Буферная жидкость для разделения бурового раствора на углеводородной основе и тампонажного раствора на водной основе

 

БУФЕРНАЯ ЖИДКОСТЬ ДЛЯ РАЗДЕЛЕНИЯ БУРОВОГО РАСТВОРА НА УГЛЕВОДОРОДНОЙ ОСНОВЕ и ТАМПОНАЖНОГО РАСТВОРА НА ВОДНОЙ ОСНОВЕ, содержащая воду, дизельное топливо и эмульгатор ОП-4 - моноалкилфениловые эфиры полиэтиленгликоля на основе полимердистиллята , отличающаяся тем, что, с целью улучшения моющего действия и разделяющей способности жидкости за счет образования гидрофобной зоны смешения на границе с буровьм раствором на углеводородной основе и гидрофильной зоны смешения на границе с тампонажным раствором на водной основе, жидкость дополнительно содержит барит при следующем соотношении компонентов, мае.%: Дизельное топливо 17,0-51,0 Вода12,0-59,0 (Л Эмульгатор ОП-4 моноалкилфениловые эфиры полиэтиленгликоля на основе полимердистиллята 0,25-1,0 Барит8.0-70.П

ае аи

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

РЕСПУБЛИК

3 ш E 21 В 33/138

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР .

IlO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H АВТОРСК0ММ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3586608/23-03 (22) 24.02.83 (46) 23.07.84 . Бюл. Р 27 (72) Л.К. Мухин, А.И. Леонидова, Н.И. Щавелев, Н.В. Струбалина и В.С. Рыбальченко (71) Московский ордена Октябрьской

Революции и ордена Трудового Красного Знамени институт нефтехимической и газовой промьппленности им. И.M.Ãóáêníà (53) 622.245.44 (088.8) (56) 1. Мухин Л.К. и др. Технология крепления скважин в соленых отложениях с пропластками калийно-магни.евых солей. — "Нефтяное хозяйство".

1978, 9 2, с. 23-24.

2. Авторское свидетельство СССР

И- 944380, кл. Е 21 В 33/138, 1980 (прототип) . (54)(57) БУФЕРНАЯ ЖИДКОСТЬ ДЛЯ РА3ДЕЛЕНИЯ БУРОВОГО РАСТВОРА НА УГЛЕВОДОРОДНОЙ ОСНОВЕ И ТАМПОНАЖНОГО

РАСТВОРА НА ВОДНОЙ ОСНОВЕ, содержащая воду, дизельное топливо и эмульгатор ОП-4 — моноалкилфениловые эфиры полиэтиленгликоля на основе полимердистиллята, отличающаяся тем, что, с целью улучшения моющего действия и разделяющей способности жидкости за счет образования гидрофобной зоны смешения на границе с буровым раствором на углеводородной основе и гидрофильной зоны смешения на границе с тампонажным раствором на водной основе, жидкость дополнительно содержит барит при следующем соотношении компонентов, мас.Ж:

Дизельное топливо 17,0-51,0

Вода 12,0-59,0

Эмульгатор ОП-4— моноалкилфениловые эфиры полиэтиленгликоля на основе полимердистиллята 0,25-1,0

Барит 8.0-70 0

110424О

Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности, в частности к буферным жидкостям, применяемым прн креплении скважин, пробуренных буровыми растворами на углевода- 5 родной основе, тампонажными растворами на водной основе.

При смешении тампона;к::ых и буровых растворов часто наблюдается образование густых смесей, эффективная вязкость которых в десятки раз превышает вязкость исходных компонентов. Зто может привести к росту продавочных давлений при цементировании, а в от дельных случаях даже к недоподъему тампонажных растворов.

Особенно важным в этой связи является разделение буровых растворов на углеводородной основе от тампонажных растворов на одной основе. 20

Известно применение в качестве буферной жидкости для предотвращения смешения бурового раствора на углеводородной основе и тампонажного раствора на водной основе (разделяю- 25 щая способность), а также для удаления с поверхности горной породы и обсадных колонн адгезионных слоев бурового раствора (моющее действие) дизельного топлива f1) .

Недостаток дизельного топлива как маловязкой буферной жидкости состоит в том, что его плотность меньше, чем бурового раствора на углеводородной основе и тампонажного раствора и не поддается регулированию. Это приводит к образованию больших зон смешения с раствором на углеводородной основе, повышает опасность выпадения утяжелителя в зоне смешения и ухуд- 4О шает полноту замещения бурового раствора тампонажным. .

Наиболее близкой к изобретению является буферная жидкость для разделения бурового раствора на углево- 45 дородной основе и тампонажного раствора на водной основе, содержащая воду, дизельное топливо и эмульгатор

ОП-4 — моноалкилфениловые эфиры полиэтиленгликоля на основе полимердистиллята (2) .

Недостатком буферной жидкости является высокое содержание водной фазы, что обусловливает ее гидрофильный характер и вероятность об- 55 разования зон смешения с ухудшенной реологией. Кроме того, известная буферная жидкость имеет низкую плотность, требует для эффективного замещения использования ее в значительных объемах, что может явиться причиной проявления пластов.

Целью изобретения является улучшение моющего действия и разделяющей . способности жидкости за счет образования гидрофобной зоны смешения на границе с буровым раствором на углеводородной основе и гидрофильной зоны смешения на границе с тампонажным раствором на водной основе.

Поставленная цель достигается тем, что буферная жидкость для разделения бурового раствора на углеводородной основе и тампонажного раствора на водной основе, содержащая воду, дизельное топливо и эмульгатор ОП-4 — моноалкилфениловые эфиры полиэтиленгликоля на основе полимердистиллята, дополнительно содержит барит при следующем соотноше нии компонентов, мас.%:

Дизельное топливо 17,0-51,0

Вода 12,0-59,0

Змульгатор ОП-4 моноалкилфениловые эфиры. полиэтиленгликоля на основе полимердистиллята 0,25-1,0

Варит 8,0-70,0

Предлагаемая буферная жидкость по сравнению с известной имеет меньший расход эмульгатора, меньшее содержание водной фазы и большую плотность.. Это приводит к повышению моющего действия и разделяющей способности жидкости.

Пример. В 462 см (27,03 вес. ) дизельного топлива при непрерывном перемешивании вводят

4 см (0,28 вес.%) эмульгатора ОП-4, затем в полученную смесь добавляют

381 см (26,86 вес. ) воды и эмульгируют в течение 1 ч, после чего эмульсию утяжеляют баритом, вводя его в количестве 650 r (45,83 вес. ) и эмульгируют в течение 1 ч. По окончании процесса эмульгирования получают 1000 см буферной жидкости плотностью 1,42 г/см .

Буферная жидкость предлагаемого состава в отличие от известной представляет собой двойственную эмульсионную систему. Характер дисперсной системы определялся путем разбавления небольшого количества ее с большим количеством воды или дизельного

1104240 топлива. Если система гидрофильна, то она легко разбавляется водой, если система гидрофобна, то разбавление происходит в дизельном топливе. При наличии системы двойственной природы дисперсная система разбавляется как водой, так и дизельным топливом. Данные определения характера дисперсной системы приведены в табл.1.

Предлагаемая буферная жидкост ь, смешиваясь при цементировании с буровым раствором на углеводородной основе, образует менее вязкую, чем исходные компоненты, систему, обладающую гидрофобным характером. Это способствует образованию лишь тонких адгезионных пленок на поверх— ности породы и обсадных труб, в то время как при контакте с тампонажным раствором на водной основе образуется также маловязкая зона смешения, но уже гидрофильного характера, что способствует отмыву остаточных гидрофобных пленок, гидрофилизации поверхности и прочному сцеплению образующегося цементного камня.

В табл.1 приведены результаты лабораторных исследований реологических свойств бурового, тампонажного растворов и их смесей с буферными жидкостями, имеющими состав, представленный в табл.2.

Из данных, приведенных в табл. 1 видно, что буферные жидкости, состав которых находится в указанных пределах, совместимы с буровым и тампонажным растворами. Смешение данных буферных жидкостей в отношении 1:1 с буровым и тампонажным растворами не приводит к повышению вязкости смесей, что г орит о их хорошей разделяющей способности.

Буферная жидкость Ф 6 (табл.1 и

2), имеющая соотношение компонентов, выходящее за указанные пределы— седиментационно неустойчива, ввиду чего не удалось получить ее достовер. ные реологические характеристики на ротационном вискозиметре BCH-3.

Моющая способность буферных жидкостей показана в табл.3.

Данные, приведенные в табл.3, показывают, что предлагаемые буферные жидкости обладают высокой моющей способностью, что обеспечит высокую прочность контакта тампонажного камня с породой и металлом обсадной колонны.

15 Для сравнения в табл. 4-6 приведе. ны составы, моющее действие и разделяющая способность известной буферной жидкости.

Из приведенных данных видно:

20 1. Моющее действие известной буферной жидкости ниже, чем предлагаемой.

2. Разделяющая способность известной буферной жидкости, если ее использовать при креплении сква25 жин водными тампонажными растворами, значительно ниже. Она образует с тампонажным раствором на водной основе смеси с повышенными реологическими характеристиками, вероятно за ур счет высокого содержания хлористого натрия, который работает как уско— ритель сроков схватывания тампонажного раствора.

3. Реология смесей известной буферной жидкости и ИБР также выше, чем предлагаемой.

4 . Известную буферную жидкость нельзя использовать при креплении скважин, склонных к проявлению

40 пластов, из-за ее низкой плотности.

Это доказывает преимущества предлагаемой буферной жидкости при креплении скважин, пробуренных с буровыми растворами на углеводородной

45 основе, тампонажными растворами на водной основе.

1104240

Таблица t

Свойства мы

1420 48,4 40,3 32, 3 .28,4

24,6

28,9

1460 45, 3 37,0

2000 54,7 46,0 37,7 33,2

1000 47,6 39,8 32,6 28,6

28,4 24,3

1000 44,6 36, 4

2190

Гидрофобный

1420 80,8 84,0 85,6 87,3

Гидрофильный

20,0

16,0

1800 24,0 17,0

Гидр офобный

1420 45,2 32,3 31 5 24,0

Гидрофильный

1610 46,1 38,7 . 30,3 25,7

1440 41, 8 29,0 27,8 20 ° 0

Гидр офо бный

Гидрофильный

1630 42, 3 34, 7 27,0 23, 1

37,0

Гидрофобный

33,1

1710 53,8 45,9

1900 .54,5 46,1

Гидрофильный

33,8

38,1

Буферные жидкости и их смеси

Буферная жидкость № 1

Буферная жидкость № 2

Буферная жидкость № 3

Буферная жидкость № 4

Буферная жидкость № 5

Буферная жидкость ¹ 6

Буровой раствор известковобитумный (ИБР) Тампонажный раствор (В:Ц = 0,5) Смесь: буф.жидк. № 1 + ИБР (1:1) Смесь: буф.жидк. № 1 + тампонаж. раствор (1:1) Смесь: буф. жидк .

¹ 2 + ИБР (1:1) Смесь: буф.жидк.

N 2 + тампонаж. раствор (1: 1) Смесь: буф.жидк. № 3 + ИБР (1:1) Смесь: буф.жидк. № 3 + тампонаж. раствор (1:1) Плотность, к? мз

Эффективная вязкость мПа с при температуре,<С

Характер дисперсной систеГидрофобно-гид- рофильный

Гидрофобно-гидрофильный

1104240

Продолжение табл . 1

Свойства

Буферные жидкости и их смеси

20 40

80

Смесь: оуф.жидк.

¹ 4 + ИБР (1:1) Г идрофобный

1210 46,8 39,0 - 31,7 25,9

1400 46 9 38 3

30,4

26,7

Гидрофильный

Смес ь: буф. жидк . № 5 + ИБР (1:1) 1210 4 1.5 33,4 25,0 20,6

Гидрофобный

1400 43,8 35,7 27,9 24,2 Гидрофильный

Та бли ца 2

Неионогенное Вода (пресная)

ПА †-4

Барит

Дизельное топливо

45,83

26,86.О, 28

27,03

48,0

70,0

25,5

12,0

1,5

1,0

25, 00

17,0

59,0

35, 15

32, 75

51,0

8,0

13,55

0,25

0,30.

0,2

14,45

10, 35

75,00

Прочность контакта на сдвиг, Па 10

Относительная прочность контакта,%

С металлом С породой

С металлом С породой

Время твердения цемента, сут

7 2 7 2 7 2 г 7

100

100

7,0 1 1 8 100 100

3,4 5,9 61,8 65,2 48,6 50,0

Смес ь: буф . луцк № 4 + тампонаж. раствор (1:i) Смесь: буф.жидк.

¹- 5 + тампонаж. раствор (1:1) Состояние контактирующей поверхности формы

Без углеводородной пленки (чистая)

С углеводородной пленкой

Плотность

ger/

14,4 29,0

8,9 18,9

Эффективная вязкость мПа с при температуре,д С

Состав буферной жидкости, вес.%

Характер дисперсной системы

1104240

Продолжение табл. 3

С металлом С породой С металлом ° С породой

Время твердения цемента, сут

7 2 7 2 7

2 (2

14 э5 24 э7 4 э9 824 100э7 8522 7020 71 22

216285591021500983843865

149,3 98,6

21 5 28,6

20,9 28,2 — — 145, 1 97,2

19,8 27,8 - — 137,5 95,9

147 2 96 6

21,2 28,0

Таблица 4

Состав известной буферной жидкости, вес. 7

78,5

1,0

20,5

81,0

1,3

17,7

84,0

1,5

14,5

Состояние контактирующей по верхности формы

Отмыта дизельным топливом

Отмыта буферной жидкостью

Р 1

Отмыта буферной жидКОСТЬЮ 112

Отмыта буферной жидкостью

Р 3

Отмыта буферной жидкостью 9 4

Отмыта буферной жидкостью У 5

Прочность контакте на сдвиг, Па 10

Дизельное Ионогенное топливо ПАВ ОП-4

Относительная прочность контакта,X

Насыщенный раствор NaCI

1104240

Та бли ца

Моющее действие известной буферной жидкости

Состояние контактирующей поверхности формы

Относительная прочность контакта,X (7

Отмыта буферной жидкостью № 1

17,6 25,6

122,2

88,3

Отмыта буферной жидкостью № 2

127,1

26,0

18,3

89,7

Отмыта буферной жидкостью № 3

130 6

18,8

26,3

90,7

Таблица 6

Разделяющая способность известной буферной жидкости

Состав жидкости и зон смешения

Плотность» кг /M3

20,1

40,5

26,4

25,2

Буферная жидкость № 2

1110

40,0

25,4

24,0

19,0

1120

40,8

27,0

26,0

20,6

62,2

68,0

70,4

78,8

1260

135,7 127,0

161,5 144,3

Смесь: буф.жидк. №- 2 + И БР (1:1) 60,2

65,4

67,8

77,5

1260

132,3 127, 1

148,6 137,9

1450

75,6

78, l

80,4

79,2

1270

122,8 118,5

135,7 127,1

1460

ВНИИПИ Заказ 5175/22 Тираж 565 Подписное

Филиал ППП "Патеыт", г. Ужгород, улЛроектыая»4

Буферная жидкость № 1 1100

Буферная жидкость N- 3

Смесь: буф.жидк. № 1 + ИБР (1:1) Смесь: буф. жидк. № 1 + тампонажный раствор (1: 1 ) Смесь: буф. жидк. № 2 + тамнонажный раствор (1:1)

Смесь: буф.жидк. № 3 + ИБР (1:1) Смесь: буф.жидк. № 3 + тампонажный раствор (1:1) Пр оч нос т ь кон такта с металлом на сдвиг, Па ° 10

Время твердения цемента, сут. (7 ) г

Эффективная вязкость, мПа с, при темо пературе, С

20 40 60 80