Буферная жидкость комбинированного действия

 

Союз Советских

Социапистических

Республик

ИСАНИЕ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6I ) Дополнительное к авт. свид-ву (22)Заявлено 26.06.80 (2l) 2984136/23-03 . с присоелинением заявки М(5 I ) M. Кл.

E 21 В 33/138 (23 ) Приоритет—

3Ъаударстееиный квинтет

СССР ао делам нзабретеннй н открытий

О убликовано 30. 06 .82. Бюллетень Рй 24

Дата опубликования описания 30.06.82 (53) УДК622. 243..13(088.8) (72) Авторы изобретения

В.П.Белов, В.Д.Сафронов и.P.Д,Самсонова ) 1

1 с й

Куйбышевский политехнический инсти ут им,.В.В.Куйбышева, 1 (71) Заявитель

<54) БУФЕРНАЯ ЖИДКОСТЬ КОМБИНИРОВАННОГО

ДЕЙСТВИЯ

Изобретение относится к бурению неф IRHblx и газовых скважин, в частности к буферным жидкостям, применяемым при цементировании обсадных колонн.

Известна буферная жидкость, содержащая сернокислый алюминий, серную кислоту, жидкое стекло, КМЦ, акзил, утяжелитель и воду (1). Недостатком этой буферной жидкости является то, что она не обладает крепящими свойствами по отношению к глинис1ой корке.

Известна также буферная жидкость комбинированного действия с тампонирующими свойствами — РТС (реактивная твердеющая смесь).

Комбинированная буферная жидкость типа PTC состоит из коркораэрушающего агент а - 6-103-ного водного раствора сернокислого алюминия и раствора с тампонирующими свойствами, включающего воду в качестве дисперсионной среды, осадкообраэующие компоненты (цемент и бентонит) и химические реагенты для снижения водоотдачи (КМЦ, co@a)(2).

К недостат кам известной буферной жидкости относится высокая щелочность фильтрата рН 8-9, обусловленная содержанием в этой жидкости гидрофильных реагентов КМЦ и соды.

1О Фильтрат обладает низким кольматирующим действием на проницаемые породы. Недостатком является также присутствие в буферной жидкости твердой фазы в виде бентонитовой глины

15 и цемента, которая может необратимо закупоривать нефтяной коллектор.

Отмеченные недостатки этой буферной жидкости приводят к следующему.

Замена фильтрационной корки на стенках скважины осадком из бентонита и цемента не исключает недостатков, присущих фильтрационным глинистым коркам, сформировавшимся из бурового

939728!

1 п/и

Объем

Состав, вес.4 рн осадка, о, Сернокислый Полиакриламид Вода алюминий

Хлори стый кальций

83,23

80,0

76,47

6,6

8,25

0,17

10,0

0,25

11,5

100

0,33

10,0

13,2

3 раствора в процессе бурения, т.е, не обеспечивает защиту продуктивного пласта от фильтрата тампонажного раствора и надежность разобщения пластов, а именно надежность герметизации контакта между цементным камнем,и пластовыми породами. Кроме то" го, бентонитовая глина при водит к закупорке продуктивного пласта и снижению его проницаемости. При этом 1О тонкодисперсные частицы бентонита при последующих ки слотных обр абот— ках пласта практически не разрушаются. Содержащиеся в Ьуферной жидкости реагенты КИЦ и сода гидратируют глинистые породы на стенках скважины, снижая их устойчивость.

Буферная жидкость готовится перемешиванием равных объемов водных растворов полиакриламида с растворами сернокислого алюминия и хлористого кальция„, "ри добавлении растворов солей к раствору полиакриламида и перемешивании мгновенно выпадает осадок, объем которого после часового отстоя составляет 90-1004. о 40

Для получения образца 1 смешивают равные объемы растворов 0,5/-ного полиакриламида, 203-сернокислого алю-, миния и 308-ного хлористого кальция; для получения образца 2 - раствора

0,753-ного полиакриламида, 25 -ного сернокислого алюминия и 353-ного хлористого кальция; образца 3 - растворы 14-ного полиакриламида, 30 -ного сернокислого алюминия и 403-ного хлористоro кальция.

При концентрациях компонентов, меньших указанных в табл,1, объем осадка сокращается до 750 и ниже.

Увеличение концентраций хлористого кальция больше 13,2, сернокислого алюминия " больше 10".. и полиакриламида — больше 0,333 нецелесообразно

Цель изобретения — повышение кольматирующей, разделяющей и ингибирующей способностей буферной жидкости.

Укаэанная цель достигается тем, что буферная жидкость дополнительно содержит хлористый кальций, а в качестве пониэителя водоотдачи используется полиакриламид при следующем соотношении ингредиентов вес.3:

Хлористый кальция 10,0-13,2

Сернокислый алюминий 6,6-10, 0

Поли акриламид О, 17-0,33

Вода Остальное

В таЬл. l приводятся составы предлагаемой буферной жидкости комбинированного действия (БЖКД) .

Таблица по экономическим соображениям, так как оЬъем осадка остается при этом постоянным. Параметры БИКД: водоотдача ч0 см за 20-30 мин; плотность

1,18-1,20 г/см, СНС =1/5-12/15;

4(10 растекаемость по АЗНИИ 19-20 см;

РН 3-" °

Приготовление буферной жидкости предлагаемого состава может быть осуществлено либо на поверхности, либо непосредственно в скважине.

В первом случае технология приготовления состоит из следующих операций: получение водных растворов полиакриламида, хлористого кальция и сернокислого алюминия заданных концентраций и последующего смешения растворов ПАА и хлористого кальция, а затем этой смеси с раствором сернокислого алюминия.

Применяется в случае бурения скважины на воде, когда поры пласта открыты.

Во втором случае, при промывке скважин глинистыми растворами, когда есть необходимость удаления глинистой корки, водные растворы

39728 6

5 указанных компонентов заданной концентрации закачиваются через трубы в скважину раздельно-последовачельным способом: вначале раствор сернокислого алюминия, а затем приготовленная на поверхности смесь полиакриламида и хлористого кальция.

Буферная жидкость заданного сосч ава и свойств в условиях скважины образуется в зонах смешивания последовател ьно прокачи ваемых компонентов как в самом потоке, так и в поровых каналах проницаемых пород и на поверхности стенок скважины.

Свойства буферной жидкости, образуюц ейся в скважине, зависят от режима движения потока (структурный, турбулентный) и соотношения компонентов, особенно в зоне смец ения, на границе контакта смеси ПАА и хло- ристого кальция с раствором сернокислого алюминия.

Как показали исследования, при структурном режиме движения потока жидкосч и в зоне конч акч а двух жидких растворов- компонентов образуеч ся вязкая упругая пачка, а при турбулентном режиме за счет интенсивного перемешивания образуется однородная полимерная суспензия, где твердой фазой является продукч реакции хлористого кальция и сернокислого алюминия - сернокислый кальций.

Иеханизм действия буферной жидкости, образующейся в затрубном прост ранстве скважины, определяется химической реакцией сернокислого алюминия с карбоначными включениями в

35 тым кальцием и за счет насыщения объема жидкости, образующимися в процессе мгновенной реакции сернокислым кальцием. При этом концентрация полиакриламида увеличивается в 22,5 раза. Реакция сернокислого алюминия с хлористым кальцием по вышеуказанным соотношениям дает 90-951 осадка сернокислого кальция.

Остатки водного раствора сернокислого алюминия, накопившиеся в при- . стенных порах и трещинах пласта после удаления корки со стенок скважины, реагируют с хлористым кальцием, в полиакриламиде, образуя твердый осадок в этих каналах. Причем осадок (сернокислый кальций) совместно с полиакриламидом находится в порах в виде вязко-упругого чела, которое препятствует проникновению фильтрата цементного раствора и его частиц в поры пласта. Впоследсч вии полиакриламид под.действием кислорода теряет свои упругие свойства, а осадок гипса может быть удален из пор с помощью кислотных обработок, Обработка сченок скважины предлагаемой буферной жидкостью позволяеч комплексно разрушить глинистую корку, удаличь ее со стенок ствола скважины, закольматировать поровые каналы, а на месте глинистой корки образовач ь новую защитную гипсополимерную пленку, препятсч вующую проникновению в поры продуктивного пласта фильтрача цементного раствора и твердых частиц. ва. глинистой корке. Первичное разложение и вымывание глинистой массы обеспечивает сернокислый алюминий. В потоке жидкости на контакте водного раствора сернокислого алюминия и смеси водных растворов полиакриламида с хлористым кальцием при структурном режиме течения (скорость движения в трубах 0,2-0,7 м/с) образуется вязкоупругая масса, которая выполняет роль как разделителя оч дальнейшего перемешивания растворов, так и вытеснителя остатков шлама и глинистой массы.

Вязкоупругая масса образуется за счет частичного обезвоживания полиакриламида гигроскопичным хлорис40

В табл,2 приводятся результаты лабораторных исследований свойств предлагаемой буферной жидкости комбинированного действия (БЖКД) и прототипа (РТС). Состав БЖКД, 4: сернокислый алюминий 8,3; хлористый кальция 10,0; полиакриламид 0,33; водаостальное. Состав РТС, r.: глинопорошок 10; цеменч 40; КИЦ 1,0; кальцинированная сода 2,0; водаостальное.

РТС при смешении с раствором сернокислого алюминия активно с ним реагирует, вызывает разрушение глинистых частиц, сопровождающееся незначительным вспениванием соста939728

БЖКД

Показатель

PTC (прототип) При ме чани е

1,14

3-4

1,3

4/8 н/т

490/620

18-19

9-10

2" 3

Фильтрация цементного р-ра через кольматационный слой образованный БЖКД и РТС, см /30 мин, на бумажном фильтре прибора ВИ-6

13

5,6

9,2

Погружается Погружается без груза в беэ груза в течение течение

1 мин 1 мин

Трудно смешивается с цементными и глинистыми раст ворами °

Образования однородной массы не наблюдается

Плот иост ь, г/см рН фильтрата

Условная вязкость, Т, с а.

СНС„, г/см

Растекаемость по

АзНИИ, см

Водоотдача исследуемых растворов, см /30 мин

Ф фил ьтраци я гли ни сто ro раствора, имеющего водоотдачу 15 см /30 мин, через кольматационный слой, образованный БЖКД и PTC, см /30 мин

Набухаемость бентонита в растворах БЖКД и

PTC Ф

Вязко-упругие свойства по конусу Ребиндера

30 и 45

Эффект смешивания в стеклянной трубе с цементным и глинистым растворами

С цементными и глинистыми растворами смешивается хорошо,. образуя однородную массу

Таблиц а 2 фильтрат БЖКД - кислый, РТС вЂ” щелочной

PTC - трудноподвижная смесь. Наоборот, БЖКД вЂ” легкоподвиж ная, высоковязкая жидкость

Низкий показатель фильтрации характеризует высокие кольматирующие свойства

БЖКД

PTC не создает надежного гидрозащитного экрана, БЖКД обеспечивает эффективную гидрозащиту пористых пород

БЖКД вследствие низкого рН (3-4) и низкой фильтрации (2-3) оказывает ингибирующее действие на глину, величина набухаемости почти в два раза меньше, чем в PTC

БЖКД проявляет свойст ва разделителя. PTC подобными свойствами не обладает формула изобретения

Составитель В.Ягодин

Техред 3. Палий Корректор Ю.Макаренко

Редактор A.aëàñåíêî

Заказ 4623/49 Тираж 623 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, N-35, Раушская наб., д.4/5 пиал ППП "Патент", r.Óæãîðoä, ул.Проектная,4

9 9397

Как видно из данных, представленных в табл.2. БНКД обладает высокиI ми кольматирующей, разделяющей и иыгибирующей способностями, которыми не обладает прототип.

Таким образом, повышение эффективности буферной жидкости обеспечивается за счет более надежного разделения цементного и бурового растворов и более полного вытесене- >о ния последнего при продавке из затрубного пространства; кольматации

Рористых, проницаемых водоносных пород; гидрозащиты продуктивных пластов, исключающую проникновение ts в пласты фильтратов и твердых частиц из цементного и бурового растворов; возможности разрушения кольматационного, гидрозащитного слоя кислотой на стадии эксплуатации сква- щ жины; ингибирующей способности.

Это подтверждается также следующим экспериментом. На специальном стенде через песчаный Фильтр с проницаемостью 52 мД прокачивают буферную жидкость раздельного состава, т.е. вначале порция 30 -ного раствора сернокислого алюминия, а затем смесь растворов 0,53-ного полиакриламида и 304-ного хлористого кальция. Раствор сернокислого алюминия прокачивается при давлении

3-5 атм, а затем в момент пропитки песчаника смесью растворов ПАА и

СаС1 а затем в момент пропитки песчаника смесью растворов ПАА и

СаС1 давление резко повышается и при 25 кг/см продавка прекращается. В процессе выдержки 24 ч давление не снижается. После вскрытия стенда обнаруживается, что поверхность песчаного фильтра закольматирована гипсо-полимерным веществом на глубину 3-5 мм. Подобная картина имеет место и при прокачке буферной жидкости единого состава.

28 10

Предлагаемую буферную жидкост ь можно применять не посредст венно после вскрытия бурением вышележащего промежуточного продуктивного пласта для временной колышат ации и сохранения его коллекторских свойств, а также для изоляции каналов перетока пластовых вод в эксплуатационных скважинах.

Недефицитность продуктов, быстрота приготовления в условиях .буровой также являются положительными свойствами предлагаемой буферной жидкости.

Ожидаемый экономический эффект составляет в среднем 2-3 тыс.руб. на скважину за счет улучшения качества цементирования и ускорения сроков освоения скважин.

Буферная жидкость комбинированного действия, содержащая сернокислый алюминий, понизитель водоотдачи и воду, отличающаяся тем, что, с целью повышения ее кольматирующей, разделяющей и ингибирующей способностей, она дополнительно содержит хлористый кальций, а в качестве понизителя водоотдачи используется полиакриламид при следующем соотношении ингредиентов, вес.4:

Хлористый кальция 10,0- 13,2

Сернокислый алюминий 6,6-10,0

Полиакриламид 0,17-0,33

Вода Остальное

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР 730956, кл. E 21 В 33/138, 1978.

2. Временная инструкция по применению буферных систем при цементировании колонны. Краснодар, ВНИИКРнефть, 1975, с.24-26 (прототип).