УТЯЖЕЛЕННАЯ БУФЕРНАЯ ЖИДКОСТЬ Российский патент 2000 года по МПК C09K7/02 E21B33/138 

Изобретение относится к области крепления нефтяных и газовых скважин, а именно к буферным жидкостям, применяемым при цементировании обсадных колонн.

Известна утяжеленная буферная жидкость на основе водного раствора гидролизованного полиакрилонитрила (гипана) с добавкой утяжелителя - барита до плотности 1,7 - 2,4 г/см³ [Булатов А.И., Аветисов А.Г. Справочник инженера по бурению, т. 1, М., Недра, 1985, С.395-396. Инструкция по креплению нефтяных и газовых скважин. М., ВНИИКРнефть, 1975, с. 101-102]. Однако данная утяжеленная буферная жидкость имеет существенные недостатки, сильно затрудняющие ее практическое применение, при смешении с буровым и цементным раствором вызывает их сильное загустевание и превращает в непрокачиваемую массу, обладает низкой стабильностью и большой водоотдачей.

Наиболее близкой по составу к изобретению является буферная жидкость, состоящая из глинопорошка, полиакриламида, воды и утяжелителя - барита [Давыдов В. К., Тюрин И.П. Приготовление и применение вязкоупругих глинополимерных смесей при бурении скважин РНТС Бурение, 4, М., ВНИИОНГ, 1979, с. 19-21] . Недостатком ее является невысокая седиментационная устойчивость, высокая фильтрация, из-за невысокой плотности не может применяться для вытеснения утяжеленных буровых растворов в интервале аномально высоких пластовых давлений и температур.

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение - повышение качества подготовки ствола скважины к цементированию обсадных колонн за счет более полного вытеснения бурового раствора из затрубного пространства и удаления рыхлой непрочной части глинистой корки со стенок скважины и пленки бурового раствора с поверхности обсадных колонн.

Техническим результатом заявляемого изобретения является снижение водоотдачи, повышение седиментационной устойчивости, образование структуры, способной нести утяжелитель, и исключение коагуляции контактных зон между буровым и тампонажным растворами в зоне аномально высоких пластовых давлений.

Сущность изобретения заключается в том, что заявляемая утяжеленная буферная жидкость содержит глинопорошок, полиакриламид и воду, в отличие от известного содержит стабилизатор - карбоксиметилцеллюлозу и утяжеляющую добавку - железорудный концентрат из титано-ванадиевых магнетитовых руд при следующем соотношении ингредиентов, мас. %:
Глинопорошок - 1,92-2,38
Полиакриламид - 0,02 - 0,03
Карбоксиметилцеллюлоза - 0,10-0,13
Железорудный концентрат - 52,29-61,47
Вода - 36,49-45,17
Таким образом, сопоставительный анализ с прототипом позволяет сделать вывод, что заявляемая буферная жидкость отличается от известной введением новых компонентов, а именно: стабилизатора - карбоксиметилцеллюлозу и в качестве утяжелителя - железорудный концентрат из титано-ванадиевых магнетитовых руд, т.е. заявляемое изобретение отвечает критерию "новизна".

Поскольку использование изобретения позволяет осуществить существующую потребность, заявляемое изобретение отвечает критерию "изобретательский уровень".

Железорудный концентрат из титано-ванадиевых магнетитовых руд выпускается в качестве утяжелителя для буровых растворов. Согласно ТУ 0708-029-00158754-97 плотность утяжелителя составляет 4,6 - 5,0 г/см³. Железорудный концентрат соответствует высшим сортам утяжелителей по стандарту АНИ и ОСМА, обеспечивает утяжеление буровых и тампонажных растворов, благодаря высокой дисперсности обеспечивает седиментационную устойчивость растворов. Стабилизация утяжеленной буферной жидкости достигается путем добавления карбоксиметилцеллюлозы. Реакции между функциональными группами молекул ПАА и КМЦ приводят к образованию растворов с увеличенной вязкостью, способных удерживать утяжелитель. Дозировку подбирают на основе лабораторного анализа.

Утяжеленную буферную жидкость готовят следующим образом. Сначала готовят водный раствор глинопорошка: берут расчетное количество воды, в которую вводят необходимое количество глинопорошка, и перемешивают на лабораторной мешалке (глиномешалке) до получения однородной суспензии. Затем добавляют расчетное количество полиакриламида и вновь тщательно перемешивают на мешалке, после этого вводят необходимое количество карбоксиметилцеллюлозы и перемешивают до однородного состояния и через 15-20 мин буферная жидкость приобретает вязко-упругие свойства, затем добавляют железорудный концентрат в количестве, необходимом для получения раствора нужной плотности.

В представленных экспериментальных данных использовали глинопорошок по ТУ 39-01-08-658-81, полиакриламид порошкообразный ПАА с молекулярной массой (10-15)•10^-6 и степенью гидролиза 20-30% по ТУ 6-01-1049-76, карбоксиметилцеллюлозу КМЦ по ТУ 6-09-2344-78, железорудный концентрат ЖРК-1 по ТУ 0708-029-00158754-97 и воду водопроводную по ГОСТ 2874-82.

Определение основных свойств - плотность, растекаемость, водоотдачу производят при температуре 20±2^oC и атмосферном давлении, для условий аномально - высоких пластовых давлений - при режимной температуре 100±5^oC и давлении 50±5 МПа. Растекаемость определяют по конусу АзНИИ, плотность - ареометром АГ-3ПП, водоотдачу - прибором ВМ-6, стабильность (седиментационную устойчивость) - цилиндром ЦС-2, время загустевания - консистометром КЦ-3.

Пример. Для приготовления 1 кг утяжеленной буферной жидкости (состав 4, табл. 1) необходимо взять 20,0 г глинопорошка, 379,5 г воды и приготовить суспензию, затем добавить 0,2 г полиакриламида и 1,1 г карбоксиметилцеллюлозы, тщательно перемешать до однородного состояния, после этого добавить 599,2 г железорудного концентрата. Состав перемешивают, после чего определяют основные свойства.

Результаты испытаний приведены в табл. 1, 2 и 3. Приготовленный состав имеет плотность 1,98 г/см³, растекаемость 12,5 см, водоотдачу - 5,6 см³, толщина корки 1,5 мм, состав седиментационно устойчив через 10 часов Δρ = 0. Примеры приготовления и испытания остальных составов, приведенных в таблице 1, аналогичны вышеописанному.

Для выявления отличительных признаков и положительного эффекта изменяли массовые соотношения ингредиентов в широком интервале значений.

Как видно из табл. 1, заявляемая утяжеленная буферная жидкость обладает по сравнению с прототипом низкими значениями показателя водоотдачи, все составы седиментационно устойчивы при высокой плотности, незначительной глинистой корки.

Проведены испытания по определению времени загустевания смесей буферной жидкости с плотностями 1,76; 1,85 и 1,98 г/см³ с тампонажным раствором (табл. 2). Исследования проводились в консистометре КЦ-3 при температуре 100^oC и давлении 50 МПа, где в автоклавных условиях длительное время перемешивалась буферная жидкость заявляемого состава с тампонажным раствором. Эксперименты показали, что испытанная таким образом буферная жидкость при смешении с тампонажным раствором не вызывает его преждевременного загустевания.

Проявление коагуляции контактных зон утяжеленной буферной жидкости и тампонажного раствора оценивалось на конусе АзНИИ. Данные свидетельствуют (табл. 3) о том, что при смешении буферной жидкости с тампонажным раствором растекаемость смесей не уменьшается.

Использование предлагаемой утяжеленной буферной жидкости обеспечивает по сравнению с существующими следующие преимущества: при смешении с тампонажным и буровым растворами не вызывает их загущение; обладает агрегативной устойчивостью и малой водоотдачей. Все эти преимущества позволяют значительно повысить качество цементировочных работ и уменьшить количество осложнений (газопроявления после цементирования, оставление цементного раствора в обсадной колонне), на устранение которых затрачиваются значительные материальные средства.

Использование буферной жидкости обеспечивает улучшение подготовки стенок ствола скважины к цементированию, к более полному замещению бурового раствора из затрубного пространства тампонажным, а следовательно, к повышению качества крепления обсадных колонн в интервале аномально высоких пластовых давлений и температур.

Жидкость относится к области крепления нефтяных и газовых скважин, а именно к буферным жидкостям, применяемым при цементировании обсадных колонн. Утяжеленная буферная жидкость содержит глинопорошок, полиакриламид, стабилизатор - карбоксиметилцеллюлозу, утяжелитель - железорудный концентрат и воду при следующем соотношении компонентов, мас.%: глинопорошок 1,92-2,38, полиакриламид 0,02-0,03, карбоксиметилцеллюлоза 0,10-0,13, железорудный концентрат 52,29-61,47, вода 36,49-45,17. Техническим результатом является снижение водоотдачи, повышение седиментационной устойчивости, образование структуры, способной нести утяжелитель, и исключение коагуляции контактных зон между буровым и тампонажным растворами в зоне аномально высоких пластовых давлений. 3 табл.

Утяжеленная буферная жидкость, включающая глинопорошок, полиакриламид, утяжелитель и воду, отличающаяся тем, что дополнительно содержит стабилизатор - карбоксиметилцеллюлозу, а в качестве утяжелителя - железорудный концентрат при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Глинопорошок - 1,92 - 2,38
Полиакриламид - 0,02 - 0,03
Карбоксиметилцеллюлоза - 0,10 - 0,13
Железорудный концентрат - 52,29 - 61,47
Вода - 36,49 - 45,17