Файл: Блажевич, В. А. Новые методы ограничения притока воды в нефтяные скважины.pdf

0,7 части воды. Приведенные ниже данные в основ­ ном относятся к тампонажным смесям со степенью разбавления 1:1.

На основе смолы ТСД-9 могут быть приготовлены следующие тампонажные смеси: а) водные растворы; б) суспензии глины, цемента, кварцевого песка, дре­ весной муки и опилок, их смесей и др.

Водные растворы

Основные показатели водных растворов смолы ТСД-9 (вязкость, время отверждения, фильтруемость через пористую среду) и отвержденного полимера (прочность и ее изменение во времени, прочность сцепления с поверхностями цементногокамня, поро­ ды и металла обсадных труб, изменение в объеме) определяются степенью разбавления смолы водой, применяемыми отвердителем и катализатором и их концентрацией, а также температурой среды.

Изменение вязкости раствора смолы с-различной степенью разбавления водой в зависимости от темпе­ ратуры приЬедено на рис. 1. Вязкость определялась на вискозиметре Оствальда,— Пинкевича.

Рис. 1. Зависи­ мость вязкости водных растворов смолы ТСД-9 от степени разбавле­ ния и температу­ ры. Степень раз­

бавления:

27

На рис. 2 представлен характер изменения отно­ сительной вязкости растворов смолы ТСД-9 во вре­ мени, определенной на вискозиметре ВЗ-1. Величина вязкости сохраняется практически постоянной до на-' чала отверждения растворов, после чего она быстро нарастает вплоть до полной потери текучести.

Рис. 2. Изменение относи­ тельной вязкости водных растворов смолы ТСД-9 во времени при температуре 30°С. Степень разбавления смолы н содержание форма­ лина (в %) соответственно:

7—1 : 0,5 и 18; 2—1 : 0.75 и 15.4; 3—1 : 1 и 13,5.

Время, V

Плотность водных растворов смолы ТСД-9 опре­ деляется степенью разбавления и колебле'тся в преде­ лах 1010—1100 кг/м3. Время начала отверждения тампонажных смесей является одним из основных по­ казателей при применении их в качестве изоляцион­ ного материала. Этот показатель зависит от степени разбавления смолы, содержания отвердителя и тем­ пературы [28]. Однако из приведенных на рис. 3 данных видно, что с увеличением содержания в раст­ ворах смолы формалина время их отверждения мо­ жет быть сокращено лишь до какого-то предела, оп­ ределенного для данной температуры. Это содержа­ ние формалина в растворе смолы соответствует экви­ молекулярному соотношению фенолов (средний моле­ кулярный вес ä j150) и формалина.

Дальнейшее сокращение времени отверждения

'растворов смолы может быть достигнуто путем вве­ дения в них катализатора (NaOH). Лишь с приме­ нением катализатора могут быть приготовлены раст­ воры смолы с приемлемыми сроками отвержденңя

?8

Рис. 3. Зависимость времени начала от­ верждения водных растворов смолы ТСД-9 от концентрации формалина и температуры (степень разбавления смо­ лы 1:1).

У—20°С; 2—25°С; 3—30°С; 4—40”С.

I

к

Концентрация катализатора Na ON, е / л

Рис. 4. Зависимость времени начала отверждения водных растворов смолы ТСД-9 от концентрации катализатора NaOIT и от температуры (состав растворов смолы: смола — 50%; вода — 25%; формалин,— 25%).

1—5°С; 2—Ю°С; Л—15°С; ’/—20°С; 5—25°С; 6—30”С.

(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