ПОРОШКОВЫЙ КОНЦЕНТРАТ ДЛЯ ВЯЗКОУПРУГОГО РАЗДЕЛИТЕЛЯ БУРОВЫХ ПОТОКОВ "КЕМФОР-КОМПАУНД" Российский патент 2005 года по МПК C09K7/00 

Изобретение относится к нефтегазодобывающей отрасли и предназначено для вытеснения и разделения буровых растворов на водной или нефтяной основе от тампонажных растворов при цементировании нефтяных, газовых, газоконденсатных и геологоразведочных скважин, для очистки ствола скважины перед геофизическими исследованиями и для изоляционных работ в скважинах.

Известна буферная жидкость на основе сульфитно-спиртовой барды и бихромата натрия [1, 2]. Но она легко перемешивается с буровыми и тампонажными растворами; при сжатии необратимо деформируется, а ее закачка в скважину поршневыми насосами вследствие высокой вязкости затруднена и лимитирована во времени.

Близким техническим решением к предлагаемому является вязкоупругий состав, состоящий из полиакриламида, КССБ (конденсированной сульфит-спиртовой барды) и бихромата натрия [3]. Недостатками известного состава являются наличие в нем значительных количеств несвязанных токсичных катионов хрома, слабые структурно-механические свойства, длительные периоды гелеообразования, отрицательное воздействие на адгезию тампонажного камня к металлу обсадной колонны.

Техническим решением, выбранным нами в качестве прототипа [4], является вязкоупругий разделитель, включающий полиакриламидный компонент и гелеобразователь, в качестве которого используется химическая система

лигносульфонаты-бихромат в соотношении 40:1-166,7:1 при содержании ингредиентов, мас.%:

полиакриламид 0,25-0,50

лигносульфонаты 5-10

бихромат натрия или калия 0,060-0,125

вода остальное

Водные растворы компонентов известного реагента с температурой 20-80°С (в зависимости от требуемого для промысловой практики времени оперативной готовности) смешиваются, и формирующийся гель выдерживается перед закачкой в скважину. Но операция приготовления трех видов исходных растворов является долговременной, трудоемкой, требующей использования дополнительного оборудования и емкостей, а в зимнее время энергозатрат на подогрев. Недостатком известного решения является также относительно невысокая прочность и термосолестойкость вязкоупругого состава.

Решаемая изобретением задача - повышение прочности, термосолестойкости, оперативности приготовления вязкоупругого состава для разделения буровых потоков с целью предотвращения коагуляции, потери прокачиваемости при их контакте и перемешивании.

Технический результат, который может быть получен с использованием предлагаемого порошкового концентрата, повышение оперативности, успешности и качества цементирования скважин, изоляционных работ и подготовки ствола скважины к геофизическим исследованиям; достижение высокой эффективности использования бурового и промыслового оборудования; уменьшение материальных и трудовых затрат на стадии заканчивания скважины; повышение промышленной и экологической безопасности.

Для достижения заявленного настоящим изобретением технического результата порошковый концентрат для вязкоупругого разделителя буровых потоков содержит вещества полиакриламидной природы, лигносульфонатный компонент, бихромат натрия или калия и отличается от известного решения тем, что применяются только сухие (порошковые) компоненты и состав дополнительно содержит катализатор структурообразования - щелочной электролит, при следующем соотношении исходных компонентов, мас.%:

вещество полиакриламидной природы 3,85-7,14

катализатор структурообразования - щелочной

электролит 3,85-7,14

бихромат натрия или калия 14,28-15,38

лигносульфонатный компонент остальное

В качестве вещества полиакриламидной природы порошковый концентрат для вязкоупругого разделителя буровых потоков содержит один из твердых (порошковых) реагентов следующих марок:

“ПРАЕСТОЛ 2530” - порошковый полиакриламидный реагент совместного производства ЗАО “Полиэкс” (г. Пермь) и компании “Штокхаузен Евразия. Техника и окружающая среда” (Германия) - понизитель водоотдачи и гидрофобизатор буровых растворов. (Спец. приложение к журналу “Нефть и капитал” - “Бурение”, №2, 2001, С.59-60).

“Клиар-Дрил 502” - порошковый полиакриламид, который обеспечивает контроль фильтрации жидкости в пресных и минерализованных буровых растворах и оптимизирует устойчивость (стабильность) разбуриваемых сланцев. (Проспект компании “Клиарвотер, ИНК.”, США “Химическое проектирование”, С.40. В России: г. Москва, ул. 1^я Тверская-Ямская, д.23, 8 этаж, оф.11, тел.721-1957).

“Смектекс” и “Кан Флок С” - порошковые полиакриламидные полимеры, применяемые для увеличения выхода бентонита и избирательного флокулирования низкодебитных твердых выбуренных частиц. Нефтепромысловые экологически безопасные реагенты производства фирмы “Кем-Трон”, США. (По данным “Композит-каталога нефтегазового оборудования и услуг”. - Выпуск 2, 1996-96, С.688-689. Издательство “Галф Паблишн Компани, Хьюстон, США).

“Барафлок” - порошковый полиакриламидный реагент, предназначенный для разглинизации буровых растворов. Продукт фирмы “Бэроид Дриллинг Флюидс”. (Проспект “Продукция фирмы “Бэроид” для ремонта и заканчивания скважин”, С.8. - Офис А/я 1675, г. Хьюстон, шт. Техас 77251).

В качестве лигносульфонатного компонента порошковый концентрат для вязкоупругого разделителя буровых потоков содержит:

Сухие технические немодифицированные лигносульфонаты (ТУ 13-0281038-034-97) производства ЗАО “Котласский ЦБК” (г. Коряжма Архангельской обл.) или один из видов твердых (порошкообразных) реагентов:

Кальциево-натриевый конденсированный лигносульфонат “Лигназ-1” (ТУ 17-06-311-94), реагент для снижения фильтрации и разжижения буровых растворов. Аналог КССБ-5. Производство НПП “Азимут” (г. Уфа).

ФХЛС-Б - синтетические высокомолекулярные реагенты ряда конденсированных лигносульфонатов (ТУ 2454-002-04698227-2000), регуляторы фильтрационных свойств и стабилизаторы буровых растворов. Производство НПП “Азимут” (г. Уфа).

Окзил - окисленный хромзамещенный лигносульфонатный реагент (ТУ-84-224-97). Производство НПО “Бурение” (г. Краснодар).

“Сперсен Си-ЭФ” - лигносульфонат, использующийся в качестве дефлокулянта во всех типах буровых растворов на водной основе, понизитель и стабилизатор фильтрации и вязкости. Продукция компании “Эм-Ай Дриллинг Флюидз Интернэшнл, Инк. (В России: 103064 г. Москва, Басманный тупик, 6, 5^й этаж, оф. 510. Тел/факс 785-1021).

“Q-броксин” - порошковый феррохромлигносульфонат, регулятор вязкости и фильтрации буровых растворов. Производство компании “Бэроид Дриллинг Флюидз” (А/я 1675, г. Хьюстон, шт. Техас, 77251).

“Борре-Син Ф” - комплекс лигносульфоната натрия с железом, модифицированный привитой сополимеризацией с акриловой кислотой, “Борресол-FCL” и “Борресол-FCR” феррохромлигносульфонатные реагенты, понизители вязкости и термостабилизаторы буровых растворов. Продукция фирмы “Боррегаард”. Финляндия, Тампере, 33101, а/я 572).

В качестве катализатора структурообразования, щелочного электролита, порошковый концентрат вязкоупругого разделителя буровых потоков содержит гидроксид или карбонат натрия, гидроксид или карбонат калия, калий-натрий карбонат.

Приготовление порошкового концентрата вязкоупругого разделителя буровых потоков заключается в смешивании компонентов в заявленных соотношениях масс.

Пример №1. Приготовление порошкового концентрата при соотношении компонентов: “Праестол” 3,85%, карбонат натрия 3,85%, реагент ФХЛС 76,92%, бихромат натрия 15,38%. Концентрат готовят в определенной последовательности: навеску реагента “Праестол” 5 г растирают с навеской карбоната натрия 5 г. Отдельно растирают реагент ФХЛС в количестве 100 г и бихромат натрия 20 г. Для протекания твердофазных реакций оставляют две двухкомпонентные смеси на 24 часа при комнатной температуре. По истечении этого периода смеси объединяют, тщательно в течение 25-30 мин перемешивают в агатовой ступке до дисперсности полного просеивания через сито №0.09 по ГОСТ 6613-86. Упаковывают и хранят, исключая попадание влаги.

Пример №2. Приготовление порошкового концентрата при соотношении компонентов: “Праестол” 7,14%; карбонат натрия 7,14%; сухие технические (немодифицированные) лигносульфонаты 71,44%; бихромат натрия 14,28%. Концентрат готовят в последовательности согласно примеру №1, используя навески компонентов: “Праестол” 10 г; карбонат натрия 10 г; сухие технические (немодифицированные) лигносульфонаты 100 г; бихромат натрия 20 г.

Все другие составы порошкового концентрата готовят по аналогичной технологии, используя различные альтернативные марки взаимозаменяемых компонентов.

Для составов, приготовленных с содержанием компонентов ниже или выше заявляемых значений, не решается задача, поставленная изобретением, в области оперативного получения вязкоупругого разделителя буровых потоков, повышения его прочности и термосолестойкости. Без применения щелочных электролитов-катализаторов структурообразование ВУР не происходит.

Сущность изобретения состоит в том, что состав порошкового концентрата для вязкоупругого разделителя буровых потоков имеет такой качественный и количественный набор ингредиентов, который обеспечивает ускоренную трехмерную сшивку его полимерной структуры. Отсутствие в научно-технической и патентной литературе сведений об этом механизме свидетельствует о соответствии предлагаемого технического решения критерию “изобретательский уровень”.

Для сопоставительного анализа готовились составы по прототипу и порошковые концентраты согласно заявляемой формуле, которые использовали для приготовления вязкоупругого разделителя буровых потоков и определения времени его структурообразования при 20, 50 и 70°С, прочностных свойств и термосолестойкости.

Исследования проводились на реовискозиметре RM-180 (производства фирмы “Чэндлер энд Чэндлер Ко.” (США). Время начала образования вязкоупругой структуры определяют по изменению вязкости и растекаемости системы водной суспензии порошкового концентрата.

Прочность образовавшегося вязкоупругого разделителя определяют по величине статического напряжения сдвига. Термосолестойкость определяют после термостатирования в автоклавном устройстве.

Результаты исследований приведены в таблице.

Предлагаемое изобретение является новым и соответствует критерию “новизна”, т.к. в заявляемом порошковом концентрате для вязкоупругого разделителя буровых потоков впервые реализован принцип получения по твердофазной реакции материала, способного развиваться в водном растворе в пространственный комплементарный комплекс полиакриламидных и хромлигносульфонатных полимерных молекул.

Полученный на основе предлагаемого порошкового концентрата вязкоупругий разделитель буровых потоков является химической композиционной системой, по своим структурно-реологическим свойствам при сдвиговой деформации способной к вытеснению и разобщению буровых и тампонажных растворов, изоляции потоков пластовых флюидов.

Анализ известных технических решений по данным научно-техническим публикаций и патентным материалам показал, что в науке и технике нет объекта, аналогичного по заявляемой совокупности признаков и преимуществ, что дополнительно подтверждает вывод о соответствии заявляемого решения критериям “новизна” и “изобретательский уровень”.

Промышленная применимость изобретения подтверждена промысловыми испытаниями порошкового концентрата для вязкоупругого разделителя буровых потоков в процессе крепления скважин. На буровой площадке вязкоупругий разделитель готовят, используя цементировочный агрегат для приготовления суспензии вязкоупругого разделителя буровых потоков, формирования его структуры и закачивания ВУР в скважину.

В емкость агрегата набирается требуемый объем воды и при постоянном перемешивании тонкой струей всыпают 10% (по массе) порошкового концентрата для приготовления вязкоупругого разделителя буровых потоков. Перемешивание осуществляют струей прокачиваемого раствора, которую перемещают с помощью гибкого шланга по периметру емкости цементировочного агрегата. В этой же емкости суспензия порошкового концентрата для приготовления вязкоупругого разделителя буровых потоков через стадии растворения и набухания переходит к структурированию и сшивке.

Недопустимо грубое механическое перемешивание, которое может разрушить полимерный комплекс. Струйное перемешивание можно осуществлять дискретно, с перерывами по 10-15 мин через 1 час. Прекращают перемешивание при появлении признаков сшивки структуры - резкому повышению вязкости.

Время выдержки растворившейся суспензии порошкового концентрата вязкоупругого разделителя после возрастания вязкости перед закачкой в скважину составляет 30-40 мин. В промысловых условиях можно определить, что завершение структурирования наступает, когда контрольная проба при переливании из сосуда в сосуд свешивается упругим “языком”.

Анализ результатов лабораторных и промысловых исследований показал, что предлагаемое техническое решение позволяет реально в 7-10 раз (в сравнении с прототипом) снизить затраты времени использования технологического оборудования на приготовление вязкоупругих разделителей буровых потоков и, как следствие, снизить затраты рабочего времени персонала, расход горюче-смазочных материалов.

В плане технологической эффективности новый вязкоупругий разделитель, полученный на основе предлагаемого порошкового концентрата, обладает структурной прочностью в 1,7-2,2 раза выше, чем у известного, более высокой термостойкостью и устойчивостью к солям-компонентам пластовых флюидов.

Более высокие показатели прочности и термосолестойкости нового вязкоупругого разделителя, обусловленные предлагаемым техническим решением, позволят вязкоупругому составу выдержать большие перепады давления и воздействие агрессивных сред, увеличить продолжительность эффекта изоляции скважин. Как следствие этого, повышается качество разобщения буровых и тампонажных растворов, степень очистки ствола скважины перед специальными исследованиями и герметичность крепления.

Следует отметить, что в результате применения заявляемого порошкового концентрата для вязкоупругого разделителя буровых потоков расширяется номенклатура таких реагентов.

Ходатайствуем о присвоении заявляемому порошковому концентрату для вязкоупругого разделителя буровых потоков названия “Кемфор-Компаунд”.

Источники информации

1. С.В.Логвиненко, И.М.Фельдман, О.П.Кольцов, Д.А.Лоскутов, А.Н.Закхеев “Бурение”, 1978, № 12, с.23-25 (аналог).

2. SU, авторское свидетельство № 630401, М.кл.⁶ Е 21 В 33/138, 1976 (аналог).

3. Н.А.Мариампольский, Н.Б.Савенок, О.Н.Савенок “Комбинированное использование вязкоупругого состава и полимерцемента для ликвидации водопритока в эксплуатационной скважине. “Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море”. М., 1996, № 4, с.22-24 (аналог).

4. RU, патент № 2132446, кл. Е 21 В 33/138, С 09 К 7/02, 1999 (прототип).

ТаблицаСоставы для приготовления ВУРВязкость исходного раствора, мПа·сВремя технологической готовности (гелеобразования) ВУР перед закачкой в скважину час-мин, при температуре,°СПрочность сформировавшейся структуры ВУР (СНС, Па)Термостойкость вязкоупругого разделителя: остаточная прочность после прогрева при 150°С в течение 2 час в средах, СНС, ПаЗатраты времени при промысловом приготовлении ВУР на один полный технологический цикл, агрегат. час Способность ВУР к восстановлению сплошности после разрывов  205070 водаНасыщенный раствор смесь хлоридов натрия, кальция и магния  12345678910по примеру 122,31-501-000-255506806901-30трех-четырехкратнаяпо примеру 225,02-151-100-407008008202-00дву-трехкратнаяпо прототипу* [4]17,01-500-250-1532034029014-00двукратная* Примечание: приведены показатели для 20%-ного раствора исходных компонентов; 10%-ный раствор по прототипу не структурируется

Изобретение относится к нефтегазодобывающей отрасли и предназначено для вытеснения и разделения буровых растворов на водной или нефтяной основе от тампонажных растворов при цементировании нефтяных, газовых, газоконденсатных и геологоразведочных скважин, для очистки ствола скважины перед геофизическими исследованиями и для изоляционных работ в скважинах. Технический результат - повышение оперативности, успешности и качества цементирования скважин, изоляционных работ и подготовки ствола скважины к геофизическим исследованиям; достижение высокой эффективности использования бурового и промыслового оборудования; уменьшение материальных и трудовых затрат на стадии заканчивания скважины; повышение промышленной и экологической безопасности. Порошковый концентрат для вязкоупругого разделителя буровых потоков содержит, мас.%: вещество полиакриламидной природы 3,85-7,14, катализатор структурообразования - щелочной электролит 3,85-7,14, бихромат натрия или калия 14,28-15,38, лигоносульфонатный компонент остальное. В качестве вещества полиакриламидной природы концентрат содержит один из твердых порошковых реагентов марок “ПРАЕСТОЛ 2530”, “Клиар-Дрил 502”, “Смектекс”, “Кан-Флок С”, “Барафлок”, в качестве лигносульфонатного компонента - сухие технические немодифицированные лигносульфонаты или один из твердых порошковых реагентов марок: “Лигназ-1”, КССБ-5, ФХЛС, ФХЛС-Б, окзил, “Сперсен Си-Эф”, “Q-броксин”, “Борре-Син F”, “Борресол-FCL”, “Борресол-FCR”, в качестве щелочного электролита - гидроксид или карбонат натрия, гидроксид или карбонат калия, калий-натрий карбонат. 3 з.п. ф-лы, 1 табл.

1. Порошковый концентрат для вязкоупругого разделителя буровых потоков, содержащий вещество полиакриламидной природы, лигносульфонатный компонент, бихромат натрия или калия, отличающийся тем, что он дополнительно содержит катализатор структурообразования - щелочной электролит при следующем содержании исходных компонентов, мас. %:

Вещество полиакриламидной природы 3,85-7,14

Катализатор структурообразования - щелочной

электролит 3,85-7,14

Бихромат натрия или калия 14,28-15,38

Лигносульфонатный компонент Остальное