Исследование деструкции полимеров при капитальном ремонте скважин

Бурение нефтяных и газовых скважин при первичном вскрытии продуктивных горизонтов несомненно ухудшает коллекторские свойства, однако с развитием современных технологий степень загрязнения была сведена к минимуму. Однако, при вторичном вскрытии зон продуктивного пласта происходит неизбежное загрязнение прискважинной зоны продуктами перфорации и последующих испытаний, при этом получают двухфазные потоки с опережающим движением воды. При проведении ремонтно-изоляционных работ уже действующих скважин, жидкостям глушения предъявляют особые требования, основным из них является условие полного удаления жидкости глушение по окончании работ, а также минимальное воздействие на продуктивный пласт. В качестве изолирующих материалов все больше используются полимерные составы жидкостей глушения, обладающие высокими структурно-механическими свойствами.

В современных условиях проведения ремонтных работ все более частое применение находит использование вязкоупругих составов – мягкого «изолирующего пакера». Они представляют собой упругие гели с низкой подвижностью, при этом данные составы обладают следующими преимуществами:

• -    снижение негативного влияния технологических жидкостей на пласт-коллектор;

• -    значительно меньшие объемы по сравнению с другими типами жидкостей глушения;

• -    высокие значения структурномеханических свойств;

• -    возможность разрушения по окончании работ.

Гелеобразные составы выступаю в виде барьера, препятствующего проникновению в пласт фильтрата жидкости, а также препятствующего поступления флюида в пласт в процессе проведения ремонтных работ.

Реакция сшивки высокомолекулярных органических соединений лежит в основе приготовления вязкоупругих составов для проведения ремонтных работ.

Образование системы вязкого состава происходит при реакции сшивки молекул полимеров ионами металлов Cr3+, Al3+, Cu2+, которые теряют кинетическую самостоятельность.

Повсеместно, на территориях многих месторождений производится глушение скважин при помощи вязкоупругих составов. Рассматривая глушение скважины на территории месторождения Пермского края, сравнительный анализ данных по результатам эксплуатации скважин до ремонтных работ и после, выявил недостатки применения вязких составов в качестве жидкостей глушения.

Плотные остатки неразрушенной вязкой системы попадают в механизм глубинного насосного оборудования, закупоривая рабочие области, приводят его в неисправное состояние. Анализ данных показал, уменьшение расстояние спуска насосного оборудования и верхней границы пачки вязкого состава способствует отказу насосного оборудования. Именно поэтому, актуальной задачей многих компаний является применение вязкоупругих составов, имеющих склонность к разрушению до маловязких жидкостей по окончании работ, с целью проведения безаварийных работ по установке и работе насосного оборудования.

В сравнении с вязкоупругими составами, применяемыми при гидравлических разрывах пласта, вязкоупругие составы для ремонта скважин обладают более высокими значениями структурномеханических свойств, однако, во многом аналогичны по свойствам.

Деструкторы полимеров, применяемые для разрушения структуры вязкоупругих составов должны обладать следующими свойствами:

• -    контакт должен происходить только между поверхностью жидкости;

• -    не оказывать воздействие до снижения давления закачки;

• -    разрушение геля без осадков;

• -    быстро реагировать с вязкоупругой системой.

Рассмотрим современное состояние деструкторов полимеров и их некоторые виды, для разрушения составов на основе высокомолекулярных органических соединений:

• -    применяются кислотные деструкторы, органического и неорганического типа;

• -    применяются окислительные деструкторы на основе персульфата аммония и щелочных металлов, органических пероксигидратов и другие.

• - энзимы. Примерами энзимных деструкторов являются: альфа-амилаза, ами-логлюкозид, олигоглюкозид, инвертаза, мальтаза, деполимеризованный микробиологический маннан.

Опыт применения различных методов ограничения и изоляции притока пластовых вод в нефтяных скважинах с помощью мономерных, олигомерных и полимерных материалов неорганической, органической и элементоорганической природы в нашей стране и за рубежном свидетельствует о том, что наиболее предпочтительно для этих целей использование селективных водоизолирующих материалов элементоорганической природы [2, 4, 5].

Проведение качественных работ по испытанию, ремонту и получению достоверной информации по характеру насыщения продуктивного пласта, получения продуктивных характеристик продуктивных горизонтов с целью получения притока пластового флюида является целью проведения ремонтно-изоляционных работ.

Проведем патентный обзор жидкостей глушения для нефтяных и газовых скважин. В патенте под номером №RU 2187529, на основе полимера Praestol, применяются следующие реагенты – полимерный комплекс, состоящий из Praestol 2540, сульфацелла и сульфата алюминия Al 2 (SO 4 ) 3 , включает в себя воду и добавку алюмосиликатных микросфер АСМ в качестве кольматанта.

Соотношение компонентов, применяемых в вязком составе на основе полимера Praestol 2540, масс. %:

- Praestol 2540 – 0,3-0,6;

- сульфацелл – 0,4-0,8;

- сульфат алюминия – 0,075;

• -    алюмосиликатные микросферы АСМ – 2,5-10,0%;

• -    вода – остальное.

Praestol 2540 – анионактивный полимер, производится на Российско-Германском производстве ЗАО «Компания – Штокхаузен – Пермь» по ТУ 2216-001-409-1017298.

Также известно применение следующих изолирующих составов при ремонтноизоляционных работах:

• -    на основе фенолформальдегидных смол (ТС-10, ТСО-91), вязкоупругие составы (ВУС),

• -    на основе ПТМ – Ремонт-1,

• -    на основе фенолоспирты (ФС),

• -    на основе селективных тампонажных материалов – силаны,

• -    на основе гидрофобных тампонажных материалов (ГТМ),

• -    на основе гидролизованного полиакрилонитрила (гипан),

• -    на основе водорастворимого тампонажного состава (ВТС),

• -    на основе кремнийорганических сшитых систем (КРОСС),

• -    на основе стиромаля и др.

Наиболее распространенным методом изолирования и ограничения притока пластового флюида в нефтяных и газовых скважинах в современных условиях нефтегазовой индустрии является применение жидкостей глушения на основе водорастворимых полимеров акрилового ряда.

В основном используется водорастворимые полимеры акрилового ряда: полиакрилонитрил (гипан) и полиакриламид (ПАА), при этом данные составы имеют некоторые ограничения.

Применение гипана ограничивается минерализацией пластовых и закачиваемых вод в условиях месторождений Западной Сибири, применение полиакриламида ограничивается низкой технологичностью при отрицательных температурах.

Также известно применение сополимеров метакриловой кислоты и метакриламида и других. Данные составы являются ограничителями притока пластовых вод, снижают проницаемость горных пород при взаимодействии с солями пластовых флюидов и адсорбции полимеров на поро- де. Также известно применение нефтесернокислотных смесей (НСКС) и тяжелых нефтепродукты (гудрон, битум). Данные методы ограничиваются условиями применения, а также влиянием на конечные коллекторские свойства продуктивных горизонтов.

Моделирование различных ситуаций образования и разрушения сплошного геля осуществлялось в два этапа.

При этом применялся следующий состав жидкости глушения:

• -    Praestol 2540 – 0,5;

• -    вода – остальное.

На первом этапе были приготовлены образцы полимерных систем на основе реагента «Praestol-2540», исследовался деструктор на основе перекиси водорода и гипохлорита натрия.

Приготовление состава выполнялось путем смешения реагентов и воды при 20 ° С.

На втором этапе проводилось изучение деструкции приготовленных жидкостей глушения.

Опыт по деструкции полимеров состоял в том, что к составу добавляли некоторое количество деструктора – NaOCl (гипохлорит натрия) различной концентрации.

Сразу после контакта с деструктором засекали время начала эксперимента и наблюдали за состоянием систем визуально - при исчезновении гелевой структуры фиксировалось время.

Далее образцы испытывали на вискозиметре. На двух сериях контрольных образцов на основе воды отслеживали стабильность системы без деструкторов в течение суток. Результаты измерений приведены в таблицах 1-2.

Таблица 1. Результаты исследований (концентрация 20%)

Название реагента	Концентрация	Время, мин	Вязкость 6 об/мин	Вязкость 3 об/мин
Praestol 2540	- %	-	410	483
Praestol 2540 + де структор	20 %	10	221	270
Praestol 2540 + де структор	20 %	20	123	150
Praestol 2540 + де структор	20 %	30	99	127
Praestol 2540 + де структор	20 %	50	47	66

Таблица 2. Результаты исследований (концентрация 50%)

Название реагента	Концентрация	Время, мин	Вязкость 6 об/мин	Вязкость 3 об/мин
Praestol 2540	- %	-	410	483
Praestol 2540 + де структор	50 %	10	134	260
Praestol 2540 + де структор	50 %	20	98	110
Praestol 2540 + де структор	50 %	30	27	41
Praestol 2540 + де структор	50 %	50	9	12

По результатам эксперимента установлено, что реологические характеристики стабилизируются после 20 минут проведения эксперимента.

По результатам исследований после 50 минут взаимодействия с деструктором вязкость раствора снизилась в более чем 35 раз, что говорит об эффективности данного деструктора. Результаты экспериментов представлены на рисунках 1, 2.

• • Вязкость 6 об/мин   —•— Вязкость 3 об/мин

Рис. 1. Результаты эксперимента при концентрации 20%

—•— Вязкость б об/мин   —•— Вязкость 3 об/мин

Рис. 2. Результаты эксперимента при концентрации 50%

Установлено, что контакт полимерногелевой системы с такими окислителями как гипохлорит натрия и перекись водоро- полной деструкции при комнатной температуре снижается с ростом концентрации окислителей в воде и минимально для да при различных концентрациях в воде и концентрированных растворов гипохлори-температуре приводит к необратимой де- та натрия - 0,9 часа, а для перекиси водо-струкции гелей. Время, необходимое для рода – 16 часов.