 14,5%)-

/ — прочность на разрыв; 2 — относительное удли­ нение.

Сцепление смолы с металлом (аСм) определялось методом сдвига коаксиально расположенных патруб­ ков диаметром 25,4 и 50,8 мм и длиной 50 мм, в коль­ цевом пространстве которых отверждалась смола [77]. При определении предела прочности на сдвиг отвержденной смолы с породой вместо' внутреннего патрубка использовался цилиндр из искусственного песчаника (стСп )-

Сцепление отвержденной смолы ТСД-9 с металлом (сгсм) после ее хранения в течение двух суток в воде в среднем равно 0,45 МПа (0,415—0,475), а стсп — 1,22 МПа (1,04—1,41). Полученные данные свидетель­ ствуют, что сцепление отвержденной смолы с породой и металлом выше, чем предел прочности на сдвиг цементного камня: по данным работ [38, 77] величина Оцм колеблется в пределах 0,15—0,3 МПа; а по рабо­ те [38] — от 0,0846 до 0,508 МПа.

Таким образом, данными проведенных исследова­ ний установлено, что смола ТСД-9 обладает основ­ ными свойствами материала для проведения всех ви­ дов изоляционных работ в скважинах: фильтруемо­ стью, прочностью и . пластичностью отвержденного полимера, его адгезией с поверхностью цементного камня, породы и металла труб и т. д.

■Влияние минеральных солей на свойства смолы ТСД-9

Как было указано, растворимость смол на осно­ ве сланцевых фенолов в минерализованной воде рез­ ко снижается. Учитывая возможность попадания пла­ стовых минерализованных вод в тампонажные смеси при их приготовлении и закачке, провели исследова­ ния по изучению влияния солей на изоляционные свойства смолы ТСД-9. С этой целью в раствор смо­ лы вводилось различное количество воды Арланского месторождения 1 и определялись время отверждения

1 Состав пластовой воды, отобранной нз скв. 116 Арланского месторож­ дения; MgCla— 10,0 кг/м3; NaCl — 216,0 кг/м3; КіаНССЬ—0,096 кг/м3; СаСЬ — 23.0 кг/м3; CaSO* — 0,15 кг/м3. Плотность воды — 1180 кг/м3, pH—6,75.

34

нием pH раствора. Так, выделение водной фазы в процессе отверждения смолы ТСД-9, разбавленной пресной водой (pH = 8,5), наблюдается при введении 3% пластовой воды, а разбавленной 2%-ным раство­

вержденной смолы ФР-12. Приготовленный раствор смолы отверждается во всем объеме. При высоких концентрациях пластовой воды изменяется лишь цвет отвержденной смолы (посветление) вследствие образования микроэмульсий.

4. Введение минеральных солей сокращает' время отверждения смол.

Для выявления влияния минеральных солей на свойства отвержденной смолы изучалось явление на­ бухания и усадки образцов при хранении их в прес­ ной и минерализованных водах. Эти показатели об­ разующихся пластмасс в значительной степени ока­ зывают влияние на их изоляционные свойства.

Было установлено, что образцы отвержденной смолы ТСД-9, как и ФР-12, при хранении в пресной воде увеличиваются в объеме [28]. Причем набуха­ ние, как и другие свойства смолы ТСД-9, может из­ меняться в зависимости от исследуемой конкретной партии. Вероятно, степень набухания зависит от ско­ рости и степени конденсации сложных по составу и активности фенолов, используемых для получения тампонажных смол. Встречались партии смол, об­ разцы которых увеличивались в объеме до 4%, а из других партий не увеличивались вообще.

При хранении образцов в пластовой воде Арланского месторождения происходит уменьшение объема до 10%. Причем усадка также различна для различ­ ных партий смолы.

Для определения степени влияния минерализо­ ванной воды на изоляционные сво'йства смолы ТСД-9 были проведены исследования изменения проницаемо­ сти образцов песчаника после закупорки их смолой ТСД-9.

По результатам исследований по закупорке об­ разцов породы растворами синтетических смол (ФР-12, ТСД-9, МФ-17) установлено, что после

36

фильтрации смолы и ее отверждения проницаемость образцов снижается до нуля.

Допуская возможность разбавления первых пор­ ций смолы водой, насыщающей породу, с образова­ нием оторочки некачественной смолы, было проведе­ но исследование по изучению степени изменения про­ ницаемости образцов в зависимости от объема про­ фильтрованной смолы (табл. 7). При этом образцы насыщались пластовой водой Арланского месторож­ дения и для сравнения — дистиллированной (обра­ зец 7 в табл. 7).

Приведенные данные показывают следующее. При насыщении образцов породы пластовой водой фильт­ рация через них смолы в количестве, равном поло­ вине объема их пор, приводит к значительному сни­ жению проницаемости. При насыщении же образца пресной водой его проницаемость при этом снижает­ ся практически до нуля. С увеличением объема про­ фильтрованной смолы до объема пор образец стано­ вится почти непроницаемым даже при условии насы­ щения его минерализованной водой, независимо от исходной проницаемости.

При практическом осуществлении изоляционных работ отрицательное влияние пластовой воды на свойства синтетических смол может быть предупреж­ дено, например, путем создания буфера пресной во­ ды или углеводородной жидкости перед закачивае­ мым объемом смолы и после него. Для приготовления

37

же водных растворов смолы ТСД-9, как и для всех водорастворимых синтетических смол, необходимо ис­ пользовать лишь пресную воду.

Одновременно следует подчеркнуть, что при соб­ людении основных условий приготовления и исполь­ зования смолы ТСД-9 степень отрицательного дейст­ вия пластовой ■воды на эффективность проводимых изоляционных работ ничтожна. Как видно из приве­ денных данных, при закачке в поры породы область возможного влияния пластовой воды, ограничивается лишь контактом последней со смолой. При исполь­ зовании смол для исправления цементного кольца указанная область также является незначительной (лишь на границе вытеснения воды смолой).

Суспензии глины на основе смолы ТСД-9

Суспензии на основе синтетических смол прежде всего предназначены для применения в качестве изо­ ляционного материала в .условиях пластов с высокой поглотительной способностью. Благодаря отвержда­ ющему фильтрату применение таких суспензий мог­ ло бы повысить качество работ и по разобщению пластов при первичном тампонаже эксплуатационных колонн.

В СССР проводились исследования по изучению возможности применения суспензий на основе синте­ тических смол. Однако эти работы не нашли практи­ ческого применения в связи с тем, что изучаемые син­ тетические смолы не отвечали требованиям, предъяв­ ляемым к изоляционным материалам.

Лишь после широких испытаний смол ФР-12 и ТСД-9 в качестве материала при изоляционных рабо­ тах стали проводиться исследования по изучению свойств суспензий на их основе и возможности при­ менения в промысловых условиях [70, 77].

При изучении возможности применения смолы ТСД-9 в качестве тампонажного материала прежде всего изучалась возможность получения смолоцементов, а затем и суспензий с использованием в качестве твердой фазы глинопорошка, кварцевого песка, дре­ весной муки и древесных опилок.

38

Основным условием применения в качестве там­ понажного материала суспензий на основе синтетиче­ ских смол является отверждение фильтрата суспен­ зии при сохранении удовлетворительными всех дру­

очередь оценивалось качество фильтрата, после чего исследовались все остальные их свойства.

Суспензии готовились путем перемешивания в те­ чение 3—5 мин твердой фазы с готовым раствором смолы (смола ТСД-9, формалин, вода или раствор NaOH). При изучении определялись следующие по­ казатели: плотность, вязкость по СПВ-5; растекаемость по кругу АзНИИ; время начала отверждения визуально 1 и с использованием иглы Вика; водоот­ дача на приборе БашНИПИнефть (из 700-ІО3 мм3 суспензии); прочность на разрыв образцов отверж­ денной суспензии; время начала отверждения фильт­ рата после выделения его из суспензии с помощью вакуумного насоса (визуально).

При использовании цементных суспензий в смоле образование камня происходит как в результате гид­ ратации цемента, так и за счет отверждения смолы. В случае применения в качестве твердой фазы инерт­ ных материалов твердение суспензии возможно лишь вследствие отверждения смолы..

Проведенные исследования, часть результатов ко­ торых представлена в табл. 8, показали, что приме­

узких пределов концентрации отвердителя — форма­ лина, обеспечивающих получение суспензий с при­ емлемым временем начала отверждения суспензии и ее фильтрата.

Последнее может быть объяснено свойствами ис­ следуемых продуктов — смолы ТСД-9 и цемента, яв­ ляющихся химически активными веществами; Веро­ ятно, при низких концентрациях формалина процесс

1 При визуальном определении времени начала отвержде­ ния суспензии перемешивались в течение 20 мин.

39