Состав для упрочения стенок скважины

 

Использование1 бурение, крепление нефтяных и газовых скважин. Сущность: состав содержит (мас.%). хлорид калия 15-30; жидкое стекло 5-15, гипан, или метас, или оксиэтилцеллюлоза (в пересчете на сухое вещество) 0,5-3,0; воду - остальное. Для улучшения прокочиваемости состав дополнительно может содержать ГКЖ-10 или ГКФ-11 в количестве от 0,5 до 3,0% от массы состава. 1 з.п.ф-лы, 2 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)л С 09 К 7/02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ

0,5-3

Остальное (21) 4923803/03 (22) 01.04.91 (46)15.11.92. Бюл, ¹ 42 (71) Полтавское отделение Украинского научно-исследовательского геологоразведочного института (72) И.Ю.Харив, 3.Ю.Гинковская и M.Ã.Áóáна (73) Полтавское отделение Украинского государственного научно-исследовательского геологоразведочного института (56) Булатов А.И, и др. Справочник по промывке скважин. M.: Недра, 1984, с. 53 — 54.

Способ крепления неустойчивых пород.

Проспект ПГО Запукргеология. Киев, 1989.

Изобретение относится к бурению нефтяных и газовых скважин, в частности к составам, применяемым для упрочнения неустойчивых пород, слагающих стенки скважины.

Известны составы для упрочнения стенок скважин, ингибирующий эффект кото-. рых обеспечивается жидким стеклом.

Недостатком этих составов являются низкий ингибирующий уровень и высокие, практически нерегулируемые структурномеханические свойства.

Широко известны силикатные и малосиликатные составы.

Упрочн ение неустойчивых пород этими составами также недостаточно высоко, а структурно-механические и реологические показатели составов имеют высокие значения.

Наиболее близким (прототипом) к описываемому является состав. содержащий в мас.g: 15-30 хлорида калия; 2-3 — КМЦ;812 — силиката натрия и воду.

Недостатком этого состава является довольно низкое упрочняющее действие. Ж 7ПЬ271 АЗ (54)СОСТАВ ДЛЯ УПРОЧНЕНИЯ СТЕНОК

СКВАЖИН (57) Использование: бурение, крепление нефтяных и газовых скважин. Сущность; состав содержит (мас. ); хлорид калия 15 — 30; жидкое стекло 5-15, гипан, или метас, или оксиэтилцеллюлоза (в пересчете на сухое вещество) 0.5 — 3,0; воду — остальное. Для улучшения прокачиваемости состав дополнительно может содержать ГКЖ вЂ” 10 или

ГКФ вЂ” 11 в количестве от 0,5 до 3,0 от "ассы состава. 1 з.п.ф-лы, 2 табл. горных пород (показатель устойчивости не превышает 83 ) и низкая прокачиваемость, характеризующаяся динамическим напряжением и пластической вязкостью.

Цель изобретения — повышение устойчивости горных пород и прокачиваемости состава при одновременном повышении егр термостойкости, характеризующимся фильтрационными показателями после термостатирования при 160 С.

Поставленная цель достигается тем, что состав для упрочнения стенок скважины, содержащий хлорид калия, жидкое стекло, высокомолекулярный полимер и воду, согласно изобретению, в качестве высокомолекулярного полимера содержит гипан или метас, или ОЭЦ при следующем соотношении компонентов, мас.%

Хлорид калия 15 — 30

Жидкое стекло 5-15

Гипан или метас, или

ОЭЦ (в пересчете на сухое вещество)

Вода

1776271

Для улучшения прокачиваемости состав дополнительно содержит атил- или метилсиликонат натрия (ГКЖ-10 или ГКЖ-11) при следующем соотношении компонентов, мас. :

Хлорид калия 15 — 30

Жидкое стекло 5 — 15

Гипан или метас, или ОЭЦ 0 5 — 3

ГКЖ вЂ” 10 или ГКЖ-11 0,5 — 3

Вода Остальное

Гипан (гидролизованный полиакрилонитрил) получают омылением полиакрилонитрила каустической содой при 95 — 100 С.

Гипан представляет собой вязкую, темножелтоватого цвета жидкость.

Метас является сополимером метакриловой кислоты и метакриламида в соотношении 1:1. Метас представляет собой порошок белого цвета, растворим в слабом (1 — 2%-ном) растворе едкого патра или непосредственно в буровом растворе, обладающем такой щелочностью.

Оксиэтилцеллюлоза является простым оксиэтиловым эфиром целлюлозы, полученным действием окиси этилена на щелочную целлюлозу в присутствии ингибитора термоокислительной деструкции, ди- или триэтаноламина. Представляет собой порошок или мелкие гранулы светло-желтого цвета.

ГКЖ-10 или ГКЖ вЂ” 11 представляют собой

30/-ные водно-сггиртовые растворы л1ононатриевой соли этилсилантриола

C2Hg(OH)z ОПа (ГКЖ вЂ” 11) это желтоватые или светло-коричневатые однородные (без осадка) жидкости. Свойства их нормируются

ТУ вЂ 6 †02в-7.

Хлорид калия в нейтральный электролит, хорошо растворимый в воде. Применяется как ингибитор набухания и диспергирования пород, Жидкое стекло — силикат натрия или калия выпускается по ГОСТ-13078-81 и представляет вязкую жидкость от светложелтого до светло-коричневого цвета плотностью 1.36 — 1,5 г/см . Имеет щелочную з реакцию (рН =11 — 12).

Технология приготовления состава в лабораторных условиях заключается в поочередном введении компонентов в водную фазу с последующим перемешиванием в течение 60 мин на высокооборотной мешалке (3000 об/мин).

Замеры коэффициента устойчивости полученного состава проводились согласно известной методике.

В основе методики определения коэффициента устойчивости аргиллитов лежит .изменение массы зргилли1а при длительном контакте с фильтратом бурового раствора. Методика приведена. ниже:

1) размол образца аргиллита и просеивание его через два сита с диаметром ячеек

5 2 и 5мм;

2) введение 24 г аргиллита с размером частиц от 2 до 5 мм в герметично закрывающуюся бомбу обьемом 180 см из инертного з материала;

10 3) введение в бомбу 150 см фильтрата исследуемого раствора;

4) обкатывание (вращение содержимого герметично закрытой бомбы в специально вращающем устройстве в течение 16 часов.

15 Скорость вращения 60 об/мин, Обкатываwe происходит в два приема по 8 часов, с перерывом между приемами;

5) извлечение содержимого бомбы и промывка через сито с диаметром от20 верстий 0,5 мм, Обьем промывочной воды

700 см;

6) сушка оставшегося на сите промытого аргилл ита при температуре 100-105 С до постоянного веса;

25 7) взвешивание высушенного остатка аргиллита;

8) определение показателя устойчивости аргиллита, как процентное содержание высушенного остатка по отношению к на30 чальной массе образца.

Таким образом, оценивается физико-химическое воздействие фильтрата состава на аргиллиты, слагающие стенки скважины.

Это воздействие проявляется в разупрочне35 нии аргиллитов вследствие их увлажнения, возникновения расклинивающегося давления и в последующем диспергировании, Конкретизируем также методику термостатирования состава.

40 Проба бурового раствора помещается в толстостенную герметично закрывающуюся стальную бомбу. Последняя устанавливается в термостате, обеспечивающем поддержание температуры на заданном уровне с

45 точностью 10 С.

Термостатирование продолжается 4—

5 ii, затем проба состава охлаждается вместе с бомбой, извлекается из нее, и после перемешивания в течение 0.5-1,0 ч, опреде50 ляются параметры состава, Г1 р и м е р. Для приготовления 1000 r состава смешивали 660 г воды и 200 г хлорида калия, смесь перемешивали в течение 15 мин. Затем в смесь вводили 100 r

55 жидкого стекла, 20 r гипана или метаса, или:

ОЭЦ, 20 г ГКЖ-10 или ГКЖ вЂ” 11.

В соответствии r. приведенным примером были приготовлены различные варианты состава, отличающиеся количественным содержаниел1 ингредиентов.

1776271

Содержание ингредиентов и свойства этих составов приведены в табл, 1, Из табл. 1 видно, что оптимальное количество

ГКЖ-10 или ГКЖ-11 находится в пределах

0,5-3 мас,, При содержании ГКЖ-10 или 5

ГКЖ вЂ” 11 в количестве менее 0,5 мас, его действие не проявляется. Так, при его содержании в количестве 0,5 мас. прокачиваемость состава, характеризующаяся пластической вязкостью и динамическим 10 напряжением сдвига, остаются высокими (табл, 1, пробы 52 «56), а коэффициент устойчивости порядка 93 .

При содержании ГКЖ-10 или ГКЖ-11 в составе 3 мас, технологические показате- 15 ли состава при прочих равных условиях (табл. 1, составы 54 и 58) после термостатирования при 160 С достигают фильтрации 2 см /30 мин; пластическая вязкость

16 — 17 м Па.с; динамические напряжения 20 сдвига 38 — 30 Па, а коэффициент устойчивости остается на уровне 95 /. Дальнейшее увеличение содержания ГКЖ вЂ” 10 или ГКЖ—

11 в составе свыше 3 мас. / не приводит к увеличению прокачиваемости и к повыше- 25 нию коэффициента устойчивости аргиллитов (табл. 1; составы 55 и 59).

Оптимальное количество жидкого стекла в составе, как показали проведенные исследования, находятся в пределах 5 — 15 30 мас., так как при его содержании в количестве менее 4 мас. действие его еще не проявляется и коэффициент устойчивости находится на уровне 80 — 81 / (составы: 16, 20, 24, 28, 33). Увеличение содержания жид- 35 кого сте:ла более 15 мас. не приводит к повышению ингибирующего действия, но ухудшает прокачиваемость состава (табл. 1, составы 19, 23, 27).

Содер>кание хлорида калия в пределах 40

15 мас. нецелесообразно из-за низкого коэффициента устойчивости (табл. 1) "îñòàвы 1, 6, 11). Максимальный уровень коэффициента устойчивости, при прочих равных условиях, достигается при содержании хло- 45 рида калия 30 мас. (табл, 1,составы 4, 9,14 или 64). Увеличение содержания хлорида калия сверх 30 мас. нецелесообразно, так как при этом не наблюдается повышение ингибирующего действия (табл. 1, составы; . 50

5, 10, 15, 65).

Оптимальное количество высокомолекулярного полимера (гипан или метас, или

ОЗЦ) в предлагаемом составе находится в

55 пределах 0,5-3 мас."!, при содерж".íêè в количестве менее 0,5 мас. действие его не проявляется и фильтрация состава находится после термостатирования на уровне 7,58 см /30 мин, а коэффициент устойчивости равен 82 — 84 (табл. 1, составы; 38, 42 и 47).

Увеличение содержания высокомîRåêóëëðного полимера сверх 3 мас. нецелесообразно, так как при этом, не происходит существенного снижения фильтрации и повышения коэффициента устойчивости (табл, 1, составы: 42, 46 и 51).

Для сравнения полученных результатов с прототипом были проведены лабораторные исследования, результаты которых представлены в табл,?.

Из табл. 2 видно, что пластическая вязкость и динамическое напряжение сдвига (прокачиваемость) известного состава значительно превышают таковые предлагаемого состава, а коэффициент устойчивости аргиллита значительно меньше (табл, 2, составы 2 — 5), чем в предлагаемом растворе, Использование предлагаемого состава обеспечивает увеличение коэффициента устой ч и вости а р гил лито в, сл ага ю щих стенки скважины, и улучшение прокачиваемости состава насосами, что позволяет снизить тяжесть осложнений в процессе бурения нефтяных и газовых скважин при одновременном снижении стоимости химобработки, Формула изобретения

1. Состав для упрочнения стенок скважины, содержащий хлорид калия, жидкое стекло, водорастворимый полимер и воду, отличающийся тем, что, с целью повышения устойчивости горных пород, в качестве водорастворимого полимера он содержит гипан, или метас, или оксиэтилцеллюлозу при следующем соотношении ингредиентов, мас, :

Хлорид калия 15 — 30

Жидкое стекло 5 — 15

Гипан или метас или оксиэтил целлюлоза (в пересчете на сухое вещество) 0,5-3,0

Вода Остальное

2, Состав по и. 1, отличающийся тем, что он дополнительно содержит реагент ГКЖ-10 или ГКЖ .— 11 в количестве от

0,5 до 3,0 от общей массы состава.

1776271

Содержание ингредиентов и свойства состава

Таблица

82

9I

96

I05

132

78

102

I08

82

96

99

I02

2,5

BI

82

93

93

92

82

93

93

93

80.

83

92

94

94

IO

10 ю

68

47

49

54

58

49

54

58

62

2,5

2,0

2,5

3,0

3iO

2,5

2,5

3iU

3,5

3 5

3iU

2, 5

2,5

3)U

2,5

2,U

2,5

1О ю

I0

IO

I0

IO

1О

2

5

78

82

58

62

36

52

64 юг

I06

59

72

92

93

93

BI

82

93

16

I5

5

15. 16

10

I6

40

44

56

62

83

96

ПО

82

93

93

8О г.

2

2

2

2

Oi4

0,5

3,0

3,2

2

82 95

95

95

I6

I7

28

8I

I0

IS

26

28

I2

42

22

84

2 ю

IO

IO

I0

28

36

П

36

44

IB

82.

0,4

0,5

2,н

3,и

3,2

6iv

IO

2,5

2,0

I9

24

3О

12

I6

22

32

39

42

17

24

28

84

88 I

95, 95

IO

IO

IO

2,и

7,5

5,5

З,и

2;5

2

4 .5 б

8

IO

П

I2

I3

14

I5

I6

I7

18

19

2I

22

23

24

26

27

28

29

3I

32

33

34

36

37

38

39

4I

42

43

44

47

48

49

I4

I5

3I

I4

3I

14

31

20 го го

20.

20 го

2

2

2

2

2

0,4 2

0,5 2

2)и .2

3,и 2

2,0

2,0

2,0

2,0

2,5

2,5

2,0

2,0

2,5

3iU

3,0

2,5

2,и

2,U

2,5

2,и.

I 5

2,0

2;9

2,5

I 5

2,5

2i0

2,и

I,5

I,5

I,5

?,О

2,5

2,и

1,5

2,и

2,0

I 5

I,S г,и

2,U

6,5

4 5

I,S

I 5 б,и

5,и

2,0

1 5

I,5

6,)

4,5

2,5

2,и

3;0

3,0

2,U

З,и

2,5

2,5

2.и

2,U

2,0

3,U

З,и

2,5

2„ О

2,5

2,5

2,0

2,0.

2,5

2,5

8)0

5,5

2,0

2)и

7,5

I7 30

20 36

1776271

Продолжение табл,1

2 3 4 5 б 7 8 9 IO II 12

3,z

0,4

0,5

З,и

3,2.2

2 Ra С-пластическая вяакаств; цр динамическое напрянение сдвига

Таблица 2

Составитель И. Харив

Техред М.Моргентал Корректор Л. Лукач

Редактор А. Бер

Заказ 4047 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

)I

52

53

54

5ь

57

58

Ь9

6I 62

63

64

IO

IQ

IO

IO

IO

IO

IO

IO

IO

IO

20 2

20 2

20 2

20 2

20 2

20 2

20 2

20 2

zO

Z0

1» 2

I5 2

30 2

>I 2

2,0

2,и

2,0

I,5

1,5

0,4 2,v

U,5 2,0

З,и 1,5

3,2 1,5

2 I 5

2 1,5

2,v

2,и

2,и

z,и

2,4 32

2,5 40

2,5 38

2,0 16

2,и 17

2,4 38

25 36

2,и 17

2,u 17

2,U 20

2,V 19

25 18

2,Ь 19

2,5 20

25 20

48 95

67 93

64 93

28 95

28 95

62 93

60 93

30 95

3I 95

34 95

32 95

28 88

29 90

30 95

31 . 95