Облегченная инвертная дисперсия для бурения, глушения и ремонта скважин
Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности, в частности к инвертным дисперсиям, используемым для бурения, глушения и ремонта скважин, с аномально низким пластовым давлением. Облегченная инвертная дисперсия содержит углеводородную жидкость, водную фазу, поверхностно-активное вещество и облегчающие полые микросферы, предварительно гидрофобизированные масло- и/или водомаслорастворимыми ПАВ. Кроме того, дисперсия дополнительно включает масла растительные или нефтяные. В качестве облегчающих полых микросфер дисперсия содержит газонаполненные микросферы алюмосиликатные, стеклянные или полимерные либо их смеси, включая отработанные масла. Предпочтительно в качестве растительных масел дисперсия содержит рапсовое, подсолнечное и кукурузное масла или их смеси, а в качестве нефтяных масел содержит моторные, индустриальные и другие масла или их смеси, включая отработанные. Соотношение ингредиентов, мас.%: углеводородная жидкость - 13,9-25,0; водная фаза 70,0-15,0; ПАВ - 0,1-1,2; масла растительные или нефтяные, включая отработанные - 1,0-20,0; газонаполненные микросферы алюмосиликатные, стеклянные или полимерные, либо их смеси - 15,0-40,0. Технический результат - повышение качества облегченных инвертных дисперсий при снижении концентрации ПАВ и углеводородных растворителей и одновременном расширении ассортимента применяемых полых микросфер. 2 з.п. ф-лы, 1 табл.
Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности, в частности к инвертным эмульсиям, используемым для бурения, глушения и ремонта скважин, с аномально низким пластовым давлением.
Известны эмульсии на углеводородной основе, содержащие нефть или нефтепродукты, воду различной степени минерализации и ПАВ, выполняющие функции эмульгирования взаимонерастворимых жидкостей и стабилизации полученных дисперсных систем.
Общими недостатками этих инвертных эмульсий являются большая плотность (более 930 кг/м3), высокие концентрации ПАВ (1-10%) и значительное количество углеводородных жидкостей (20-70%) (Орлов Г.А. и др. Применение обратных эмульсий в нефтедобыче. М.: Недра, 1991 г., с.42).
Известна облегченная инвертная дисперсия, содержащая углеводородную жидкость, воду и тела, снижающие плотность раствора, в виде полых стеклянных микросфер, в том числе алюмосиликатные микросферы (Пат. США №4530402 от 23.07.1985).
Недостатками известной дисперсии являются высокие концентрации ПАВ, большие количества углеводородных жидкостей и недостаточно высокое качество дисперсии.
Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому изобретению является облегченная инвертная дисперсия, содержащая, % мас.: углеводородную жидкость - 37,0÷52,0, воду - 57,5÷15,0, ПАВ - 0,5÷3,0 и алюмосиликатные микросферы - 1,0÷30,0, предварительно гидрофобизированные масло - и водомаслорастворимыми ПАВ (Патент №2176261 РФ. Облегченная инвертная дисперсия. / В.М.Кучеровский, Г.С.Поп и др. // Заявл. 15.05.2000. Опубл. 27.11.2001. Бюл. №35).
К недостаткам этих инвертных дисперсий относятся высокие концентрации дорогостоящих ПАВ (0,5÷3%), большие количества углеводородных жидкостей (37÷52%), в качестве которых используют ациклические и ароматические углеводороды, газоконденсат и кубовые остатки от его переработки, нефтяные растворители типа нефрас, нефть, дизельное топливо, а также ограниченный ассортимент микросфер (только алюмосиликатные).
Задачей предлагаемого изобретения является снижение концентрации ПАВ и углеводородных растворителей при одновременном расширении ассортимента полых микросфер и повышении качества облегченных инвертных дисперсий.
Поставленная задача достигается тем, что облегченная инвертная дисперсия для бурения, заканчивания и капитального ремонта скважин, содержащая углеводородную жидкость, водную фазу, поверхностно-активное вещество и облегчающие полые микросферы, предварительно гидрофобизированные масло- и/или водомаслорастворимыми ПАВ, согласно изобретению дополнительно содержит масла растительные или нефтяные, включая отработанные, а в качестве облегчающих полых микросфер используют газонаполненные микросферы алюмосиликатные, стеклянные или полимерные либо их смеси, при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:
| Углеводородная жидкость | 13,9-25,0 |
| Водная фаза | 70,0-15,0 |
| ПАВ | 0,1-1,2 |
| Масла растительные или нефтяные, включая отработанные | 1,0-20,0 |
| Газонаполненные микросферы алюмосиликатные, | |
| стеклянные или полимерные либо их смеси | 15,0-30,0 |
Причем в качестве растительных масел используют рапсовое (ГОСТ 8988-77) и подсолнечное масла (ГОСТ 1129-93) или их отработанные аналоги, а в качестве нефтяных масел используют масла авиационные типа МС-20 (ГОСТ 21743-76), индустриальные типа ВИ-4, И-5А (ГОСТ 20799-88), компрессорные типа АУ, ХА (ГОСТ 5546-86), дизельные типа ЗСМ, МТЗ-10п (ГОСТ 25770-83), включая их отработанные аналоги (ГОСТ 21046-86).
В качестве углеводородной жидкости применяют: керосин типа ТС-1 (ТУ 38 601-22-70-97), дизельное топливо (ГОСТ 305-82), денормализат (ГОСТ 305-82), газолин (ТУ 38 101524-75), гексановую фракцию (ТУ 3810381-77), стабильный бензин (ГОСТ 2084-56), стабильный газовый конденсат (ТУ 51-03-06-86), НБО-80 (ТУ У 38 301-72-44-96), маловязкие нефти разных месторождений.
Водной фазой гидрофобной эмульсии может служить пресная, пластовая или минерализованная вода, содержащая любые водорастворимые соли (NaCl, KCl, CaCl2, MgCl2, Ca(NO3)2, ZnCl2, Zn(NO3)2 и многие другие) во всем диапазоне их растворимости.
В качестве ПАВ используют масло- и водомаслорастворимые дифильные вещества и их технические смеси: эмультал (ТУ 6-14-1035-85), ЭС-2 (ТУ 38201351-81), нефтехим-1 (ТУ 38201463-86), СМАД-1 (ТУ 38-1-192-68), тарин (ТУ 38 301425-84), СНПХ-6016 (ТУ 39-576565-7-033-85), сульфонолы НП-1 (ТУ 6-01-1816-75) и НП-3 (ТУ 84-509-74), кремнийорганические жидкости ГКЖ-10 и ТКЖ-Й (ТУ 6-02-696-76), нефтенол НЗ (ТУ 2483-007-17197708-97), нефтенол НЗб (ТУ 24S8-057-17197708-01), нефтенол ВВД (ТУ 2483-015-17197708-97), катионный жир (ТУ У 6-25570365.071), гидрофуз (ТУ 18 167-94) - побочные продукты от очистки растительных масел, СГ - смесь гудронов растительных и животных жиров, продукты амидирования растительных и животных жиров, украмин - смесь сложных алкилоламидов жирных кислот гудронов растительных и животных жиров, ИКБ-2 - смесь оксиэтилалкилимидозолинов кубовых остатков СЖК, пеназолин - продукт циклоконденсации СЖК фракции С17.20 и полиэтиленполиамина, лецитины - сложные эфиры аминоегшрта холина и дигдицерилфосфорных кислот.
Наряду с алюмосиликатными микросферами АСМ плотностью от 200 до 400 кг/м3, образующимися при сжигании каменного угля по ТУ 21-22-37-94 (Томск, Челябинск, Качканар, Новочеркаск), в предлагаемом изобретении предлагается использовать неаптпретированные сферические тонкостенные (0,5-2,0 мкм), сыпучие стеклянные белые высокопрочные микросферы диаметром 10-250 мкм, изготавливаемые из натриевоборосиликатного стекла в ОАО "Новгородский завод стекловолокна" по ТУ 6-48-108-94 типа МС группа А1, А2 и В1, В2 с плотностью 240-400 кг/м3 и прочностью на гидростатическое сжатие, соответственно, 6, 11 и 10, 15 МПа и аппретированные (0,1-0,5%) смесью гамма- и бета-аминоизопропилтриэтоксисилана (продукт АГМ-9; ТУ 6-02-724-77) типа МС-А9 группа А1, А2 и В1, В2 с прочностью на гидростатическое сжатие, соответственно, 8, 14 и 12, 18 МПа, а также МС-А9 группа A1 (ТУ 5951-028-00204990-2006) с двойным аппретированием (0,2-0,8%), плотностью 240-320 кг/м3 и прочностью на гидростатическое сжатие 8-15 МПа, аналогичные стеклянные аппретированные (0,10-0,35%) микросферы, изготавливаемые в ОАО «НПО СТЕКЛОПЛАСТИК» по ТУ 6-48-91-92 марки МСВП МСВП А9, группы 3, 4 и 5, соответственно, с плотностью 270-310, 280-320 и 370-420 кг/м3 и прочностью на гидростатическое сжатие 8, 11 и 15 МПа, а также по ТУ 5951-171-05786904-2003 марки МСВП-80 и МСВПА9-8О, МСВП-120 и МСВПАд-120, МСВП-150 и МСВПА9 150 с плотностью, соответственно, 260-310, 280-320, 350-410 кг/м3 и прочностью на гидростатическое сжатие 8, 12 и 15 МПа, а также стеклянные полые микросферы, выпускаемые фирмой ЗМ Scotchlite™ по европейскому сертификату ISO 9002, марки К37 и К46 с плотностью, соответственно, 340-400, 430-490 кг/м3 и прочностью на гидростатическое сжатие 21 и 42 МПа, а также S38, S38HS, S60/10000 с плотностью, соответственно, 350-410, 350-410, 570-630 кг/м3 и прочностью на гидростатическое сжатие 28, 38,5 и 69 МПа, HGS2000-HGS18000 с плотностью в интервале от 290 до 570 кг/м3 и прочностью на гидростатическое сжатие от 14 до 126 МПа. В качестве полимерных микросфер использовали нерастворимые в органических растворителях, тонкодисперсные сыпучие порошки, состоящие из полых сферических частиц размером до 500 мкм плотностью 160-320 кг/м3, преимущественно 190-230 мкм, производимые по ТУ 605221 258 87 ЗАО «Владисфен» и ЗАО «НПП Аквасинт» им. ак. В.А.Телегина (г.Владимир).
Предлагаемые облегченные инвертные дисперсии отличаются от известных дополнительным введением масла растительного или нефтяного, включая отработанное, снижая тем самым концентрацию углеводородных растворителей, а также расширением ассортимента облегчающих полых микросфер, что, в целом, приводит к повышению качества облегченных инвертных дисперсий.
Введение в эмульсионные системы масла позволяет повысить прочность адсорбционно-сольватных слоев углеводородных растворов ПАВ на поверхности высокодисперсных микросфер, обеспечивая повышение агрегативной и седиментационной устойчивости эмульсионно-суспензионных систем при одновременном увеличении их текучести. Таким образом, заявленное техническое решение соответствует критерию «новизна».
Ингредиенты, введенные в заявленное техническое решение, в количественном соотношении не совпадают с соотношением в известных инвертных системах, что придает предлагаемым составам инвертных дисперсий новые качества и позволяет сделать вывод об изобретательском уровне.
Для качественного и быстрого приготовления облегченной инвертной дисперсии важна последовательность и порядок введения реагентов. В промысловых условиях состав готовят как на стационарном растворном узле, так и непосредственно на скважине. При этом придерживаются следующей последовательности операций.
Сущность предлагаемого изобретения поясняется следующими примерами.
Пример 1.
В мерник 1 цементировочного агрегата 1 закачивают 2630 л (2100 кг) дизельного топлива, добавляют 100 кг Нефтенола-НЗб и перемешивают циркуляцией раствора в режиме работы агрегата "на себя" до его полного растворения. Затем, при перемешивании, добавляют 400 кг рапсового масла и циркуляцию раствора продолжают до его полного растворения (7-10 мин).
В мерники (1) и (2) насосного агрегата 2 заливают 5100 л воды.
Оба агрегата обвязывают между собой и накопительной емкостью (1) для хранения готовой дисперсии через диспергатор или эжекторно-кавитационное устройство.
Настраивают работу агрегата 1 на подачу насосом углеводородного раствора Нефтенола-НЗб из мерника (1) со скоростью 20 л/с, а работу агрегата 2 на подачу насосом водного раствора со скоростью 6-7 л/с. Для завершения процесса приготовления инвертной дисперсии циркуляцию полученной эмульсии продолжают агрегатом 2 на накопительную емкость в течение 4 часов до полной гомогенизации и получения стабильной инвертной системы с величиной электростабильности, превышающей 120 В.
Полученную эмульсию из накопительной емкости (1) агрегатом 2 смешивают с предварительно гидрофобизированными микросферами, подаваемыми через тройник вакуумным устройством. Образующуюся облегченную инвертную дисперсию закачивают в накопительную емкость 2. После смешивания всего обьема микросфер перемешивание ОИД продолжают в установившемся режиме в течение 2-4 часов до получения гомогенной предельно устойчивой инвертной дисперсии целевого назначения.
Для установления параметров и оценки качества инвертной дисперсии стандартными методами измеряют плотность (пикнометрически), эффективную вязкость на приборе Реотест-2, электростабильность на приборе ИГЭР-1 и фильтрацию на приборе ВМ-6 при комнатной температуре. Агрегативную и седиментационную устойчивость определяют как визуально, так и по величине электростабильности, которая после 10 суток должна быть не ниже 100 В. Для примера 1 они оказались равными: вязкость - 1,86 Па·с, плотность - 518 кг/м3, электростабильность - 497 В, фильтрация - 0,0 см3/30 мин и полная устойчивость в течение более 10 суток.
В таблице приведены примеры 2-22 аналогичного приготовления и результаты испытаний других составов для бурения, глушения и ремонта скважин в граничных и оптимальных концентрациях компонентов.
Из сопоставительного анализа результатов, приведенных в таблице (примеры 1-15), следует, что дополнительное введение масла (1-20%) позволяет уменьшить концентрацию дорогостоящих ПАВ в 2,5-5 раз (с 0,5-3,0% до 0,1-1,2%) и углеводородных растворителей на 37-46% (с учетом суммарного содержания углеводородного растворителя и масла). При этом сохраняется низкая плотность предлагаемых дисперсий и повышается их агрегативная и седиментационная устойчивость, а одновременное увеличение содержания воды повышает экологическую и противопожарную безопасность при работе с ОИД.
Граничные концентрации ПАВ, углеводородного растворителя и масла выбраны из условий сохранения стабильности систем и достижения желаемых параметров инвертных дисперсий. Из таблицы видно, что при содержании ПАВ менее 0,1% (пример 16) происходит частичное расслоение дисперсии с появлением воды и увеличением фильтрации до величин, сопоставимых с прототипом. При концентрации микросфер более 30% (пример 17), углеводородного растворителя менее 10,9% (пример 18) и масла меньше 1% (пример 19) наблюдается потеря текучести ОИД с одновременным частичным расслоением и ухудшением, в последнем случае, пластичности дисперсии. Превышение заявленного диапазона концентраций в составе дисперсии, соответственно, углеводородного растворителя больше 25% (пример 20) и масла больше 20% (пример 21) приводит к уменьшению устойчивости, сопровождающемуся повышенной фильтратоотдачей и частичным отделением углеводородной фазы, а увеличение ПАВ больше 1,2% (пример 22) уже не улучшает технологических свойств дисперсий и дальнейшее увеличение содержания ПАВ нецелесообразно из экономических соображений.
Облегченная инвертная дисперсия для бурения, глушения и ремонта скважин может применяться как в виде вязких пачек, подаваемых на забой для перекрытия поглощающего интервала, так и в виде маловязких растворов для заполнения всего ствола скважины в качестве технологического раствора.
| Таблица | ||||||||||||||
| Состав и технологические свойства известных и предлагаемых облегченных инвертных дисперсий | ||||||||||||||
| № образца | Состав дисперсии, % масс. | Вязкость, Па·с | Плотность, кг/м3 | Электростабильность, В | Фильтрация, см3/30 мин | Стабильность не менее 10 сут, об.% | ||||||||
| ПАВ | Вода | Углеводород | Масло | Микросферы | ||||||||||
| Назв-е | Кол-во | Назв-е | Кол-во | Назв-е | Кол-во | Назв-е | Кол-во | |||||||
| Прототип | Нефтехим | 3,0 | 34,0 | ДТ | 33,0 | - | - | АСМ | 30,0 | 3,15 | 450 | >600 | 0,0 | Устойчивая однородная |
| Нефтехим | 0,5 | 42,0 | ДТ | 37,5 | - | - | АСМ | 20,0 | 2,63 | 540 | 525 | 0,5 | отд. угл.-4,0 | |
| Предлагаемые составы ОИД | ||||||||||||||
| 1 | Нефтехим | 1,0 | 51,0 | ДТ | 21,0 | Рапсовое | 4,0 | МС-А9 | 23,0 | 1,86 | 518 | 497 | 0,0 | Устойчивая однородная |
| 2 | Нефтенол | 1,2 | 39,8 | ДТ | 25,0 | МС-20 | 4,0 | МС-А9 | 30,0 | 2,43 | 458 | >600 | 0,0 | То же самое |
| 3 | Нефтенол | 0,1 | 66,0 | ДТ | 17,9 | МС-20 | 1,0 | МС-А9 | 15,0 | 1,32 | 615 | 224 | 0,0 | "-" |
| 4 | Нефтенол | 1,0 | 48,0 | ДТ | 21,0 | МС-20 | 4,0 | МС-А9 | 26,0 | 2,23 | 492 | 558 | 0,0 | "-" |
| 5 | Нефтехим | 1,1 | 64,0 | Конд. | 10,9 | Индустр ВИ-4 | 9,0 | МС-А9 | 15,0 | 1,15 | 616 | 243 | 0,0 | "-" |
| 6 | Нефтенол | 1,0 | 51,0 | ДТ | 21,0 | Подсолн. отработ. | 4,0 | МС-А9 | 23,0 | 1,42 | 525 | 429 | 0,0 | "-" |
| 7 | Нефтенол | 1,0 | 51,0 | ДТ | 21,0 | МС-20 отработ. | 4,0 | МС-А9 | 23,0 | 1,13 | 530 | 406 | 0,0 | "-" |
| 8 | Эмультал | 1,0 | 51,0 | ДТ | 21,0 | Рапсовое | 4,0 | АСМ | 23,0 | 1,63 | 528 | 476 | 0,0 | "-" |
| 9 | Нефтенол | 1,0 | 51,0 | ДТ | 21,0 | Рапсовое | 4,0 | АСМ+МСП | 23,0 | 1,26 | 498 | 460 | 0,0 | "-" |
| 10 | Эмультал | 1,2 | 49,2 | ДТ | 21,0 | Подсолн. | 3,0 | МСП | 25,6 | 1,24 | 430 | 460 | 0,0 | "-" |
| 11 | Пеназолин | 1,2 | 25,8 | ДТ | 25,0 | МС-20 | 20,0 | МС-А9 | 28,0 | 2,46 | 460 | >600 | 0,0 | Устойчивая однородная |
| Продолжение таблицы | ||||||||||||||
| № образца | Состав дисперсии, % масс. | Вязкость, Па·с | Плотность, кг/м3 | Электростабильность, В | Фильтрация, см3/30 мин | Стабильность не менее 10 сут, об.% | ||||||||
| ПАВ | Вода | Углеводород | Масло | Микросферы | ||||||||||
| Назв-е | Кол-во | Назв-е | Кол-во | Назв-е | Кол-во | Назв-е | Кол-во | |||||||
| 12 | Катионный жир | 0,5 | 45,5 | ТС-1 | 25,0 | МС-20 отраб. | 4,0 | МС-А9+АСМ | 25,0 | 1,88 | 498 | 430 | 0,0 | То же самое |
| 13 | Катионный жир | 0,8 | 45,0 | НБО-80 | 25,0 | АУ | 4,2 | МС-А9+МСП | 25,0 | 1,36 | 438 | 395 | 0,0 | "-" |
| 14 | Украмин | 0,8 | 45,0 | ТС-1 | 25,2 | ВИ-4 | 4,0 | СМ4 | 25,0 | 1,62 | 476 | 389 | 0,0 | "-" |
| 15 | Эмультал | 0,8 | 42,0 | НБО-80 | 23,0 | ЗСМ | 4,2 | МС-А9+АСМ | 30,0 | 1,45 | 450 | 517 | 0,0 | "-" |
| 16 | Нефтенол | 0,05 | 68 | ДТ | 16,9 | МС-20 | 3,05 | МС-А9 | 12,0 | 1,04 | 640 | 130 | 5,7-эм.+вода | рассл.-вода |
| 17 | Нефтенол | 1,2 | 18,8 | ДТ | 15,0 | МС-20 | 20,0 | МС-А9 | 32,0 | паста | 414 | >600 | 0,0 | отд. угл.-3,1 |
| 18 | Нефтенол | 0,1 | 75,0 | ДТ | 9,9 | МС-20 | 3,0 | МС-А9 | 12,0 | паста | 648 | 170 | 0,0 | рассл.-вода |
| 19 | Нефтенол | 1,1 | 69,5 | ДТ | 16,9 | МС-20 | 0,5 | МС-А9 | 12,0 | паста | 641 | 90 | 4,8- эмульс. | рассл.-вода |
| 20 | Нефтенол | 1,2 | 23,8 | ДТ | 27,0 | МС-20 | 20,0 | МС-А9 | 28,0 | 2,11 | 446 | 556 | 4,2 угл. | отд.угл.-2,1 |
| 21 | Нефтенол | 1,2 | 23,8 | ДТ | 25,0 | МС-20 | 22,0 | МС-А9 | 28,0 | 2,46 | 447 | 580 | 3,6 угл. | отд.угл.-2,6 |
| 22 | Нефтенол | 1,5 | 49,2 | ДТ | 20,7 | Подсолн. | 3,0 | МСП | 25,6 | 1,54 | 445 | 455 | 0,0 | Устойчивая однородная |
1. Облегченная инвертная дисперсия для бурения, глушения и ремонта скважин, содержащая углеводородную жидкость, водную фазу, поверхностно-активное вещество и облегчающие полые микросферы, предварительно гидрофобизированные масло- и/или водомаслорастворимыми ПАВ, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит масла растительные или нефтяные, включая отработанные, а в качестве облегчающих полых микросфер используют газонаполненные микросферы алюмосиликатные, стеклянные или полимерные, либо их смеси, при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:
| Углеводородная жидкость | 13,9-25,0 |
| Водная фаза | 70,0-15,0 |
| ПАВ | 0,1-1,2 |
| Масла растительные или нефтяные, | |
| включая отработанные | 1,0-20,0 |
| Газонаполненные микросферы алюмосиликатные, | |
| стеклянные или полимерные, либо их смеси | 15,0-30,0 |
2. Облегченная инвертная дисперсия по п.1, отличающаяся тем, что в качестве растительных масел используют рапсовое, подсолнечное и кукурузное масла или их смеси, а также вышеуказанные отработанные масла и/или их смеси.
3. Облегченная инвертная дисперсия по п.1, отличающаяся тем, что в качестве нефтяных масел используют моторные, индустриальные и другие масла или их смеси, а также вышеуказанные отработанные масла и/или их смеси.
