Реагент для нейтрализации цемента в поликатионных буровых растворах Российский патент 2023 года по МПК C09K8/35 

Изобретение относится к реагентам для обработки поликатионного бурового раствора с целью нейтрализации цемента, попавшего в раствор при разбурке цементных стаканов и мостов, при цементировании скважин и т.д.

Известны различные реагенты для нейтрализации цемента лимонная кислота, бикарбонат натрия и др., основанные на осаждении катионов кальция (Рязанов Я.А. Энциклопедия по буровым растворам. - Оренбург: Летопись, 2005. - 664 с).

Известны полиэлектролиты - синтетические высокомолекулярные катионные водорастворимые сополимеры, как линейно-циклической структуры - Силфок-2540, так и разветвленного строения Силфок-2540С (изменение ТУ 2227-001-92802291-2013 от 21.06.2016),

используемые для обработки буровых растворов, используемых при строительстве скважин в сложных геолого-технических условиях в нефте-газодобывающей промышленности. Используемый в качестве ингибитора глин, понизителя фильтрации и регулятора вязкости сополимер Силфок-2540С устойчив при температуре до 2500°С к полисолевой, сероводородной, углекислотной агрессиям и по стабилизирующей способности значительно превосходит полиДАДМАХи. Он более эффективно ингибирует набухание глин и повышает крепящие свойства буровых растворов. Поликатионные системы с сополимером Силфок-2540С относятся к буровым растворам многоразового использования. Данные поликатионные системы не подвержены ферментативному разложению, рН среды раствора не регламентируется. Использование поликатионных систем для вскрытия терригенных продуктивных пластов позволяет значительно увеличить восстановление проницаемости коллекторов в сравнении с традиционными биополимерными и крахмальными растворами.

Наиболее близким техническим решением для заявленного изобретения является буровой раствор, включающий воду, катионный полимер, и для достижения дополнительного технического результата для контроля рН при разбурке цементного стакана производится обработка бурового раствора лимонной или уксусной кислотой (Патент RU 2655311 С1, МПК ⁸С09K 8/24 (2006.01), опубл.: 25.05.2018, бюл. №15).

Недостатком известных реагентов является связывание и осаждение катионов кальция при нейтрализации цемента, что не желательно в поликатионных буровых растворах. В отличие от других известных буровых растворов с водной дисперсионной средой в поликатионных буровых растворах катионы кальция участвуют в повышении ингибирующих свойств раствора без ухудшения технологических показателей. То есть в поликатионных буровых растворах для нейтрализации цемента целесообразнее использовать реагенты-нейтрализаторы без осаждения катионов кальция, что позволит повысить ингибирующую способность по отношению к глинистым породам.

Техническим результатом, на достижение которого направлено данное изобретение является устранение указанных недостатков для поликатионных буровых растворов, а именно нейтрализация цемента без осаждения катионов кальция при одновременном улучшении показателя фильтрации и тиксотропии.

Данный технический результат достигается за счет того, что в качестве нейтрализатора цемента поликатионных буровых растворов используют реагент с торговым названием Силфок-2540СЦ, содержащий уксусную кислоту, нейтрализующую цемент без осаждения катионов кальция, катионнный сополимер Силфок-2540С и воду при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Катионный сополимер Силфок-2540С 10-13 Уксусная кислота 30-45 Вода Остальное

Количество вводимого реагента-нейтрализатора на основе Силфок-2540С с торговым названием Силфок-2540СЦ зависит от содержания цемента в составе бурового раствора. Но в любом случае, ввод реагента-нейтрализатора Силфок-2540СЦ осуществляется до рН 6,5-7,5, замеренный портативным рН-метром, что соответствует 2,4-2,5 кг/м³ на 1,0 кг/м³ свежего цемента, или на 3,5 кг/м³ схватившегося цемента. В качестве органических кислот используются реагенты, основанные на нейтрализации цемента без осаждения катионов кальция, например, уксусная кислота. Попадание свежего цемента в раствор происходит при закачке цементного раствора при креплении и установке цементных мостов, а схватившегося цемента при разбурке цементных стаканов и мостов после ожидания затвердевания цемента (ОЗЦ). Практические результаты показывают, что ориентировочно попадание свежего и схватившегося цементов в раствор при соблюдении технологии соответственно составляет до 0,3-0,5 мас. % (3-5 кг/м³) и 1,5-2,5 мас.%(15-25 кг/м³).

Реагент-нейтрализатор Силфок-2540СЦ смешивается с водой при любых пропорциях. Данный реагент-нейтрализатор Силфок-2540СЦ ранее не применялся в нефтегазовой отрасли.

Необходимость разбуривания цемента возникает при бурении всех скважин на нефть и газ. Цемент - это сложный силикат извести. При растворении цемента в воде или водной фазе бурового раствора образуется большое количество гидроксил-ионов, приводящих к повышению рН среды до 12 и выше:

Приведенная выше реакция обратима, она выражает равновесие между концентрацией извести (цемента) и уровнем рН бурового раствора. Растворимость извести снижается с ростом рН и температуры бурового раствора.

Основной признак загрязнения бурового раствора цементом - это значительный рост рН и избыточная концентрация извести. Сначала, загрязнение цементом проявляется в повышении структурно-реологических свойств раствора и нерегулируемом показателе фильтрации, затем, наблюдается сильное гелирование рабочей жидкости при воздействии высоких температур. При обработке загрязненного цементом бурового раствора следует проявлять аккуратность, так как поведение раствора при нормальных условиях на поверхности, могут не отражать фактическое поведение раствора на забое скважины, особенно если забойная температура превышает 130°С. Гелирование бурового раствора, загрязненного цементом при воздействии высоких температур, может стать причиной таких осложнений, как поглощения и нефтегазоводопроявления (из-за эффектов поршневания, свабирования и при пуске насосов), недохода геофизических приборов, что недопустимо при строительстве скважин на нефть и газ.

Гелирование (или высокая тиксотропия) раствора - это прогрессирующий рост статического напряжения сдвига во времени.

Реагент-нейтрализатор Силфок-2540СЦ прошел опытно-промысловые испытания при строительстве скважин на Астраханском ГКМ в качестве нейтрализатора цемента. В настоящее время реагент Силфок-2540СЦ включен в проекты на строительство скважин в качестве нейтрализатора цемента при использовании модификаций Катбурр.

При проходке интервалов глинистых пород с температурой до 80-90°С обработка реагентом-нейтрализатором Силфок-2540СЦ поликатионных буровых растворов при допустимом плановом попадании цемента производится с меньшим количеством, или не производится вообще, так как нейтрализация цемента происходит за счет катионно-обменных процессов с глинистыми породами.

Следовательно, обработка поликатионных буровых растворов особенно актуальна в условиях строительства скважин при воздействии высоких температур более 90°С и применения утяжеленных растворов с высоким содержанием твердой фазы.

В отличие от других нейтрализаторов при применении Силфок-2540СЦ увеличивается концентрация катионов кальция, снижается показатель фильтрации и гелирование раствора.

Оценка гелирования бурового раствора производилась при воздействии температуры 50°С и 80°С по изменению статического напряжения сдвига (СНС, Па) за 1, 10 и 120 мин при 50°С (СНС₅₀) и 80°С (СНС₈₀) (таблица 1), а также при воздействии температуры 110°С в течение 2 суток по состоянию раствора после вскрытия ячейки термостарения таблица 3).

Также производились замеры плотности (ρ, кг/м³) и показателя фильтрации (ПФ, см³) при комнатной и забойной температуре 105°С.

В таблице 1 приведены промысловые результаты использования реагента-нейтрализатора Силфок-2540СЦ при строительстве скважин №№4450 и 915 Астраханского ГКМ.

При попадании цемента в раствор и его нейтрализации реагентом Силфок-2540СЦ контроль за рН раствора производят по показаниям портативного рН-метра. Контроль рН фильтрата бурового раствора индикаторной бумагой, во время ввода реагента Силфок-2540СЦ, может привести к ошибкам.

Из таблицы 1 видно, что минимальное количество реагента-нейтрализатора Силфок-2540СЦ для нейтрализации цемента выбирается с учетом снижения рН бурового раствора до 6,5-7,5 по показаниям портативного рН-метра (п.п.1.2, 1.3, 2.2, 2.3, 3.2, 3.3).

Если количество реагента Силфок-2540СЦ для нейтрализации цемента недостаточно, то наблюдается увеличение показателя фильтрации, особенно в забойных условиях и прогрессирующее гелирование по СНС (таблица 1, п.п. 1.1,2.1,3.1).

В таблице 2 показано влияние состава реагента-нейтрализатора Силфок-2540СЦ, а именно содержание катионного сополимера Силфок-2540С и уксусной кислоты на показатели бурового раствора.

При уменьшении концентрации Силфок-2540С менее 10 мас.% и уксусной кислоты менее 30 мас.% эффективность обработки падает, а именно показатель фильтрации и гелирование раствора имеют неприемлемые значения (таблица 2, п.п. 2, 6), а их увеличение соответственно более 13 мас.% и 45 мас.% приводит к перерасходу без улучшения показателей раствора (таблица 2, п. 4), к тому же возможно газирование раствора (п.8).

Таблица 3 подтверждает, что при недостаточном количестве реагента Силфок-2540СЦ для нейтрализации цемента происходит прогрессирующее гелирование и раствор не выливается после термостарения с ячеек (таблица 3, п.п. 2, 7).

Максимальное количество реагента Силфок-2540СЦ также определяется диапазоном рН бурового раствора, который не должен быть ниже 6,5, в противном случае это приведет к росту скорости коррозионных процессов и газированию раствора за счет кислотного растворения карбонатов кальция (таблица 1, п.п. 1.4, 2.4. 3.4).

Количество вводимого нейтрализатора Силфок-2540СЦ определяется в каждом конкретном случае путем лабораторных испытаний и контроля рН бурового раствора портативным рН-метром.

Далее производят химическую обработку поликатионного бурового раствора следующим образом: в циркулирующий рабочий раствор за два-три цикла вводят расчетное количество реагента Силфок-2540СЦ.

Изобретение относится к реагентам для обработки поликатионного бурового раствора с целью нейтрализации цемента, попавшего в раствор, например, при разбурке цементных стаканов и мостов, при цементировании скважин. Технический результат - нейтрализация цемента без осаждения катионов кальция при одновременном улучшении показателя фильтрации и тиксотропии. Реагент для нейтрализации цемента в поликатионных буровых растворах содержит, мас.%: катионный сополимер Силфок-2540С 10-13; уксусную кислоту 30-45; воду - остальное. 3 табл.

Реагент для нейтрализации цемента в поликатионных буровых растворах, содержащий уксусную кислоту, нейтрализующую цемент без осаждения катионов кальция, отличающийся тем, что дополнительно содержит катионный сополимер Силфок-2540С и воду при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Катионный сополимер Силфок-2540С 10-13 Уксусная кислота 30-45 Вода Остальное