RU2186196C1

RU2186196C1 - Composition for filling packer sealing member

Info

Publication number: RU2186196C1
Application number: RU2000127461/03A
Authority: RU
Inventors: Б.М. Курочкин; В.И. Ванифатьев; А.К. Дудаладов
Original assignee: ОАО НПО "Буровая техника"
Priority date: 2000-11-03
Filing date: 2000-11-03
Publication date: 2002-07-27

Abstract

FIELD: drilling of oil and gas wells, particularly, compositions for filling of sealing members of external through casing packers. SUBSTANCE: composition for filling packer sealing member consists of water-base drilling mud. Novelty consists in that it additionally contains hydrophobic polymer grouting slurry and water-swelling polymer with the following ratio of components, wt.pts: hydrophobic polymer grouting slurry, 100; water-swelling polymer, 24-25; water-base drilling mud, 100-200. Hydrophobic polymer grouting slurry contains, wt.pts: prepolymer, 100; hydrocarbon fluid, 50-100; water, 1-3; bentonite filler, 1-10. EFFECT: improved contact of packer sealing member with well wall and higher its sealing capacity due to filling of its internal cavity with special slurry possessing viscous-plastic properties.

Description

Изобретение относится к области бурения нефтяных и газовых скважин, а именно к составам для заполнения уплотнительных элементов заколанных проходных пакеров, устанавливаемых на обсадной колонне и предназначенных для перекрытия затрубного пространства в строго заданных интервалах скважины. The invention relates to the field of drilling oil and gas wells, and in particular to compositions for filling the sealing elements of the punched through-hole packers installed on the casing and designed to overlap the annulus in strictly defined intervals of the well.

Известен состав, применяемый для заполнения уплотнительного элемента пакера и представляющий собой цементный раствор [1]. Пакер заполняется цементным раствором в процессе цементирования обсадной колонны. Однако указанный состав имеет недостаток, заключающийся в том, что при твердении цементного раствора цементный камень уменьшается в объеме за счет явления контракции. Из-за контракции снижается напряженность контакта между уплотнительным элементом пакера и стенкой скважины и соответственно снижается герметизирующая способность пакера. Кроме того, заполнение уплотнительного элемента пакера цементным раствором возможно только при установке пакера в интервале цементирования обсадной колонны, что существенно ограничивает область применения последнего. A known composition used to fill the sealing element of the packer and representing a cement mortar [1]. The packer is filled with cement during casing cementing. However, this composition has the disadvantage that during hardening of the cement mortar, the cement stone decreases in volume due to the phenomenon of contraction. Due to contraction, the contact between the sealing element of the packer and the wall of the well decreases and, accordingly, the sealing ability of the packer decreases. In addition, filling the sealing element of the packer with cement mortar is only possible when installing the packer in the cementing interval of the casing, which significantly limits the scope of the latter.

Ближайшим техническим решением, принятым авторами за прототип, является состав для заполнения уплотнительного элемента пакера, приготовленный на основе бурового раствора и воды [2]. Раздувание (пакеровка) уплотнительного элемента заколанных пакеров закачкой в него бурового раствора или воды является довольно простой и недорогой операцией. Однако проведенными нами исследованиями установлено, что в процессе эксплуатации пакера из-за диффузионных и капельных утечек жидкости из внутренней полости уплотнительного элемента происходит снижение давления в пакере и соответственно уменьшение его герметизирующей способности. Причем чем ниже вязкость жидкости, заполняющей пакер, тем быстрее происходит процесс снижения давления внутри уплотнительного элемента пакера. The closest technical solution adopted by the authors for the prototype is a composition for filling the sealing element of the packer, prepared on the basis of the drilling fluid and water [2]. Inflating (packing) the sealing element of the stabbed packers by pumping mud or water into it is a fairly simple and inexpensive operation. However, our studies have established that during the operation of the packer, due to diffusion and drip fluid leaks from the internal cavity of the sealing element, the pressure in the packer decreases and, accordingly, its sealing ability decreases. Moreover, the lower the viscosity of the fluid filling the packer, the faster the process of reducing pressure inside the sealing element of the packer.

Задачей изобретения является улучшение контакта уплотнительного элемента пакера со стенкой скважины и повышение его герметизирующей способности за счет заполнения его внутренней полости специальным раствором, обладающим регулируемыми вязкопластическими свойствами. The objective of the invention is to improve the contact of the sealing element of the packer with the wall of the well and increase its sealing ability by filling its internal cavity with a special solution with adjustable visco-plastic properties.

Поставленная задача решается за счет того, что состав для заполнения уплотнительного элемента пакера, состоящий из бурового раствора на водной основе, дополнительно содержит гидрофобный полимерный тампонажный раствор и водонабухающий полимер, например АК-639, при следующем соотношении компонентов, вес.ч.:
Гидрофобный полимерный тампонажный раствор - 100
Водонабухающий полимер, например АК-639 - 25 - 45
Буровой раствор на водной основе - 100 - 200
причем гидрофобный полимерный тампонажный раствор имеет следующий состав (вес части):
Форполимер типа ФП-65-2 - 100
Углеводородная жидкость - 50 - 100
Вода 1 - 3
Наполнитель, например бентонит - 1 - 10
Для приготовления заявляемого состава использовали следующие продукты:
- форполимер типа ФП-65-2 - вязкая жидкость желтоватого цвета, является продуктом взаимодействия низкомолекулярного бутадиенпипериленового каучука СКДП-Н и толуилендиизоцианата Т 65/35. Форполимер типа ФП-65-2 выпускается согласно ТУ 38.403.548-87;
- в качестве сшивающего агента используется вода;
- наполнителем является бентонит;
- водонабухающий полимер, например АК-639, представляет собой порошок белого цвета с размером частиц не более 2 мм, плотностью 1150-1200 кг/м³, способный поглощать воду или водные растворы в зависимости от марки от 100 до 1000 раз превышающем собственную массу и удерживать их в своей структуре даже при воздействии определенных давления. Водонабухающий полимер АК-639 выпускается согласно ТУ 6-02-00209912-59-96.The problem is solved due to the fact that the composition for filling the sealing element of the packer, consisting of a drilling fluid, water-based, additionally contains a hydrophobic polymer grout and a water-swellable polymer, for example AK-639, in the following ratio, wt.h .:
Hydrophobic polymer grouting mortar - 100
Water swellable polymer, e.g. AK-639 - 25 - 45
Water-based drilling mud - 100 - 200
moreover, the hydrophobic polymer cement slurry has the following composition (part weight):
Prepolymer type FP-65-2 - 100
Hydrocarbon fluid - 50 - 100
Water 1 - 3
Filler, for example bentonite - 1 - 10
For the preparation of the claimed composition used the following products:
- prepolymer type FP-65-2 - a viscous yellowish liquid, is the product of the interaction of low molecular weight butadiene-piperylene rubber SKDP-N and toluene diisocyanate T 65/35. Prepolymer type FP-65-2 is produced according to TU 38.403.548-87;
- water is used as a crosslinking agent;
- the filler is bentonite;
- water-swelling polymer, for example AK-639, is a white powder with a particle size of not more than 2 mm, a density of 1150-1200 kg / m ³ capable of absorbing water or aqueous solutions, depending on the brand, from 100 to 1000 times its own weight and keep them in their structure even under certain pressure. Water-swelling polymer AK-639 is produced according to TU 6-02-00209912-59-96.

Сущность изобретения заключается в следующем. Гидрофобный полимерный тампонажный раствор при контакте с водной средой бурового раствора отверждается, при этом образуется каркас для сохранения формы раздутого уплотнительного рукава, а водонабухающий полимер отбирает всю оставшуюся воду из закачанного в пакер объема бурового раствора. При этом вся закачанная жидкостная масса состава превращается в гелеобразную резиноподобную смесь. The invention consists in the following. A hydrophobic polymer cement slurry cures upon contact with the aqueous medium of the drilling fluid, a skeleton is formed to maintain the shape of the swollen sealing sleeve, and a water-swellable polymer removes all remaining water from the drilling fluid volume pumped into the packer. In this case, the entire pumped liquid mass of the composition turns into a gel-like rubber-like mixture.

Конкретный пример приготовления и применения заявляемого состава. A specific example of the preparation and use of the claimed composition.

Уплотнительный элемент пакера заполняется в заводских условиях предварительно приготовленным составом. Так, для заполнения одного пакера, например типа ПГПМ-1-146, состав готовится из двух литров гидрофобного полимерного тампонажного раствора (ГПТС) и одного килограмма водонабухающего полимера (ВНП), которые тщательно перемешиваются и затем посредством специального гидравлического разделителя закачиваются во внутреннюю полость уплотнительного элемента пакера. Буровой раствор на водной основе как компонент состава участвует в конце операции по заполнению уплотненного элемента пакера. The sealing element of the packer is filled in the factory with a pre-prepared composition. So, to fill one packer, for example, type PGPM-1-146, the composition is prepared from two liters of a hydrophobic polymer cement slurry (GPTS) and one kilogram of water-swellable polymer (GNP), which are thoroughly mixed and then pumped into a sealing cavity through a special hydraulic separator packer element. Water-based drilling fluid as a component of the composition is involved at the end of the operation to fill the packed packer element.

После заполнения частично раздутого уплотнительного элемента раствором ГПТС и ВНП пакер, встроенный в обсадную колонну труб, спускается в скважину на заранее запланированную глубину. Затем проводится пакеровка затрубного пространства: под давлением открывается отверстие для входа бурового раствора на водной основе из обсадной колонны в пространство между корпусом пакера и уплотнительным элементом. Раствор продавливается под давлением, не превышающим давления прессовки обсадной колонны после окончания цементажа и отверждения цементного раствора. After filling the partially inflated sealing element with a solution of GPTS and GNP, the packer integrated into the pipe casing is lowered into the well to a predetermined depth. Then annular space is packaged: under pressure, an opening is opened for the entrance of a water-based drilling fluid from the casing into the space between the packer body and the sealing element. The solution is extruded under a pressure not exceeding the casing string pressing pressure after completion of cementation and curing of the cement.

При проведении пакеровки в скважине уплотнительный элемент пакера увеличивается по диаметру в 1,4 раза, при этом общий объем жидкости, заполняющей внутреннюю полость уплотнительного элемента пакера, составляет от 12 до 14 л. When packing in the well, the packer sealing element increases in diameter by 1.4 times, while the total volume of fluid filling the internal cavity of the packer sealing element is from 12 to 14 liters.

Применение этого состава позволяет, не меняя технологии изготовления и применения пакера, добиться заполнения его уплотнительного элемента гелеобразной резиноподобной смесью с заданными вязко-структурными свойствами, что полностью исключает диффузионные и капельные утечки жидкости из уплотнительного элемента пакера, а также не обладает свойствами сокращения в объеме, что значительно по сравнению с известными используемыми для этой цели составами увеличивает срок службы пакера и повышает надежность перекрытия затрубного пространства. The use of this composition allows, without changing the technology of manufacture and use of the packer, to achieve filling its sealing element with a gel-like rubber-like mixture with specified viscous-structural properties, which completely eliminates diffusion and drip fluid leakage from the sealing element of the packer, and also does not have the properties of reduction in volume, which significantly compared to the known compositions used for this purpose increases the service life of the packer and increases the reliability of the overlap of the annulus va.

Источники информации
1. Автор. дис. на соискание ученой степени к.т.н. Дудаладова А.К. на тему "Разработка технико-технологических средств для оперативного улучшения изоляции пластов при креплении скважин " .- М.: ВНИИБТ,1991.Sources of information
1. The author. dis. for the degree of Ph.D. Dudaladova A.K. on the theme "Development of technical and technological means for the operational improvement of formation isolation during well attachment." - M.: VNIIBT, 1991.

2. Научно-технический журнал "Нефть, газ и нефтехимия за рубежом", 1992, 4, М.: Недра, с. 20-24 (прототип). 2. Scientific and technical journal "Oil, gas and petrochemicals abroad", 1992, 4, M .: Nedra, p. 20-24 (prototype).

Claims

Composition for filling the packer sealing element, consisting of a water-based drilling fluid, characterized in that the composition further comprises a hydrophobic polymer grout and a water-swelling polymer AK-639 in the following ratio of components, weight. hours:
Hydrophobic polymer grouting mortar - 100
Water-swelling polymer AK-639 - 25-45
Water-based drilling mud - 100 - 200
moreover, the hydrophobic polymer grouting mortar has the following composition, weight. hours:
Prepolymer type FP-65-2 - 100
Hydrocarbon fluid - 50 - 100
Water - 1 - 3
Filler bentonite - 1 - 10