RU2030562C1

RU2030562C1 - Method for shutting-off lost circulation zone

Info

Publication number: RU2030562C1
Authority: RU
Inventors: А.М. Селиханович; С.Н. Горонович; А.В. Мнацаканов; А.В. Рудницкий
Priority date: 1992-09-07
Filing date: 1992-09-07
Publication date: 1995-03-10

Abstract

FIELD: drilling of deep wells. SUBSTANCE: introduced into prepolymer of urethane series is bentonite and let stand up to full hardening. Produced mass is ground to crumbles. Prepolymer and urethane series and bentonite are taken in the following amounts, mas.part.: prepolymer of urethane series 100; bentonite 20-100. Prepolymer of urethane series is used in form of HEISEL-OH IAN or BURETAN. Injection is carried-out with use of standard technology. EFFECT: higher efficiency. 2 cl, 4 tbl

Description

Изобретение относится к бурению скважин, в частности к способам изоляции зон поглощений при бурении глубоких скважин в интервале температур до 60^оС.The invention relates to drilling of wells, particularly to methods for isolation zones acquisitions when drilling deep wells in the range of temperatures up to 60 ° ^C.

Известны способы изоляции зон поглощений путем доставки закупоривающего материала к месту поглощения и создания в приствольной зоне пласта перемычки способной выдержать возникающие в процессе бурения скважин перепады давления. В качестве таких материалов используют инертные материалы: кокс, комки глины, древесные опилки, асбест, резиновую крошку и др. [1]. Known methods for isolating absorption zones by delivering clogging material to the absorption site and creating a bridge in the near-well zone of the formation that can withstand pressure drops that occur during drilling of wells. Inert materials are used as such materials: coke, clay lumps, sawdust, asbestos, rubber crumb, etc. [1].

Наиболее близким к предлагаемому способу по совокупности признаков является способ изоляции зон поглощений бурового раствора путем закачки в поглощающий пласт предполимера уретанового ряда, который при взаимодействии с водой, отверждается с образованием резиноподобного материала устойчивой формы [2]. Недостатком данного способа является то, что при отверждении материал в пластовых условиях (при высоких давлениях) практически не изменяется в объеме, тем самым снижается надежность кольматации зоны поглощения. Кроме того, доставка кольматирующего материала в товарном виде в зону поглощения связана с большими технологическими трудностями из-за малых сроков его твердения (3-15 мин) и способности реагента терять реологические свойства и даже затвердевать при незначительном содержании воды, например сольватной воды, на внутренних стенках бурильных труб, что практически делает невозможным создание кольматирующего экрана зоны поглощений. Closest to the proposed method in terms of features is a method of isolating the zones of absorption of the drilling fluid by injection into the absorbing layer of a prepolymer of the urethane series, which, when interacting with water, cures to form a rubber-like material of a stable form [2]. The disadvantage of this method is that during curing the material in reservoir conditions (at high pressures) practically does not change in volume, thereby reducing the reliability of the mudding of the absorption zone. In addition, the delivery of colmatizing material in marketable form to the absorption zone is associated with great technological difficulties due to the short time of its hardening (3-15 minutes) and the ability of the reagent to lose rheological properties and even harden with a small water content, for example, solvate water, on internal the walls of the drill pipe, which makes it virtually impossible to create a collating screen of the absorption zone.

Предлагаемый способ решает задачу повышения эффективности изоляции за счет объемного расширения кольматирующего материала и обеспечения надежности его доставки в зону поглощений. The proposed method solves the problem of increasing the efficiency of insulation due to the volume expansion of the clogging material and ensuring the reliability of its delivery to the absorption zone.

Для решения указанной задачи в предлагаемом способе изоляции зон поглощений путем закачки в поглощающий пласт предполимера уретанового ряда, в последний предварительно вводят бентонит, выдерживают до полного отверждения и полученную массу измельчают до крошки, причем предполимер уретанового ряда и бентонит берут при следующем их соотношении, мас.ч.:
Предполимер уретано- вого ряда 100 Бентонит 20-100
В качества предполимера уретанового ряда используют соединения "Хайсел-ОН IАN" или "Буретан" общей структурной формулы:
CH₃

NCOO-(CH₂-

-O)_n-(CH₂-CH₂-O)_m-CONH

CH₃
Новым в способе изоляции зон поглощений является то, что в предполимер уретанового ряда предварительно вводят бентонит и выдерживают до полного отверждения, а затем полученную массу измельчают до крошки. При этом соотношение компонентов распределяется следующим образом:
Предполимер уретано- вого ряда 100 мас.ч. Бентонит 20-100 мас.ч.To solve this problem, in the proposed method for isolating absorption zones by injecting a urethane series prepolymer into the absorbing layer, bentonite is preliminarily introduced into the latter, kept until completely cured and the resulting mass is crushed to crumbs, and the urethane prepolymer and bentonite are taken in the following ratio, wt. hours:
Urethane prepolymer 100 Bentonite 20-100
As the prepolymer of the urethane series, the Heisel-OH IАN or Buretan compounds of the general structural formula are used:
CH ₃

NCOO- (CH ₂ -

-O) _n - (CH ₂ -CH ₂ -O) _m -CONH

CH ₃
New in the method of isolating absorption zones is that bentonite is preliminarily introduced into the urethane prepolymer and maintained until completely cured, and then the resulting mass is crushed to a crumble. The ratio of the components is distributed as follows:
Urethane prepolymer 100 parts by weight Bentonite 20-100 parts by weight

В качестве предполимера уретанового ряда используют соединения "Хайсел-ОН IАN" или "Буретан" общей формулы:
CH₃

NCOO-(CH₂-

-O)_n-(CH₂-CH₂-O)_m-CONH

CH₃
Предполимер уретанового ряда с концевыми изоцианатными группами (-NCO) представляет собой гидрофильный раствор светло-желтого цвета и имеет следующие показатели:
плотность 1140 кг/см³, вязкость 730, содержание сводных изоцианатных групп (-СО) 85% , температуру вспышки в открытом тигле 126^оС, температуру застывания минус 25^оС. Кроме того, при взаимодействии предполимера с водой изоцианатные группы смешиваются с образованием мочевидных связей с выделением СО₂. Продукт реакции представляет собой пластичный резиноподобный материал. Возможно отверждение в водных дисперсных системах (глинистый и цементный раствор, гидрофильная эмульсия, пена).As the prepolymer of the urethane series, the Heisel-OH IАN or Buretan compounds of the general formula are used:
CH ₃

NCOO- (CH ₂ -

-O) _n - (CH ₂ -CH ₂ -O) _m -CONH

CH ₃
The isocyanate-terminated urethane prepolymer (-NCO) is a light yellow hydrophilic solution and has the following characteristics:
density of 1140 kg / cm ^3, viscosity 730, the contents of the summary of isocyanate groups (-CO) of 85%, a flash point in an open crucible ^of 126 C, a pour point of minus 25 ^C. In addition, by reacting the prepolymer isocyanate groups with water to form a mixed linkages of CO ₂ . The reaction product is a plastic rubber-like material. Curing in aqueous disperse systems is possible (clay and cement mortar, hydrophilic emulsion, foam).

В качестве предполимера используются соединения "Хайсел-ОН IАN" разработанные японской фирмой "Тохо Кемикел Индустри КО, ЛТД", а также его отечественный аналог - "Продукт Аквизол-ГН" по ТУ 6-55-221-1163-91 (промышленное название "Буретан" по ТУ 6-55-221-1163-91), разработанный совместно БашНИПИнефть (г.Уфа) и ВНИИСС (г.Владимир). As a prepolymer, Heisel-OH IАN compounds developed by the Japanese company Toho Chemical Industrial CO, LTD are used, as well as its domestic counterpart, Product Aquizol-GN, according to TU 6-55-221-1163-91 (industrial name " Buretan "according to TU 6-55-221-1163-91), developed jointly by BashNIPIneft (Ufa) and VNIISS (Vladimir).

Установлено, что при взаимодействии предполимера с порошкообразным бентонитом в нормальных условиях происходит отверждение полимерной композиции с получением упругого твердого материала (предполимер с водой образует менее прочную структуру по типу "поролон"), при этом наблюдается увеличение объема за счет расширяющего эффекта (в 1,5-2,3 раза). It was found that during the interaction of the prepolymer with powdered bentonite under normal conditions, the polymer composition cures to produce an elastic solid material (the prepolymer with water forms a less strong foam-like structure), with an increase in volume due to the expanding effect (1.5 -2.3 times).

Выявлена способность уже отвержденной массы при контакте с водной средой (пресной и минерализованной) значительно увеличиваться в объеме (в 2,1-2,5 раза) независимо от пластового давления и в интервале температур до 60^оС.The ability of already solidified mass on contact with an aqueous medium (fresh or saline) to increase significantly in volume (to 2.1-2.5 times) irrespective of the formation pressure and in the temperature range up to 60 ° ^C.

Измельчение полученной массы до крошки обеспечивает надежную ее доставку в зону поглощения на любую глубину скважины, одновременную кольматацию проницаемых поровых каналов путем намыва крошки, которая разбухает и создает надежную закупоривающую пробку. Размеры раздробленной крошки определяются раскрытием в породе каналов ухода бурового раствора и могут иметь значения от 1 до 40 мм, причем максимальный коэффициент объемного расширения практически не зависит от размера крошки. Grinding the resulting mass to crumbs ensures its reliable delivery to the absorption zone at any depth of the well, simultaneous colmatation of permeable pore channels by washing the crumbs, which swells and creates a reliable clogging plug. The size of the crushed crumb is determined by the opening in the rock of the drilling fluid leaving channels and can have values from 1 to 40 mm, and the maximum coefficient of volume expansion practically does not depend on the size of the crumb.

Предлагаемый способ позволяет повысить эффективность изоляции за счет объемного расширения кольматирующего материала и обеспечения надежности его доставки в зону поглощения. The proposed method allows to increase the efficiency of insulation due to the volume expansion of the clogging material and to ensure the reliability of its delivery to the absorption zone.

Изобретение в условиях буровой осуществляется следующим способом. Перед закачкой производят смешивание полимера с бентонитом с помощью любого смесительного устройства (например, заливочного агрегата ЦА-320 и смесителя СМН-20). После чего выдерживают до полного отверждения в небольших формах. Полученную отвердевшую массу измельчают (дробят) любыми устройствами (например, дезинтегратором) до заданий размерной крошки и закачивают в зону поглощения по общепринятой технологии. В экспериментах для простоты определения объемного расширения исследовалась не крошка, а диски одинакового размера. The invention in the conditions of the drilling is carried out in the following way. Before injection, the polymer is mixed with bentonite using any mixing device (for example, a casting unit ЦА-320 and a mixer СМН-20). Then they are kept until completely cured in small forms. The obtained hardened mass is crushed (crushed) by any devices (for example, a disintegrator) to the task of dimensional crumbs and pumped into the absorption zone by conventional technology. In the experiments, for simplicity of determining the volume expansion, not the crumb was studied, but disks of the same size.

В лабораторных условиях были подготовлены двенадцать смесей предполимера с различными содержаниями бентонитового порошка (5-110%). В качестве предполимера использован реагент "Хайсел-ОН IАN", а в качестве отвердителя - бентонит по ТУ 39-01-08-658-81. Подготовленные смеси заливали в цилиндрические формы, выдерживали до отверждения (время фиксировалось), после чего рассчитывали коэффициент объемного расширения при твердении образца
β₁ =

, где V₁ - конечный объем отвердевшей массы;
V_о - начальный объем смеси.In laboratory conditions, twelve prepolymer mixtures with different contents of bentonite powder (5-110%) were prepared. As a prepolymer, Heisel-OH IАN reagent was used, and bentonite according to TU 39-01-08-658-81 was used as a hardener. The prepared mixtures were poured into cylindrical forms, kept until curing (time was fixed), after which the coefficient of volume expansion during curing of the sample was calculated
β ₁ =

where V ₁ - the final volume of the hardened mass;
V _about - the initial volume of the mixture.

Отвердевшие цилиндрические образцы помещали в пресную воду при атмосферном давлении и t = 20^оС. После окончания процесса набухания образцы вынимались из воды и аналогичным образом рассчитывался коэффициент объемного расширения.Hardened cylindrical samples were placed in fresh water at atmospheric pressure, and t = 20 ^o C. After the imbibition process, the samples were removed from the water and similarly calculated coefficient of volume expansion.

Общий коэффициент объемного расширения определяется по формуле
β_об = β₁ ˙ β₂.The total coefficient of volume expansion is determined by the formula
β _rev = β ₁ ˙ β ₂ .

Результаты исследований приведены в табл.1. The research results are given in table 1.

Из данных табл. 1 видно, что при всех значениях содержания бентонита в смеси наблюдается значительное увеличение объема (общий коэффициент объемного расширения составляет 2,83-4,78). При малых содержаниях бентонита сроки предварительного отверждения достаточно большие (смеси 1, 2), следовательно, содержание бентонита в смеси менее 20 мас.ч. не рекомендуется. При содержании бентонита свыше 100 мас.ч. объемное расширение смеси при набухании достигает двухкратного увеличения (смесь 12), следовательно, применение этих смесей нецелесообразно. Для изучения влияния давлений, температур и минерализации водных сред на степень расширения кольматирующей смеси брали цилиндрический образец с содержанием бентонита 20 мас.ч., отвержденный при атмосферном давлении и t = 20^оС, нарезали его на диски одинаковой высоты и помещали в автоклав КЦ-3. Для сравнения брали смесь предполимера с водой (прототип) в соотношении 100:20 и также помещали в автоклав, где происходило отверждение смеси при различных давлениях и температурах.From the data table. Figure 1 shows that for all values of the bentonite content in the mixture, a significant increase in volume is observed (the total coefficient of volume expansion is 2.83–4.78). At low bentonite contents, the preliminary curing time is quite large (mixtures 1, 2), therefore, the bentonite content in the mixture is less than 20 parts by weight. Not recommended. When the content of bentonite is more than 100 parts by weight the volume expansion of the mixture during swelling reaches a twofold increase (mixture 12), therefore, the use of these mixtures is impractical. To study the influence of pressure, temperature and salinity aqueous media by the degree of bridging mixture cylindrical sample taken with the content of 20 parts by weight of bentonite, cured at atmospheric pressure, and t = ²⁰ ° C, cut it at the same height and the wheels were placed in an autoclave KTS- 3. For comparison, we took a mixture of prepolymer with water (prototype) in a ratio of 100: 20 and also placed in an autoclave, where the mixture was cured at various pressures and temperatures.

Результаты исследований приведены в табл.2-4. The research results are given in table.2-4.

Из данных табл. 2 видно, что по прототипу тампонирующий материал в нормальных условиях отверждается с увеличением объема в 2,5 раза, а при повышенных давлениях - с незначительным увеличением объема. По предлагаемому способу предварительно отвержденная смесь при контакте с водной средой увеличивается в объеме в 2,48-2,55 раз, причем как при нормальных, так и при повышенных давлениях. From the data table. 2 shows that the prototype plugging material under normal conditions is cured with an increase in volume by 2.5 times, and at elevated pressures with a slight increase in volume. According to the proposed method, the pre-cured mixture in contact with the aqueous medium increases in volume by 2.48-2.55 times, both at normal and at elevated pressures.

Из данных табл.3 видно, что с увеличением температуры свыше 60^оС коэффициент объемного расширения кольматирующей смеси по предлагаемому способу резко снижается.From the data in Table 3 shows that with increasing temperature above 60 ^{° C} the coefficient of volumetric expansion of bridging mixture according to the proposed method is significantly reduced.

Зависимость коэффициента объемного расширения по предлагаемому способу от минерализации водной среды представлена в табл.4. The dependence of the coefficient of volume expansion according to the proposed method on the salinity of the aquatic environment is presented in table 4.

Из данных табл.4 видно, что образцы предварительно отвержденного предполимера с одинаковой степенью увеличиваются в объеме, как в пресной, так и в минерализованной воде. Кроме того, исследуемые образцы помещались в водную среду с различными рН (6,0-12,0) и добавками, применяемыми в буровых растворах. При этом коэффициент объемного расширения во всех случаях одинаков и достаточно высок. Ввод в данную смесь наполнителя (цемента, мела и др.) не ухудшает его расширяющих свойств (смесь 13, 14, табл.1), но способствует увеличению пластической прочности. Кроме того, ввод инертного наполнителя (цемента, мела) в отверждаемый предполимер обеспечивает регулирование плотности отвержденной смеси в значительном диапазоне. From the data of Table 4 it can be seen that the samples of the previously cured prepolymer with the same degree increase in volume, both in fresh and in mineralized water. In addition, the test samples were placed in an aqueous medium with different pH (6.0-12.0) and additives used in drilling fluids. Moreover, the coefficient of volume expansion in all cases is the same and quite high. The introduction of a filler in this mixture (cement, chalk, etc.) does not impair its expanding properties (mixture 13, 14, Table 1), but it contributes to an increase in plastic strength. In addition, the introduction of an inert filler (cement, chalk) into the curable prepolymer provides for the regulation of the density of the cured mixture in a significant range.

Применение кольматирующего материала с гравитационной составляющей равной плотности бурового раствора, шламового флюида и т.п. исключает возможность всплытия или осаждения в среде бурового раствора в момент транспортировки в зону поглощения. The use of a clogging material with a gravitational component of equal density of the drilling fluid, sludge fluid, etc. eliminates the possibility of surfacing or sedimentation in the medium of the drilling fluid at the time of transportation to the absorption zone.

Таким образом, предлагаемый способ изоляции зон поглощений, обеспечивает повышение эффективности изоляции за счет:
- высокой надежности доставки кольматирующего предполимера полиуретанового ряда в зону ухода бурового раствора, независимо от глубины поглощения;
- набухания отвержденного предполимера в порах, трещинах, каналах породы независимо от пластового давления, глубины скважины с образованием кольматирующего экрана заданной прочности;
- равенства гравитационных составляющих набухающего предполимера бурового раствора, нагнетаемых в зону поглощения.Thus, the proposed method of isolation of absorption zones provides an increase in insulation efficiency due to:
- high reliability of delivery of the colmatating prepolymer of the polyurethane series to the drilling fluid withdrawal zone, regardless of the depth of absorption;
- swelling of the cured prepolymer in the pores, cracks, channels of the rock, regardless of reservoir pressure, depth of the well with the formation of a clogging screen of a given strength;
- the equality of the gravitational components of the swelling mud prepolymer injected into the absorption zone.

Claims

1. METHOD FOR ISOLATING ABSORPTION ZONES by injection of an urethane-series prepolymer into the absorbing layer, characterized in that bentonite is introduced into the urethane prepolymer beforehand, it is allowed to cure completely and the resulting mass is crushed to crumbs, the urethane-prepolymer and bentonite are taken in the following ratio parts by weight:
Urethane prepolymer - 100
Bentonite - 20 - 100
2. The method according to claim 1, characterized in that as the prepolymer of the urethane series, the Heisel - OH IA N or Buretan compounds of the structural formula are used