RU2183725C2

RU2183725C2 - Sealing composition for well repair and isolation operations

Info

Publication number: RU2183725C2
Application number: RU2000121316A
Authority: RU
Inventors: В.А. Цхай; В.И. Токунов; Е.Н. Рылов; В.И. Гераськин; Г.А. Поляков; А.Г. Филиппов; И.Г. Поляков; В.В. Кунавин; В.А. Прокопенко; А.А. Шевяхов; З.М. Фаттахов
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Астраханьгазпром"
Priority date: 2000-08-08
Filing date: 2000-08-08
Publication date: 2002-06-20

Abstract

FIELD: oil and gas producing industry; applicable in sealing of members of casing heat at wellhead, isolation of casing string - borehole annulus and other similar operations arising in drilling and operation of oil and gas wells. SUBSTANCE: sealing composition includes elastomer based on rubber with functional filler and additional mixture of esters with calcium salts of alkylarylsulfonic acids, solid filler of colloid size - calcium carbonate or hydroxide with particles sizing less than 1 mcm. In so doing, mixture of esters with calcium salts of alkylarylsulfonic acids is used in ratio of 1: 30. Said composition has improved plastic properties required for isolation of casting string - borehole annulus in drilling and operation of oil and gas wells under conditions of high content of aggressive acid gases, for instance, hydrogen sulfide. EFFECT: higher efficiency of sealing composition application. 2 cl, 3 tbl, 1 ex

Description

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и может быть использовано для герметизации элементов колонной головки на устье, изоляции заколонного пространства и для других аналогичных операций, возникающих при бурении и эксплуатации нефтяных и газовых скважин, особенно в условиях высокого содержания сероводорода и в пластовом флюиде. The invention relates to the oil and gas industry and can be used for sealing the elements of the column head at the mouth, isolating the annulus and for other similar operations that occur during the drilling and operation of oil and gas wells, especially in conditions of high hydrogen sulfide content and in the reservoir fluid.

Известно использование различных по составу герметизирующих композиций для указанных целей. При этом они должны отвечать следующим основным требованиям: надежно изолировать внутрискважинное пространство от контакта с атмосферой, иметь хорошие пластические свойства, позволяющие легко осуществлять шприцевание композиции в узкие зазоры технологического оборудования, и сохранять технологически обусловленное время необходимые физико-химические свойства. It is known to use different composition of sealing compositions for these purposes. At the same time, they must meet the following basic requirements: to reliably isolate the downhole space from contact with the atmosphere, have good plastic properties that make it easy to extrude the composition into the narrow gaps of technological equipment, and maintain the necessary physicochemical properties for the technologically determined time.

Особо жесткие требования предъявляются к герметизирующим композициям при наличии в пластовом флюиде большого количества агрессивных компонентов, например, сероводорода (до 25%). Такое положение имеет место на большинстве нефтяных и газовых месторождений Прикаспийской впадины. Particularly stringent requirements are imposed on sealing compositions when there are a large number of aggressive components in the reservoir fluid, for example, hydrogen sulfide (up to 25%). This situation occurs in most oil and gas fields of the Caspian Depression.

Однако применяемые в настоящее время герметизирующие композиции не отвечают необходимым требованиям. Так, герметизирующая композиция по патенту РФ 2102427 от 19.06.95 г., МПК 6 С 09 К 3/10, при большом количестве сероводорода не обладает необходимой термоокислительной устойчивостью (показатель "старения"), а входящие в состав индустриальное масло и нефтяной битум являются нестойкими компонентами по отношению к углеводородным газам. However, currently used sealing compositions do not meet the necessary requirements. So, the sealing composition according to the patent of the Russian Federation 2102427 from 06.19.95, IPC 6 09 K 3/10, with a large amount of hydrogen sulfide does not have the necessary thermal oxidative stability (an indicator of "aging"), and the industrial oil and oil bitumen included in the composition are unstable components in relation to hydrocarbon gases.

Более близким по физико-химической природе к предлагаемому является герметизирующая композиция по а. с. 1263812 от 17.12.1984 г., МПК Е 21 В 33/138, включающая эластомер на основе каучука с функциональным наполнителем. Однако указанная композиция деструктирует в кислой среде под воздействием сероводорода, а при ее шприцевании возникают высокие давления. Closer in physico-chemical nature to the proposed is a sealing composition according to a. from. 1263812 dated 12/17/1984, IPC E 21 B 33/138, including an elastomer based on rubber with a functional filler. However, this composition is degraded in an acidic environment under the influence of hydrogen sulfide, and when it is extruded, high pressures occur.

Предлагаемое изобретение решает конкретную задачу получения герметизирующей композиции с улучшенными пластическими свойствами, необходимыми для герметизации элементов колонной головки на устье и для изоляции заколонного пространства при бурении или эксплуатации нефтяных и газовых скважин, даже в условиях высокого содержания агрессивных кислых газов (например, сероводорода). The present invention solves the specific problem of obtaining a sealing composition with improved plastic properties necessary for sealing the elements of the column head at the mouth and for isolating the annular space when drilling or operating oil and gas wells, even in conditions of high content of aggressive acid gases (e.g., hydrogen sulfide).

Поставленная техническая задача решается тем, что герметизирующая композиция для ремонтных и изоляционных работ в скважине, включающая эластомер на основе каучука с функциональным наполнителем, дополнительно содержит смесь сложных эфиров с кальциевыми солями алкиларилсульфокислот и твердый наполнитель коллоидного размера, карбонат или гидроокись кальция с размером частиц менее 1 мкм, причем смесь сложных эфиров с кальциевыми солями алкиларилсульфокислот используют в соотношении 1:30. The stated technical problem is solved in that the sealing composition for repair and insulation work in the well, including an elastomer based on rubber with a functional filler, additionally contains a mixture of esters with calcium salts of alkylaryl sulfonic acids and a solid filler of colloidal size, carbonate or calcium hydroxide with a particle size of less than 1 microns, moreover, a mixture of esters with calcium salts of alkylarylsulfonic acids is used in a ratio of 1:30.

В качестве эластомера может быть использован натуральный или синтетические каучуки, или их смеси. В качестве функционального наполнителя эластомера могут быть использованы вещества, инициирующие процессы его вулканизации (например, сера, тиурам), инертный наполнитель (например, железистый пек, асбест, сажа) и пластификатор (например, битум нефтяной, индустриальное масло, парафин). As the elastomer can be used natural or synthetic rubbers, or mixtures thereof. As the functional filler of the elastomer, substances initiating the vulcanization processes (for example, sulfur, tiuram), an inert filler (for example, ferrous pitch, asbestos, soot) and a plasticizer (for example, petroleum bitumen, industrial oil, paraffin) can be used.

Сложные эфиры общей формулы:
С_nH_2n-mCOOCH₂CH₂N(CH₂CH₂OH)₂,
где n= 15-17; m= 1, 2, 3, 5 являются углеводородорастворимыми поверхностно-активными веществами. Они могут, например, быть образованы при взаимодействии таллового масла и триэтаноламин, а получаемое при этом поверхностно-активное вещество известно под названием "Эмультал" и выпускаются в РФ по ТУ 6-14-1036-74.Esters of the general formula:
C _n H _2n-m COOCH ₂ CH ₂ N (CH ₂ CH ₂ OH) ₂ ,
where n = 15-17; m = 1, 2, 3, 5 are hydrocarbon-soluble surfactants. They can, for example, be formed by the interaction of tall oil and triethanolamine, and the resulting surfactant is known as Emultal and is produced in the Russian Federation according to TU 6-14-1036-74.

Кальциевые соли алкиларилсульфокислот общей формулы (C_nH_2n+1C₆H₄SO₃)₂Ca могут использоваться в качестве компонентов моющих составов для снижения поверхностного натяжения. Они присутствуют в процессе производства сульфонатных и силицилатных присадок к моторным маслам при алкилировании бензола продуктами полимеризации пропанпропиленовой фракции газов крекинг- и реформинг-процессов.Calcium salts of alkylarylsulfonic acids of the general formula (C _n H _{2n + 1} C ₆ H ₄ SO ₃ ) ₂ Ca can be used as components of detergent compositions to reduce surface tension. They are present in the production of sulfonate and silicate additives for motor oils during the alkylation of benzene with polymerization products of the propane-propylene gas fraction of cracking and reforming processes.

Твердый наполнитель представляет собой карбонат кальция или гидроокись кальция с частицами коллоидного размера менее 1 мкм. Такие размеры достигаются химическими реакциями или размолом на коллоидной мельнице. The solid filler is calcium carbonate or calcium hydroxide with colloidal particles of less than 1 μm. Such sizes are achieved by chemical reactions or grinding in a colloidal mill.

Смесь сложных эфиров с кальциевыми солями алкиларилсульфокислот и твердый наполнитель в виде частиц карбоната или гидроокиси кальция коллоидного размера менее 1 мкм являются составными частями мицеллярной дисперсии, выпускаемой АО "Уфанефтехим" по ТУ 38-302/02-90 под товарным названием "Дисин". A mixture of esters with calcium salts of alkylarylsulfonic acids and a solid filler in the form of particles of carbonate or calcium hydroxide of colloidal size less than 1 μm are components of a micellar dispersion manufactured by Ufaneftekhim JSC according to TU 38-302 / 02-90 under the trade name Disin.

Смесь сложных эфиров с кальциевыми солями и алкиларилсульфокислот в соотношении 1: 30 за счет получаемого синергетического эффекта придает герметизирующей композиции хорошие пластифицирующие свойства, что позволяет существенно снизить давление при ее шприцевании в узкие зазоры технологического оборудования. A mixture of esters with calcium salts and alkylarylsulfonic acids in a ratio of 1: 30 due to the resulting synergistic effect gives the sealing composition good plasticizing properties, which can significantly reduce the pressure when it is extruded into narrow gaps of technological equipment.

Твердый наполнитель за счет своей химической природы, высокой степени дисперсности и удельной поверхности хорошо связывает сероводород, переводя его в неактивную форму:

Пример.Due to its chemical nature, high degree of dispersion and specific surface, solid filler binds hydrogen sulfide well, translating it into an inactive form:

Example.

Для приготовления герметизирующей композиции использовались следующие материалы (табл.1). The following materials were used to prepare the sealing composition (Table 1).

Испытание герметизирующей композиции с различной концентрацией исходных компонентов (табл.2) проводили при воздействии на нее сероводорода. Для этих целей использовали пластовый флюид Астраханского газоконденсатного месторождения с содержанием сероводорода 25,5% и углекислого газа - 23,7%. Testing the sealing composition with different concentrations of the starting components (table 2) was carried out when exposed to hydrogen sulfide. For these purposes, the formation fluid of the Astrakhan gas condensate field with a hydrogen sulfide content of 25.5% and carbon dioxide - 23.7% was used.

Физико-механические показатели герметизирующей композиции определялись до и после воздействия на нее пластового флюида (табл.3). Physico-mechanical properties of the sealing composition were determined before and after exposure to the formation fluid (Table 3).

Из результатов, приведенных в табл.3, следует, что для герметизирующей композиции нижний предел (составы 2, 7, 13) содержания ингредиентов составляет, мас.%:
эластомер на основе каучука функциональным наполнителем - 80,0
смесь сложных эфиров с кальциевыми солями алкиларилсульфокислот - 2,0
твердый наполнитель коллоидного размера - 5,0
а верхний предел (составы 4, 9, 24) составляет:
эластомер на основе каучука функциональным наполнителем - 90,0
смесь сложных эфиров с кальциевыми солями алкиларилсульфокислот - 6,0
твердый наполнитель коллоидного размера - 15,0
В этих пределах основные свойства герметизирующей композиции отвечают требованиям, предъявляемым при выполнении работ по герметизации элементов колонной головки на устье, изоляции заколонного пространства и для других аналогичных операций, возникающих при бурении и эксплуатации нефтяных и газовых скважин, в условиях высокого содержания сероводорода в пластовом флюиде.From the results given in table 3, it follows that for the sealing composition the lower limit (compositions 2, 7, 13) of the content of ingredients is, wt.%:
rubber based elastomer with functional filler - 80.0
a mixture of esters with calcium salts of alkylarylsulfonic acids - 2.0
colloidal solid filler - 5.0
and the upper limit (compounds 4, 9, 24) is:
rubber based elastomer with functional filler - 90.0
a mixture of esters with calcium salts of alkylarylsulfonic acids - 6.0
colloidal solid filler - 15.0
Within these limits, the main properties of the sealing composition meet the requirements for performing work on sealing the elements of the column head at the mouth, isolating the annulus and for other similar operations that occur during the drilling and operation of oil and gas wells, under conditions of a high content of hydrogen sulfide in the reservoir fluid.

Таким образом, по своим физико-механическим свойствам (пластичность, условная прочность при растяжении, относительное удлинение, остаточная деформация, условная твердость и изменение относительно удлинения после старения в воздухе) герметизирующая композиция при испытаниях вод воздействием высоких концентраций сероводорода (до 25,5%) показала себе устойчивой к агрессивной среде и способной сохранять свои технологические характеристики в допустимых пределах. При этом улучшенные пластические свойства герметизирующей композиции позволяет существенно снизить давление при шприцевании в узкие зазоры технологического оборудования. Thus, in terms of its physicomechanical properties (ductility, conditional tensile strength, elongation, residual deformation, conditional hardness and change in relation to elongation after aging in air), the sealing composition is tested when water is exposed to high concentrations of hydrogen sulfide (up to 25.5%) It has shown itself to be resistant to aggressive environments and able to maintain its technological characteristics within acceptable limits. At the same time, the improved plastic properties of the sealing composition can significantly reduce the pressure during extrusion into the narrow gaps of technological equipment.

Claims

1. The sealing composition for repair and insulation work in the well, including a rubber-based elastomer with a functional filler, characterized in that it further comprises a mixture of esters with calcium salts of alkylarylsulfonic acids and a solid filler of colloidal size — calcium carbonate or calcium hydroxide with a particle size of less than 1 microns in the following ratio of components, wt. %:
Rubber based elastomer with functional filler - 80.0 - 90.0
A mixture of esters with calcium salts of alkylarylsulfonic acids - 2.0 - 6.0
Solid filler - 5.0 - 15.0
2. The sealing composition according to claim 1, characterized in that the mixture of esters with calcium salts of alkylaryl sulfonic acids is used in a ratio of 1: 30.