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

отверждения смолы идет медленнее, чем химическое взаимодействие цемента со смолой, в результате чего смола теряет способность отверждаться, а цемент — гидратировать.

При высоком содержании формалина время нача­ ла отверждения смолы сокращается и цемент не ус­ певает прореагировать со смолой. Резкому сокра­ щению сроков отверждения способствует и разогре­ вание суспензии, наблюдаемое при перемешивании смолы с цементом (до 50°С).

Свойства фильтратов (цементных суспензий так­ же зависят от концентрации формалина: при малых концентрациях его фильтрат не отверждается, при высоких — фильтрат невозможно отделить из-за ко­ ротких сроков отверждения смолы.

Дальнейшие поиски тампонажных материалов на основе смолы ТСД-9 были продолжены в направле­ нии применения более инертных добавок: глинопоро­ шок Кугаиакского глйнозавода и речной кварцевый песок Байгузинского карьера (Башкирская АССР), содержащий 95% частиц размером 0,1—0,4 мм; дре­ весная тайфунская мука, просеянная через сито 0,12 мм, и древесные опилки, просеянные через сито

5,0 мм.

Исследования суспензий при различном отноше­ нии объема жидкой фазы к весу твердой фазы (ж/т) с различными наполнителями, основные результаты которых представлены в табл. 8, показали, что с при­ менением перечисленных добавок, на основе смолы ТСД-9 могут быть получены суспензии, удовлетворя­ ющие основным требованиям тампонажных раство­ ров для проведения изоляционных работ и разобще­ ния пластов в условиях пластовых температур 20— 40°С.

1.При отверждении суспензии образуется доста­ точно прочный камень.

2.Суспензии, содержащие глину, обладают малой

величиной отдачи жидкой фазы, образующей после отверждения прочный полимер.

3. Добавка глинопорошка к опилкам, древесной муке и песку позволяет повысить стабильность сус­

41

суспензии объясняется сравнительно небольшим со­ держанием твердой фазы в ней.

4. Получаемые суспензии обладают удовлетвори­ тельной подвижностью (вязкость, растекаемость). Вязкость суспензии, как и водных растворов смолы, сохраняется постоянной вплоть до начала отвержде­ ния.

5. Применение в качестве твердой фазы исследо­ ванных материалов позволяет получить суспензии плотностью 1100—1500 кг/м3.

Врезультате описанных исследований установле­ на принципиальная возможность приготовления на основе смолы ТСД-9 суспензий инертных материалов

ив частности глинопорошка. В промысловых услови­ ях приготовление тампонажных смесей с использова­ нием глинопорошка связано с определенными труд­ ностями. Более удобным в этих условиях является применение глинистого раствора,

Висследованиях для приготовления суспензий ав­ торами настоящей книги использовался стандартный глинистый раствор, применяемый на буровых 'пред­ приятиях объединения Башнефть. Суспензии готови­ лись из расчета получения отношения ж/т, равного

5:1.

Опредёление времени начала отверждения суспен­ зии глины на основе смолы ТСД-9 проводилось в ос­

новном визуально (контрольные определения — на ВЗ-1). При низких температурах, т. е. с применением катализатора, суспензии перемешивались механичес­ кой мешалкой вплоть до начала отверждения для лучшего термостатирования всей пробы и во 'Избежа­ ние оседания глины.

Характер зависимости начала отверждения сус­ пензий на основе смолы ТСД-9 от концентрации фор­ малина, катализатора и температуры (рис. 8, 9) ана­ логичен характеру, установленному для ее водных растворов (см. рис. 3, 4) .

Прочность образцов отвержденной суспензии гли­ ны на разрыв после двух суток хранения их в воде колеблется от 0,4 до 0,5 МПа. В дальнейшем она до­ стигает 0,6—0,7 МПа и затем остается постоянной

(рис. 10).

42

,§ Конценгграиия формалина В суспензии. % объемн.

Рис. 8. Зависимость времени начала отверж­ дения суспензии глины на основе смолы ТСД-9 от концентрации формалина и тем­ пературы. Соотношение смолы и глинистого раствора 1 : '0,7.

7-25°С; 2— 30°С; 3—40°С.

Рис. 9. Зависимость времени начала отверждения суспензии глины на основе смолы ТСД-9 от концентрации катализатора NaOH и температуры (состав, суспензии: смолы— 4.1,6%; воды — 8,4%; глинистого раствора — 29,2%; формалина — 20,8%. Отношение объема смеси смолы с раствором NaOIT к объему смеси глинистого раствора с формалином равно 1:1).

1—5°С; 2—!0°С; 5-15°С; 4— 20°С; 5—25°С; 6—30°С: 7—40°С.

ч, ^-*0,8

Рис. 10. Изменение прочности на разрыв образцов суспензии глины на основе смолы ТСД-9 во времени (состав суспен­ зии: смолы — 50%; формалина— 14%; глинистого раствора — 36%).

Таким образом, свойства суспензий глины и дру­ гих инертных материалов на основе смолы ТСД-9 позволяют использовать их при проведении изоляци­ онных и'тампонажных работ.

§ 3. Смола ТС-10

Смола ТС-10 синтезирована специально для при­ менения в качестве изоляционного материала в сква­ жинах с пластовой температурой 50—70°С.

Исходным сырьем для получения смолы ТС-10 являются суммарные водорастворимые сланцевые фе­ нолы; смола ТС-10 — жидкость темно-коричневого цвета с резким неприятным запахом, хорошо раство­ римая в пресной воде до соотношения 1 : 10. В при­ сутствии минеральных солей растворимость смолы в воде снижается. В нефтепродуктах смола не раст­ воряется.

Плотность смолы ТС-10 при температуре 20°С равна 1160 кг/м3.

Вязкость исходной смолы ТС-10 при температуре 20°С колеблется в пределах 700—750 мм2/с. Темпе­ ратура замерзания смолы ТС-10 около 50°С.

Смола ТС-10 и тампонажные смеси на ее основе отверждаются в щелочной и нейтральной средах. В качестве отвердителя тампонажных смесей на осно­ ве смолы ТС-10 используются уротропин (ГОСТ 1381—60), формалин (ГОСТ 1625—61) и их смеси.

На основе смолы ТС-10 могут быть приготовлены следующие тампонажные смеси: 1) водные растворы; 2) суспензии глины и других, инертных материалов.

44

Водные растворы

Основные показатели водных растворов смолы ТС-10 (вязкость, время начала отверждения, фильт­ руемость через пористую среду) и отвержденного по­ лимера (прочность и ее изменение во времени, проч­ ность сцепления с поверхностями цементного камня, породы и металла обсадных труб, изменение в объе­ ме) определяются степенью разбавления смолы во­ дой, применяемыми отвердителем и катализатором и их концентрацией, а также температурой среды.

Вязкость водных растворов смолы ТС-10 опреде­ ляется степенью разбавления водой и температурой

(рис. 11).

Ю \

Температура, °с

Рис. II. Зависимость вязкости водных растворов смолы ТС-10 от степени разбавления и температуры (степень разбавления:

1—1 : 0.5; 2—1 ; 1).

Вязкость водных растворов смолы ТС-10, как и для смолы ТСД-9, сохраняется практически постоян­ ной до начала их отверждения, после чего она быст­ ро нарастает до потери текучести растворов.

Плотность водных растворов смолы ТС-10 опре­ деляется степенью разбавления ее водой. Плотность раствора смолы, разбавленного водой 1:1, при 20°С равна 1018 кг/м3.

45

Концентрация уротропина, г/л

Рис. 12. Зависимость времени начала отверждения водных растворов смо­ лы ТС-10 от концентрации уротропина и температуры (степень разбавления смолы 1:1).

/—60°С; 2—65°С; 3—70°С; 4-80°С.

Рис. 13. Зависимость времени начала от­ верждения водных растворов смолы ТС-10 от концентрации формалина и тем­ пературы (состав раствора смолы: смо­ лы— '50%; смесь раствора уротропина с формалином — 50%. Концентрация уро­ тропина— 50 г в 1 л раствора смолы).

1—50°С; 2—60°С; 3-65”С.

Время начала отверждения водных растворов смолы ТС-10 определяется степенью разбавления, концентрацией отвердителя и температурой (рис. 12), Состав компонентов выражен в объемных процентах, содержание уротропина — в кг на 1 м3 раствора.

Для сокращения времени отверждения растворов смолы ТС-10, а также для применения их при более низких температурах (50—60°С) в качестве отверди­ теля используется смесь уротропина с формалином

(рис. 13).

Время начала отверждения водных растворов смо­ лы ТС-10 определялось путем снятия кривых измене­ ния их относительной вязкости во времени на рекон­ струированном вискозиметре ВЗ-1 (рис. 14). В ука-

Рис. 14. Схема вискозиметра ВЗ-1 с гер­ метической рубашкой для термостатирования.

займом приборе поддержание заданной температуры обеспечивается с помощью ультратермостата. Опре­ деление же времени начала отверждения водных ра­

47

створов смолы ТС-10 при температуре выше 40°С пу­ тем термостатпровапня проб в воздушном термоста­ те или в водяной бане приводит к большим ошибкам.

с поверхностью цементного камня, смоченного плас­ товой водой, равна 0,3—0,5 МПа.

Суспензии глины на основе смолы ТС-10

Свойства суспензии глины на основе смолы ТС-10 аналогичны свойствам суспензии на основе смолы ТСД-9 и определяются свойствами смолы ТС-10, при­ меняемым отвердителем и его концентрацией, степе­ нью разбавления и температурой окружающей сре­ ды.

Относительная вязкость суспензий глины на осно­ ве смолы ТС-10 при 20°С по СПВ-5 колеблется в пре­ делах 20—60с. Вязкость (фильтрата суспензии анало­ гична вязкости водных растворов смолы.

Плотность отвержденной суспензии глины иа ос­ нове смолы ТС-10 близка к плотности суспензии в жидком состоянии и колеблется в пределах 1200— 1400 кг/м3.

Отдача жидкой фазы из суспензии глины нахо­ дится в пределах МО4—4 -ІО4 мм3 из 7-ІО5 мм3 сус­ пензии при перепаде давления 0,1 МПа за весь пери­ од фильтрации.

Характер изменения времени начала отверждения суспензии глины на основе смолы ТС-10 в зависимос­ ти от концентрации отвердителя (уротропин и смесь его с формалином) при различной температуре при­ веден на рис. 15 и 16.

Прочность образцов отвержденной суспензии (при 70°С) после двух суток хранения в воде равна 0,7— 1,0 МПа, через 20 суток — 1,0—1,5 МПа.

Проведенные исследования показывают, что смо­ ла ТС-10 может быть использована в качестве мате­ риала для проведения изоляционных и тампонажных работ в скважинах с температурой 50—80°С.

48

Рис. 15. Зависимость времени начала отверждения суспензии глины на ос­ нове смолы ТС-10 от концентрации уротропина и температуры (состав суспензии: смолы — 50%; глинистого раствора — 35%; воды— 15% (отно­ шение объема смолы к объему смеси глинистого раствора с раствором уро­

тропина равно 1:1).

/—60°С; 2— 65°С; 3— 70°С; 4-80°С.

Рис. 16. Зависимость времени начала от­ верждения суспензии глины па основе смо­ лы ТС-10 от концентрации формалина и температуры (состав суспензии: смолы — 38,4%; воды — 11,6; смесь глинистого раст­ вора с формалином — 50%. Концентрация

уротропина — 77 г в 1 л суспензии),

і—40ЬС; 2—50°С; 3— 55°С; 4—60°С; 5— 70°С.

Как видно из изложенного, синтетические смолы на основе сланцевых фенолов ТСД-9 и ТС-10 как изоляционный материал обладают рядом преиму­ ществ по сравнению с тампонажным цементом. Там­