ПЕНООБРАЗУЮЩИЙ СОСТАВ Российский патент 2002 года по МПК C09K7/08 

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к пенообразующим составам трехфазных пен, для использования в качестве буровых и промывочных растворов в условиях аномально низких пластовых давлений (АНПД) при первичном вскрытии продуктивных отложений нефти, газа и проведении капитального ремонта скважин.

Известен пенообразующий состав, содержащий пенообразователь (сульфонол) 1,5 мас.%, стабилизатор (КМЦ) 1,0 мас.%, бентонит 20,0 мас.% и воду /1/.

Известный состав не обеспечивает необходимую устойчивость (срок "жизни") трехфазных пен и приводит к повреждению продуктивных формаций за счет трудноустранимой кольматации поровых каналов глинистыми частицами.

Наиболее близким к заявленному по назначению и совокупности существенных признаков является пенообразующий состав для глушения скважин, содержащий пресную воду, пенообразователь, бентонит, полиакриламид в качестве стабилизатора пены и конденсированную сульфитно-спиртовую барду (КССБ-4) при следующем соотношении ингредиентов, мас.%: /2/
Пенообразователь - 1,0-3,0
Бентонит - 1,0-3,0
Полиакриламид - 0,5-0,7
Конденсированная сульфитно- спиртовая барда (КССБ-4) - 5,0-8,0
Пресная вода - Остальное
Однако известный пенообразующий состав не обеспечивает длительной устойчивости пены из-за неудовлетворительных структурных показателей и высокой фильтрации. Кроме того, наличие бентонита в составе приводит к кольматации пор пласта глинистыми частицами.

Задачей предлагаемого технического решения является повышение устойчивости пены за счет снижения фильтрации и улучшения структурных показателей состава с образованием конденсированных кислоторастворимых коллоидов в качестве твердой фазы трехфазной пены.

Для решения указанной задачи заявляемый пенообразующий состав, содержащий пресную воду, пенообразователь, стабилизатор пены и затравку, в качестве стабилизатора пены содержит модифицированный крахмал и сульфацелл, а в качестве затравки - технический мел, при этом состав дополнительно содержит алюмохлорид и кальцинированную соду при следующем соотношении компонентов, маc.%:
Пенообразователь - 0,8-1,8
Крахмал модифицированный - 5,0-7,0
Сульфацелл - 0,18-0,3
Мел технический - 3,0-4,0
Алюмохлорид - 1,1-1,4
Сода кальцинированная - 0,6-0,8
Пресная вода - Остальное
Пенообразующий состав представляет собой коллоид-полимерный раствор с конденсированными кислоторастворимыми коллоидами гидрозоля алюминия. Образование конденсированных коллоидов производится при протекании реакции

Отличием предлагаемого пенообразующего состава является использование в качестве стабилизатора - модифицированного крахмала и сульфацелла, в качестве затравки - технического мела и дополнительное введение в состав алюмохлорида и кальцинированной соды в заявляемых соотношениях ингридиентов.

Технический мел представляет собой порошок белого или бело-серого цвета плотностью 2,74 г/см³, легко растворяется в соляной кислоте. При взаимодействии с водой образует суспензию. Выпускается предприятиями стройиндустрии и широко применяется в быту, промышленности, бурении /3/.

Алюмохлорид представляет собой прозрачную жидкость, содержащую 20-25 мас. % основного вещества или порошка светло-желтого или зеленоватого цвета со слабым запахом соляной кислоты, экологически безопасен. Алюмохлорид выпускается в АО "Салаватнефтеоргсинтез", АО "Каустик" г.Стерлитамак, является побочным продуктом процессов нефтехимического синтеза. Известно его применение в технологии водоочистки и в составах буровых растворов, тампонажного цемента /4, 5/.

В результате совместного использования алюмохлорида и мела при достижении рН 4,35 происходит образование конденсированных коллоидов гидрозоля алюминия с размером частиц 4•10^-6 м, способных создавать гелевую структуру. Конденсированные коллоиды гидрозоля алюминия существуют в виде твердой фазы в диапазоне величины рН 4,35-10,5, что способствует их растворению в составе фильтрационной корки на стенке ствола скважины и позволяет восстанавливать проницаемость пород продуктивного коллектора.

Модифицированный крахмал представляет собой порошок белого или желтоватого цвета, который хорошо растворяется в воде и насыщенных растворах соли, имеет более высокую термостойкость, чем обычный крахмал. Известно использование модифицированного крахмала в качестве реагента для снижения фильтрации и повышения структурных свойств буровых растворов /6, 7/.

Сульфацелл - водорастворимая гидрооксиэтилцеллюлоза, представляет собой желтовато-белый продукт, легко растворяется в воде. Сульфацелл выпускается в виде гранул или порошка АО "Полицелл".

Известно использование сульфацелла для понижения фильтрации буровых и тампонажных растворов /8, 9/.

Использование модифицированного крахмала укрепляет структурные адсорбционные слои путем сшивания молекул, повышая устойчивость пены.

Совместное использование модифицированного крахмала и сульфацелла в качестве стабилизатора пенообразующего состава авторами не выявлено.

Совместное использование в заявляемом составе модифицированного крахмала и сульфацелла позволяет обеспечить низкие значения фильтрации и повысить структурные показатели пенообразующего состава за счет того, что, внедряясь между коллоидными частицами геля, стабилизаторы забирают воду из системы, укрепляя связи структурной решетки. При этом обеспечивается длительное удержание частиц конденсированной твердой фазы (геля) во взвешенном состоянии, что способствует повышению устойчивости пены. Использование в качестве стабилизатора одного модифицированного крахмала позволяет улучшить структурные показатели состава, но при высоких значениях фильтрации. Увеличение расхода крахмала для достижения низких значений фильтрации нецелесообразно. При использовании в качестве стабилизатора одного сульфацелла достигаются только низкие значения фильтрации, а структурные показатели не улучшаются.

Сода кальцинированная - белый мелкокристаллический порошок плотностью 2,5 г/см³. Водные растворы имеют щелочную реакцию.

Известно применение кальцинированной соды в химической, стекольной, мыловаренной, целлюлозно-бумажной, текстильной отраслях, в бурении /10, 11/.

Применение в заявляемом составе кальцинированной соды обеспечивает снижение ионной силы среды полученного коллоидного раствора за счет связывания ионов кальция в составе, что приводит к образованию дополнительной мелкодисперсной твердой фазы, получению низких значений фильтрации и длительной устойчивости пены.

Авторами экспериментально установлено, что придание пенообразующему составу низких фильтрационных и высоких структурных показателей для получения длительно устойчивых пен стало возможным благодаря комплексному использованию ингредиентов в заявляемом составе при их новом соотношении. Первоначально при взаимодействии водного раствора алюмохлорида с мелом образуется конденсированная твердая фаза (гель) с малопрочной структурной сеткой.

Добавка кальцинированной соды нейтрализует ионы кальция в составе, способствуя улучшению действия стабилизаторов. Молекулы пенообразователя создают в пленках жидкости между газовыми пузырьками механически прочный адсобционный слой с малым поверхностным натяжением, обеспечивая длительную устойчивость пены.

Достигаемый при осуществлении изобретения технический результат заключается в достижении высокой устойчивости пены и получении возможности ее использования в качестве промывочной жидкости в условиях АНПД. Благодаря низкой фильтрации и кислоторастворимости твердой фазы обеспечивается возможность раскольматации поровых каналов при освоении, вследствие чего повышается проницаемость продуктивного пласта после воздействия на него заявляемого состава.

В заявляемом техническом решении комплексное использование отличительных признаков позволяет решить новую техническую задачу: повышение устойчивости пены путем снижения фильтрации и улучшения структурных показателей состава, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию "изобретательский уровень"
Состав по прототипу готовят следующим образом.

Пример 1.

Берут 853 г пресной воды. В 353 г воды вводят 7 г полиакриламида, а в остальную воду вводят 30 г бентонита. Перемешивают 5 минут и оставляют на сутки для набухания. В приготовленный раствор бентонита добавляют 30 г пенообразователя ОП-10, затем 80 г КССБ-4 и раствор тщательно перемешивают. Затем в этот раствор вводят приготовленный раствор ПАА и перемешивают до однородного состава. Параметры полученного пенообразующего состава следующие: плотность - 758 кг/м³, фильтрация - 24•10^-6 м³/30 мин, СНС - 0,8 Па, СНС₁ - 0,9 Па, СНС₂₄ - 0,9, кратность - 2, устойчивость - 0,15 сут/см³ (опыт 3).

Аналогичным образом готовят заявляемый пенообразующий состав.

Технологические параметры составов определяют стандартными приборами по известным методикам /12/.

Кратность пены определяется отношением объема вспененного пенообразующего состава к объему невспененного пенообразующего состава. Устойчивость - это способность вспененного состава сохранять первоначальный объем. Критерием для оценки показателя устойчивости пены служит время существования пленки жидкости между газовыми пузырьками.

При проведении лабораторных исследований были использованы:
- в качестве пенообразователя - ОП-10 по ГОСТ 8433-81 (поверхностно-активное вещество неионогенного типа), сульфанол по ТУ 6-01-862-73 (ПАВ анионогенного типа);
- в качестве стабилизатора - модифицированный крахмал по ГОСТ 7698-93 и сульфацелл по ТУ 6-55-221-1210-91;
- в качестве затравки - технический мел по ГОСТ 17498-72;
- алюмохлорид по ТУ 6-01-00203312-160-95, г. Стерлитамак и по ТУ 38.3021-63-89 АО "Салаватнефтеоргсинтез";
- сода кальцинированная по ГОСТ 5100-85;
- техническая вода жесткостью 12 мг.экв/л.

Пример 2.

Для приготовления пенообразующего состава в 867,5 г пресной воды вводят 40 г технического мела, перемешивают в лопасной мешалке 10 минут, добавляют 11 г (в пересчете на сухое вещество) алюмохлорида (концентрация 25 мас.%), перемешивают до получения коллоидного раствора. В приготовленный раствор при перемешивании добавляют 6 г кальцинированной соды, перемешивают 10 минут, а затем добавляют 60 г модифицированного крахмала, 2,5 г сульфацелла и перемешивают до полного растворения стабилизаторов, после чего добавляют 13 г ОП-10 (неонол или другое неионогенное ПАВ). Производят вспенивание в лопастной мешалке в течение 30 минут до образования постоянного объема пены и определяют показатели состава. Технологические параметры состава следующие:
Р=580 кг/м³, СНС=9,2 Па, СНС₁=10,8 Па, СНС₂₄=10,9 Па, Ф= 0,5•10^-6 м³/30мин, К=5, устойчивость 12 сут./см³ (опыт 9).

Аналогичным образом готовили составы при различной концентрации ингредиентов, а результаты исследований представлены в таблице.

Анализ данных таблицы показал, что пенообразующий состав по прототипу имеет при кратности, равной 2-5, высокую плотность Р=756-924 кг/м³, низкие значения статического напряжения сдвига во времени СНС=0,4-0,8 Па, СНС₁= 0,4-0,9 Па, СНС₂₄= 0,4-0,9 Па и высокие фильтрационные показатели Ф= 24•10^-6-36•10^-6 кг/м³, что приводит к получению малоустойчивой пены (опыты 1-4).

Предлагаемый пенообразующий состав с содержанием компонентов в заявляемых пределах при кратности от 4 до 10 и плотности от 430 до 632 кг/м³ имеет низкие значения фильтратоотдачи от 0,5 до 2,5•10^-6 м³/30 мин и высокие показатели статического напряжения сдвига СНС=7,8-15,4 Па, СНС₁=8,0-16,4 Па, СНС₂₄=8-16,6 Па (опыты 5-15), что способствует длительной устойчивости мелкодисперсной пены от 3 до 20 сут/см³. Содержание в пенообразующем составе мела в пределах 3-4 мас.% и алюмохлорида в пределах 1,1-1,4 маc.% является оптимальным (опыты 5-15).

Содержание в составе мела более 4 мас.% и алюмохлорида более 1,4 мас.% экономически нецелесообразно (опыты 16, 17), так как большего улучшения показателей не наблюдается.

Содержание в составе мела менее 3 мас.% и алюмохлорида менее 1,1 мас.% не позволяет достичь поставленной задачи ввиду получения малоустойчивой пены из-за низких структурных показателей пенообразующего состава (опыты 18, 19).

Содержание модифицированного крахмала 5-7 маc.% и сульфацелла 0,18-0,3 мас. % является оптимальным. Содержание модифицированного крахмала менее 5 мас.% и сульфацелла менее 0,18 мас.% приводит к высоким значениям фильтрации (опыты 20, 21), что не обеспечивает длительной устойчивости пены. Содержание более 7 мас.% крахмала и более 0,3 мас.% сульфацелла нецелесообразно (опыты 22, 23), так как низкие значения фильтрации для получения устойчивых пен уже достигнуты.

Содержание кальцинированной соды 0,6-0,8 мас. % в заявляемом составе является оптимальным для полного связывания ионов кальция в составе, мешающих получить низкие значения фильтрации. Содержание в составе менее 0,6 мас.% кальцинированной соды не позволяет получить устойчивую пену из-за высоких значений фильтрации пенообразующего состава, так как ионы кальция в растворе полностью не связаны (опыты 18, 19). Содержание кальцинированной соды более 0,8 мас.% нецелесообразно, так как все ионы кальция уже связаны, достигнуты значения фильтрации, обеспечивающие устойчивые пены (опыты 16, 17).

Содержание пенообразователя в пределах 0,8-1,8 мас.% является оптимальным (опыты 5-15). При меньшем содержании ПАВ не обеспечивается высокое вспенивание состава (опыты 20, 21). При содержании пенообразователя более 1,8 мас. % дальнейшего увеличения воздухововлечения в пенообразующий состав не наблюдается, а происходит лишь неоправданный перерасход реагентов (опыты 16, 17). В качестве ПАВ наряду с ОП-10 и сульфонолом могут быть использованы другие неионогенные или анионогенные ПАВ либо их смеси. Таким образом, заявляемый состав имеет значительно лучшие фильтрационные и структурные показатели, обеспечивающие длительную устойчивость пены.

Предлагаемое техническое решение позволяет получить длительно устойчивые трехфазные пены на основе полимер-коллоидного пенообразующего состава, в которых твердая глинистая фаза заменена кислоторастворимой конденсированной твердой фазой (гелем) и обеспечивается восстановление продуктивности коллекторов стандартными методами интенсификации при освоении скважин. Применение длительно устойчивых пен при бурении скважин является более эффективным, чем промывочных жидкостей и обеспечивает:
- безопасность ведения буровых работ за счет создания нормативной репрессии на пласт;
- условия сохранения проницаемости пород за счет создания прочного кольматационного экрана пеногелевой композицией;
- лучшие показатели отработки долот за счет повышения эффективности выноса шлама, очистки забоя;
- решение актуальных проблем сохранения хорошо дренированных пород при глушении скважин и сокращения объема закачиваемой жидкости глушения при капремонте и т.д.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ, ПРИНЯТЫЕ ВО ВНИМАНИЕ ПРИ ОФОРМЛЕНИИ ЗАЯВКИ НА ИЗОБРЕТЕНИЕ
1. Амиян В. А. и др. "Вскрытие и освоение нефтегазовых пластов", М., "Недра", 1980, с. 114-119, 310-316.

2. А.с. СССР N1208192,4 МКИ Е 21В 33/138, Б.И. N 4, 1986 (прототип).

3. Мел технический ГОСТ 17498-72.

4. Алюмохлорид ТУ 38.302163-89.

5. Патент РФ N2135542 6 МПК С 09 К 7/02, Б.И. N 24 1999.

6. Рязанов Я. А. "Справочник по буровым растворам", Москва., "Недра", 1979, с 82.

7. ГОСТ 7698-93.

8. . Пеньков А.И. и др. "Стабилизация буровых растворов сульфацеллом при проверке скважин в условиях полиминеральной агрессии", РН, серия "Бурение", М., ВНИИОЭНГ, N12, 1981.

9. Патент РФ N2136843, 6 МПК Е 21В 33/138, Б.И. N 25, 1999.

10. ГОСТ 5100-85.

11. А.И. Бусев, И.П. Ефимов. "Словарь химических терминов", издательство "Просвещение", Москва, 1971, с. 154.

12. РД 39-2-645-81.

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к пенообразующим составам трехфазных пен для использования в качестве буровых растворов в условиях аномально низких пластовых давлений при первичном вскрытии продуктивных отложений нефти, газа и проведении капитального ремонта скважин. Техническим результатом является повышение устойчивости пены за счет снижения фильтрации и улучшения структурных показателей состава с образованием конденсированных кислоторастворимых коллоидов в качестве твердой фазы трехфазной пены. Пенообразующий состав, включающий пресную воду, пенообразователь, стабилизатор и затравку, в качестве стабилизатора пены содержит модифицированный крахмал и сульфацелл, а в качестве затравки - мел технический, при этом состав дополнительно содержит алюмохлорид и кальцинированную соду при следующем соотношении компонентов, мас.%: пенообразователь 0,8-1,8; крахмал модифицированный 5,0-7,0; сульфацелл 0,18-0,3; мел технический 3,0-4,0; алюмохлорид 1,1-1,4; сода кальцинированная 0,6-0,8; пресная вода - остальное. 1 табл.

Пенообразующий состав, содержащий пресную воду, пенообразователь, стабилизатор и затравку, отличающийся тем, что в качестве стабилизатора пены он содержит модифицированный крахмал и сульфацелл, а в качестве затравки - мел технический, при этом состав дополнительно содержит алюмохлорид и кальцинированную соду при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Пенообразователь - 0,8-1,8
Крахмал модифицированный - 5,0-7,0
Сульфацелл - 0,18-0,3
Мел технический - 3,0-4,0
Алюмохлорид - 1,1-1,4
Сода кальцинированная - 0,6-0,8
Пресная вода - Остальноее