БУФЕРНАЯ ЖИДКОСТЬ Российский патент 2022 года по МПК C09K8/40 

Изобретение относится к области цементирования обсадных колонн в газовых, газоконденсатных и нефтяных скважинах, а именно к буферным жидкостям для очистки протяженных участков стволов в горизонтальных и наклонно-направленных скважинах, или в интервалах аномально низких пластовых давлений (далее - АНПД).

Известна эрозионная буферная жидкость для цементирования скважин, приготавливаемая путем добавления в воду до 400 кг кварцевого песка на 1 м³, стабилизация достигается добавкой в нее КМЦ и цемента [Булатов А.И., Аветисов А.Г. Справочник инженера по бурению. В 2-х томах. Том 1. - М.: Недра, 1985. - 414 с.].

Недостатками известной буферной жидкости являются: отсутствие химически активного компонента для удаления корки бурового раствора, контактирование цемента с полимер-глинистым буровым раствором может привести к осложнениям - формированию непрокачиваемых пачек и росту гидравлических сопротивлений.

Известен состав для приготовления моющей буферной жидкости, содержащий, мас. %: триполифосфат натрия 79,4-89,3, кальцинированную соду 10,0-20,0, нитрилотриметилфосфоновую кислоту - НТФ 0,5-0,8 [RU 2411277 С1, МПК С09К 8/40, опубл. 10.02.2011].

Недостатками известного состава являются: очень низкая эффективная вязкость, низкая вытесняющая способность, высокая водоотдача.

Наиболее близкой по составу является буферная жидкость, предназначенная для использования при цементировании обсадных колонн, содержащая, мас. %: ПТЦI-50 - 30-45, ТПФН - 0,1-1,0, сульфацелл - 0,2-0,3, неонол - 0,05-0,1, АСМ - 5-10, вода - 43,6-64,65 [RU 2268350 С1, МПК Е21В 33/138, опубл. 20.01.2006].

Недостатками известной смеси являются: высокая плотность, не позволяющая применять данную буферную жидкость в условиях АНПД, наличие цемента при контактировании с буровым раствором может привести к осложнениям - формированию непрокачиваемых пачек и повышении рисков поглощений.

Указанные недостатки не позволяют обеспечить высокое качество цементирования протяженных участков стволов в горизонтальных и наклонно-направленных скважинах, или в интервалах АНПД.

Техническая проблема, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, заключается в снижении вероятности осложнений при проведении цементирования обсадных колонн, в том числе предотвращении гидравлического разрыва пластов с АНПД, повышении качества цементирования за счет более полного вытеснения бурового раствора из интервала цементирования, а также из каверн, зон с малым зазором кольцевого пространства, надежном разделении бурового и тампонажного растворов, предотвращении их смешивания, обеспечении их совместимости.

Техническим результатом является создание облегченной структурированной, стабилизированной буферной жидкости с низкой водоотдачей, обеспечивающей высокую выносную способность, индифферентной по отношению к буровому и тампонажным растворам.

Указанный технический результат достигается тем, что буферная жидкость содержит натрия триполифосфат ТПФН, микросферы и воду, новым является то, что содержит микросферы марки Гранулайт-2500 или марки Гранулайт-3500 и дополнительно кварц молотый пылевидный марки «Б» и реагент-стабилизатор - синтетический полисахарид марки EasyStab или гелеобразователь марки ASA-100 при следующем соотношении компонентов, мас.%:

кварц молотый пылевидный марки «Б» 11,76-22,86

указанные микросферы 0,98-12,86

ТПФН 0,495-1,497

указанный реагент-стабилизатор 0,098-0,495

вода 63,73-86,48

Достижение указанного технического результата обеспечивается за счет определенного сочетания компонентов (количественного и качественного) в заявляемой буферной жидкости и совокупности получаемых технологических и реологических характеристик.

Соотношение компонентов буферной жидкости подобрано таким образом, чтобы получить облегченную буферную жидкость с плотностью (1,10±0,02) г/см³. Низкая плотность буферной жидкости обеспечивается за счет микросфер (плотность 0,80 г/см³) и воды.

Высокое объемное содержание твердой фазы (кварц молотый пылевидный марки «Б», микросферы) позволяет получить структурированную буферную жидкость, а добавка реагента-стабилизатора стабилизирует, предотвращает расслоение буферной жидкости и снижает водоотдачу.

Высокая вытесняющая способность буферной жидкости достигается высокими значениями динамического напряжения сдвига (далее - ДНС) и низкой пластической вязкостью.

ТПФН ослабляет структуру вытесняемых бурового раствора и корки, уменьшает межфазное натяжение и смачивает поверхности обсадной колонны и породы, в результате слой бурового раствора дестабилизируется и разрушается. Дополнительное разрушающее воздействие на корку бурового раствора оказывает абразивность микросфер и кварца молотого пылевидного марки «Б».

В составе буферной жидкости отсутствуют компоненты, способные приводить к коагуляции и загущению контактных зон с буровым и тампонажным растворами.

Для приготовления буферных жидкостей используют следующие компоненты:

- кварц молотый пылевидный марки «Б» по ГОСТ 9077-82;

- микросферы марки Гранулайт-2500, или микросферы марки Гранулайт-3500 по ТУ 5712-010-80338612-2008;

- ТПФН по ГОСТ 13493-86;

- реагент-стабилизатор EasyStab по ТУ 2458-029-33217677-2017, или реагент-стабилизатор ASA-100 по ТУ 2458-157-68836796-2015.

Буферную жидкость в лабораторных условиях готовят следующим образом.

Вначале смешивают в заданных соотношениях кварц молотый пылевидный марки «Б», микросферы, ТПФН, реагент-стабилизатор и смесь перемешивают до гомогенного состояния.

Приготовление буферной жидкости осуществляют посредством перемешивания смеси и воды на смесителе лопастном СЛ-1 со скоростью вращения лопастного устройства (1500±100) об/мин при времени перемешивания (180±5) с, последующем оставлении в покое в течение (300±5) с и повторном перемешивании в течение (180±5) с.

Для определения технологических свойств буферных жидкостей использованы следующие приборы:

- вискозиметр ВБР-1 - условная вязкость,

- ареометр АБР-1 - плотность;

- ВМ-6 - водоотдача,

- ЦС-2 - стабильность,

- вискозиметр Chan 35 модель 3500 LS фирмы «Chandler Engineering» - реологические свойства (пластическая вязкость, ДНС, выносная способность, показатель нелинейности).

Пластическую вязкость, ДНС, показатель нелинейности определяют расчетным путем на основе значений напряжения сдвига, полученных при измерениях на определенных скоростях сдвига.

Выносную способность буферной жидкости определяют коэффициентом очистки ствола (отношение ДНС к пластической вязкости).

Результаты исследований приведены в таблице.

Пример. Для приготовления буферной жидкости (таблица, состав 1) взяли 186,7 г кварца молотого пылевидного марки «Б», 46,7 г микросфер Гранулайт-2500, 4,9 г реагента-стабилизатора Easy Stab, 14,7 г ТПФН, смешали до гомогенного состояния и перемешали с 747,0 г воды в смесителе лопастном СЛ-1 со скоростью вращения лопастного устройства (1500±100) об/мин при времени перемешивания (180±5) с, последующем оставлении в покое в течение (300±5) с и повторном перемешивании в течение (180±5) с.

Технологические свойства определили сразу после приготовления буферной жидкости. Приготовленная буферная жидкость характеризуется: низкой плотностью - 1,12 г/см³; высокой стабильностью - разность верхней и нижней частей буферной жидкости после 2 ч покоя составляет 0,00 г/см³; низкой водоотдачей - 8,5 см³/30 мин; высоким значением ДНС - 321,93 дПа при низкой пластической вязкой - 12 мПа⋅с; высокой выносной способностью - 26,83; низким показателем нелинейности - 0,2141.

Примеры приготовления и испытания остальных составов, приведенных в таблице, аналогичны вышеописанному.

Из данных таблицы следует, что заявляемая буферная жидкость при указанных соотношениях компонентов позволяет приготавливать буферную жидкость плотностью (1,10±0,02) г/см³, структурированную, стабилизированную, с низкой водоотдачей, высокой выносной способностью. Сочетание полученных характеристик позволяет обеспечить высокую степень очистки ствола скважины от бурового раствора.

Благодаря указанным свойствам буферная жидкость позволяет снизить вероятность осложнений при цементировании обсадных колонн, в том числе предотвратить гидравлический разрыв пластов с АНПД, повысить качество цементирования за счет более полного вытеснения бурового раствора, а также из каверн, зон с малым зазором кольцевого пространства.

Также в составе буферной жидкости отсутствуют компоненты, способные приводить к коагуляции и загущению контактных зон с буровым и тампонажным растворами.

Изобретение относится к области цементирования обсадных колонн в газовых, газоконденсатных и нефтяных скважинах, а именно к буферным жидкостям для очистки протяженных участков стволов в горизонтальных и наклонно-направленных скважинах, или в интервалах аномально низких пластовых давлений. Технический результат - создание облегченной структурированной, стабилизированной буферной жидкости с низкой водоотдачей, обеспечивающей высокую выносную способность, индифферентной по отношению к буровому и тампонажным растворам. Буферная жидкость содержит, мас.%: кварц молотый пылевидный марки «Б» 11,76-22,86; микросферы марки Гранулайт-2500 или марки Гранулайт-3500 0,98-12,86; триполифосфат 0,495-1,497; реагент-стабилизатор - синтетический полисахарид марки EasyStab или гелеобразователь марки ASA-100 0,098-0,495; воду 63,73-86,48. 1 табл.

Буферная жидкость, содержащая натрия триполифосфат ТПФН, микросферы и воду, отличающаяся тем, что содержит микросферы марки Гранулайт-2500 или марки Гранулайт-3500 и дополнительно кварц молотый пылевидный марки «Б» и реагент-стабилизатор - синтетический полисахарид марки EasyStab или гелеобразователь марки ASA-100 при следующем соотношении компонентов, мас.%:

кварц молотый пылевидный марки «Б» 11,76-22,86 указанные микросферы 0,98-12,86 ТПФН 0,495-1,497 указанный реагент-стабилизатор 0,098-0,495 вода 63,73-86,48