III группа. Метод основан на закачке элементоорганических соединений

Водогазоизолирующая композиция на основе кремнийорганических соединений и полимеров.

Для предотвращения прорыва газа в скважины разработаны также специальные изолирующие составы, предусматривающие применение при создании газоизолирующего экрана асфальтосмолистых веществ и нефтерастворимых полимеров. Используются и различные варианты полимерных тампонажных материалов, некоторые из которых, например, алкилрезорциновая, эпоксидная и фенолформальдегидная смолы, могут быть использованы для изоляции газопритоков, однако материалы очень дороги.

В промысловой практике широкое применение нашли вязкоупругие и гелеобразующие составы, представляющие собой смесь водных растворов полиакриламида, гексарезорциновой смолы и формалина, взятых в определенных пропорциях, после реагирования компонентов которых состав превращается в упругую гелеобразную массу, образуя несдвигаемый непроницаемый экран.

При создании изолирующего экрана на основе гелеобразующих составов, как правило, используют водорастворимые полимеры типа ПАА и КМЦ, бихроматы одновалентных металлов и восстановитель. Протекающая внутри системы реакция «сшивки» полимера приводит к образованию геля, непроницаемого для газа.

Следует отметить, что применимость большинства из указанных способов газоизоляции ограничена их недостаточной эффективностью либо высокой стоимостью работ. В значительной степени этих недостатков лишена технология, использующая гелеобразующие составы. Однако в традиционном варианте и этот подход не всегда эффективен. Это связано, во-первых, с тем, что в при высоких внутрипластовых депрессиях на границе «газ-нефть» механическая прочность геля может оказаться недостаточной, и это приведет к прорыву газа; во-вторых, низкая адгезия геля к породе может сделать его излишне подвижным, что также может привести к прорыву газа; в-третьих, традиционные составы не могут быть использованы для высокотемпературных скважин по причине быстрого старения (синерезиса) геля.

Наряду с минеральными солями для ограничения водопритоков в нефтяных скважинах могут использоваться отдельные химические элементы, например магний, который способен реагировать с водой с выделением нерастворимого осадка гидроокиси магния. Реализация этих методов сдерживается дефицитностью реагентов, их токсичностью, возможностью осложнений при выполнении водоизоляционных работ.

В последнее время нашли применение методы селективной изоляции пластовых вод, основанные на закачке в пласт элементоорганических соединений. Практический интерес для изоляции водопритоков в нефтяных скважинах представляют гидролизующиеся полифункциональные кремнийорганические соединения (КОС). Ряд гидролизующихся кремнийорганических соединений способен образовывать в пластовых условиях закупоривающий водонасыщенную породу полиорганосилоксановый полимер, обладающий высокими адгезионными характеристиками к породе, гидрофобной активностью, высокими селективными свойствами.

Практический интерес для изоляции водопритоков представляют гидролизующиеся полифункциональные кремнийорганические соединения, которые содержат связи Si—0 и Si—C, что определяет их промежуточное положение между органическими и неорганическими соединениями.

Повышение механической прочности геля, увеличение его адгезии к горным породам и повышение температуры синерезиса - возможно за счет внутреннего структурирования геля кремнийорганическими полимерами. Выбор кремнийорганических соединений (КОС) для модифицирования свойств гелеобразующих составов обусловлен следующими причинами. В результате реакций гидролиза и полимеризации кремнийорганического соединения, например этилсиликата, образуются различные моно-, дву- и трехмерные кремнийсодержащие полимеры, которые могут выполнять функцию структурообразователя геля, то есть «армировать» его и тем самым изменять его механические свойства.

Дальнейшее протекание этих реакций способствует образованию разветвленных полимеров, занимающих весь реакционный объем. Используемые в нефтепромысловой практике кремнийорганические соединения обладают высокой адгезией к горным породам. С учетом этого можно предположить, что введение КОС в объем геля позволит более прочно связать его с породой и снизить подвижность в поровом пространстве.

Известно, что введение разного рода наполнителей в полимерсодержащие системы может существенно повысить их термостабильность. Трехмерная сетка неорганического кремнийсодержащего полимера должна выполнять в объеме геля функцию такого наполнителя. Кроме того, гидрофильные свойства полимера будут способствовать снижению водоотдачи из объема геля и, как следствие, повышать его термостабильность и препятствовать проявлению синерезиса (старение геля с выделением растворителя). Следует отметить, что выделяющиеся при гидролизе КОС органические соединения (например, этиловый спирт) могут выступать в роли восстановителей для бихроматов металлов и тем самым способствовать образованию ионов Сr⁺³, ответственных за гелеобразование в растворах полимеров.

Для приготовления гелеобразующих составов, модифицированных кремнийорганическими соединениями, могут быть использованы следующие реагенты:

- водорастворимые полимеры: полиакриламиды (ПАА) марок Dk-Drill, DKS, Sapan и др., карбоксиметилцеллюлоза (КМЦ) марок КМЦ-600, КМЦ-700;

- кремнийорганические соединения этилсиликат-32, этилсиликат-40 (ГОСТ 26371-84), этилсиликатконденсат (ТУ 6-02-02-67-66), алкилсиликонаты натрия (ГКЖ-10, ГКЖ-11) и другие;

- бихроматы натрия, калия, аммония (ГОСТ 2652-78) и ряд восстановителей, таких, как сульфит натрия, бисульфит натрия, КССБ и др.

Проведенный анализ и исследования доказывают возможность использования этих водоизолирующих составов в нефтепромысловой практике.

На основе кремнийорганических соединений (КОС) разработано большое число водоизолируюших материалов и композиций. Они претерпели изменения от моментально отверждающихся хлорсиланов с уменьшенным содержанием активного хлора на основе кремнийорганических эфиров (продукт 119-204) до водонаполненных композиций (АКОР-4, АКОР Б-4, ВТС, ВТОКС, АКОР БН-4).

Водоизолирующие составы на основе алкоксипроизводных КОС можно разделить на две основные группы. Первая группа включает олигомерные органоалкокси (хлор) силоксаны и композиции на их основе это продукт 119-204, ВТС-2.

Вторая группа - составы на основе алкиловых эфиров ортокремниевой кислоты, в частности, на основе тетраэтоксилана и продуктов его частичной конденсации (этилсиликатов) к ним относятся АКОР, продукт 119-296, ВТС-1, ВТОКС.

Продукт 119-296 создан на основе малотоксичных, не содержащих хлора отходов производства алкоксисиланов и алкоксисилоксанов. В качестве кремнийорганических соединений применяется смесь этилбутилэфиров ортокремниевой кислоты, а также смолка этилсиликата.

На базе крупнотоннажного продукта 119-296Т разработана композиция, готовящаяся упрощенно в полевых условиях (см. патенты РФ № 2071548, № 2071549). Время отверждения композиции регулируется количеством добавленной соляной кислоты. Рекомендуемая композиция пригодна для изоляции нижних, верхних и подошвенных вод с любой степенью минерализации при температурах пласта до плюс 150⁰ С, а также больших перепадах давления и малых перемычках между пластами. Продукт 119-296Т удобен для работы в зимнее время, поскольку температура его замерзания ниже минус 60⁰ С.

Водоизолирующие составы АКОР применяются: для выполнения ремонтно-изоляционных работ в нефтяных, газовых и газоконденсатных скважинах, а также в подземных газовых хранилищах; для крепления грунта и гидроизоляции.

Технические характеристики водоизолирующих составов АКОР:

Внешний вид жидкость коричневого цвета со спиртовым запахом.

- Плотность 1050 - 1060 кг/м³;

- вязкость 15-25 мПа•с;

- Селективное проникновение и отверждение в пластах с различными насыщающими жидкостями;

- Под действием воды отверждается по всему объему;

- Температура замерзания ниже минус 50 ⁰С;

- Время отверждения регулируется от нескольких минут до нескольких суток;

- Полнота отверждения в водоносном пласте (полное перекрытие пор);

- Широкий температурный интервал применения (до 200 °С); - Высокая адгезия к породе и высокая термогидролитическая стойкость отвержденного состава; - Длительный срок хранения товарного продукта (более года).

Способность образовывать с водой однородную систему не расслаивающаяся жидкость. Время гелеобразования при температуре (70 ± 5) ⁰С в соотношении АКОР МА (АКОР МГ): вода =1:2, 1 - 6 ч. Количество осадка после разбавления водой в соотношении АКОР МА (АКОР МГ): вода =1:2, об.дол. %, не более 5. Примечание: при хранении продукта в стальной таре допускается наличие осадка не более 5 об.дол. %, а также изменение цвета до желто-зеленого. В присутствии воды тампонажные материалы гидролизуются с образованием в начале жидких водорастворимых продуктов, которые затем, проходя стадию гелеобразования, отверждаются. Условия хранения: водоизолирующие составы АКОР хранят в специализированных емкостях, контейнерах или бочках при температуре окружающего воздуха не выше плюс 40⁰С на спланированных площадках, защищенных от воздействия прямых солнечных лучей и атмосферных осадков.