Состав для предотвращения проявлений высокоминерализованных флюидов в скважине Российский патент 2023 года по МПК C09K8/467 

Изобретение относится к нефтегазодобывающей отрасли, в частности к рабочим жидкостям, предназначенным для ограничения притока рапы при строительстве нефтяных и газовых скважин в условиях полиминеральной агрессии и аномально высоких пластовых давлений (АВПД).

Известен кремнийорганический состав для изоляции водопритоков в скважину (патент РФ №2495074, опубл. 10.10.2013), содержащий жидкое стекло, соли титана: триэтаноламинтитанат - ТЭАТ-1 и растворитель - техническую воду при следующем соотношении ингредиентов, мас. %:

Жидкое стекло 30-37 ТЭАТ-1 4-8 Техническая вода остальное

Механизм действия состава основан на фазовом переходе золя в гель, в результате чего образуется каркасная трехмерная сетка, при этом обеспечивается образование изоляционного экрана.

Недостатком состава является низкая вязкость и высокая скорость реакции отверждения, что приводит к образованию корки на границе скважина-порода и не позволяет закрепить ствол скважины по причине ограниченного проникновения состава в пласт, что ограничивает его применение в процессе строительства скважин в условиях АВПД.

Известен состав для изоляции пластовых вод (патент РФ №2213214, опубл. 27.09.2003), включающий силикат щелочного металла, соль щелочноземельного металла, соль щелочного металла и воду, дополнительно содержащий кремнийорганическое соединение полиметилсилоксан при следующем соотношении компонентов, мас. %:

Силикат щелочного металла 0,3-4,0 Соль щелочноземельного металла 0,01-0,08 Соль щелочного металла 0,2-0,4 Указанный полиметилсилоксан 0,2-0,6 Вода Остальное

Механизм образования состава основан на основе химической реакции между силикатом натрия и продуктом гидролиза полиметилсилоксана в щелочной среде, в результате чего образуется нерастворимый состав для изоляции пластовых вод.

Недостатком данного водоизолирующего состава является его низкая сдвиговая прочность в условиях высокой минерализации по солям Са²⁺, Mg²⁺, что вызвано отсутствием в составе неионогенных полимеров в качестве структурообразующего компонента и невозможностью равномерного распределения блокирующего состава в рапаносный пласт.

Известен состав для изоляции водопритока в нефтяных скважинах (патент РФ №2490295, опубл. 20.08.2013), состоящий из кремнийорганического соединения, полярного растворителя, катализатора, наполнителя при следующем соотношении ингредиентов, масс. ч:

Кремний органическое соединение 100-150 Полярный растворитель 10-20 Катализатор (водный раствор соляной кислоты) 5-20 Наполнитель (водная дисперсия КМЦ или ПВА) 100-150

Принцип действия предлагаемого состава заключается в реакции гидролиза производных замещенных эфиров ортокремниевой кислоты в присутствии кислоты с получением кремниевых полимеров.

Недостатком рассматриваемого изолирующего состава является наличие в качестве носителя анионоактивной карбоксиметилцеллюлозы, которая из-за присутствия в составе карбоксилатных групп в условиях полиминеральной агрессии не может выступать загустителем, что снижает сдвиговую прочность состава.

Известен гелеобразующий состав для ограничения водопритока (патент РФ №2706149, опубл. 14.11.2019), включающий дисперсию в воде полиакриламида и гуара, комплексный сшиватель, состоящий из ацетата хрома и оксида магния в следующем компонентном соотношении, масс. %:

Полиакриламид 0,2-0,49 Гуар 0,51-0,8 Ацетат хрома 0,02-0,039 Оксид магния 0,0167-0,0199 Техническая вода Остальное

Принцип действия заключается в том, что гелеобразующий состав проникает в проницаемую часть призабойной зоны скважины на небольшое расстояние и структурируется за счет межмолекулярной реакции комплесообразования, в которой сшиваемыми макромолекулами служат поакриламид и гуаровая смола, а кросс-агентом - ацетат хрома.

К недостатку данного состава относится его низкая устойчивость в условиях высокой минерализации рапы и АВПД. Полимеры на основе полиакриламидов в минерализованной среде не растворяются, не смотря на то, что относятся к солестойким материалам.

Известен состав для изоляции водопритока в скважине (патент РФ №2569125, опубл. 20.11.2015), принятый за прототип, который включает в себя силикат натрия, метилсиликонат натрия, полимер акриламида с акрилатом натрия и гелеобразователь, в качестве которого может выступать 10-20%-ный водный раствор кальция хлористого технического, хлорид полиалюминия или минерализованная вода плотностью 1150-200 кг/м³, а также наполнитель - древесную муку при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:

Водный раствор силиката натрия 100 Метилсиликонат натрия 10-50 Г е л еобразовател ь 10-50 Акриламид с акрилатом натрия 0,05-0,5 Древесная мука 1-5

Механизм действия состава основан химической реакции между силикатом натрия и 10-20% раствором хлористого кальция технического, в результате которой образуются нерастворимые соли метасиликата натрия.

Недостатком состава является его низкая сдвиговая прочность при высокой минерализации в условиях солей Са²⁺, Mg²⁺ по причине того, что полимеры по типу акриламид с акрилатом растворяются в пресной воде, а затем в пресные растворы добавляются неорганические соли. В пресной воде первоначально макромолекула полимера находится в развернутом состоянии, на которое тратится большая энергия растворения, после чего засоление водного раствора снижает реологические характеристики раствора.

Техническим результатом является создание состава с повышенной проникающей способностью в рапаносный горизонт.

Состав для предотвращения проявлений высокоминерализованных флюидов в скважине, включающий силикат натрия с силикатным модулем 2,1 и плотностью 1,34 г/см³ и дополнительно высоковязкую гидроксиэтилцеллюлозу и воду техническую при следующем соотношении компонентов, мас. %:

указанный силикат натрия 25-27; высоковязкая гидроксиэтилцеллюлоза 2; вода техническая остальное.

Заявляемый состав сшивателя для ликвидации проявлений высокоминерализованных флюидов при бурении скважин включает в себя следующие реагенты и товарные продукты, их содержащие:

- силикат натрия от 25 до 27%, выпускаемый по ГОСТ 13079-2021;

- высоковязкая гидроксиэтилцеллюлоза 2%, соответствующая стандартам ГОСТ Р 56946-2016;

- вода техническая по ГОСТ 23732-79.

Силикат натрия - белое мелкокристаллическое вещество без видимых включений, представляющее собой жидкое стекло в виде порошка со следующими физико-химическими параметрами: силикатный модуль от 1,8 до 3,4. Растворяется в воде в пропорциях 1:1.

Высоковязкая гидроксиэтилцеллюлоза - это простой эфир целлюлозы, содержащий неионогенные гидроксиэтильные группы. Представляет собой волокнистую массу, порошок или гранулы белого, бледно-желтого или сероватого цвета. Растворимость в воде - не менее 98%. Устойчив к полиминеральным агрессивным средам. Сохраняет стабильность при температуре до 120°С в широком диапазоне изменений показателя среды. Используется в качестве реагента для ограничения водопритоков, а также как реагент для снижения фильтрации и регулирования реологических свойств буровых промывочных жидкостей и тампонажных цементных смесей.

Техническая вода служит основой, дисперсионной средой для приготовления состава характеризуется такими показателями качества как жесткость и степень минерализации.

Для разработки состава были проанализированы пробы рапы, анализ показал высокое содержание хлоридов кальция. В основе механизма затвердевания лежит реакция взаимодействия между силикатом натрия и солями кальция с получением нерастворимого осадка. В результате образуется блокирующий, непроницаемый экран, позволяющий отделить проявляющий пласт от скважины и обеспечить предотвращение поступления высокоминерализированной пластовой воды.

Для замедления времени реакции и предотвращения образования нерастворимых силикатов кальция, магния на границе породы и скважины, и для образования по глубине изоляционного канала в состав входит высоковязкая гидроксиэтилцеллюлоза в концентрации 2%, которая совмещается с рапой за счет более гибкой макромолекулы и неионогенного характера функциональных групп в гидроксиэтилцеллюлозе.

Состав сшивателя закачивают в скважину, продавливают до интервала установки в скважине расчетного объема изоляционного раствора. В качестве воды может быть использована техническая вода.

Состав поясняется следующими примерами.

Пример 1. 75 г силиката натрия смешивают с 223,5 г технической воды плотностью 1,00 г/см³ для получения раствора жидкого стекла, затем медленно при перемешивании в течение 45-60 минут добавляют 1,5 г высоковязкой гидроксиэтилцеллюлозы, далее проводят измерение реологических свойств для состава 1 (табл. 1).

Пример 2. 75 г силиката натрия смешивают с 222 г технической воды плотностью 1,00 г/см³ для получения раствора жидкого стекла, затем медленно при перемешивании в течение 45-60 минут добавляют 3 г высоковязкой гидроксиэтилцеллюлозы, далее проводят измерение реологических свойств для состава 2 (табл. 1).

Пример 3. 75 г силиката натрия смешивают с 219 г технической воды плотностью 1,00 г/см³ для получения раствора жидкого стекла, затем медленно при перемешивании в течение 45-60 минут добавляют 6 г высоковязкой гидроксиэтилцеллюлозы, далее проводят измерение реологических свойств для состава 3 (табл. 1).

Далее были проведены исследования состава сшивателя на фильтрационные свойства через насыпную модель солевого керна насыщенного рапой и влияние концентрации полимера на раствор жидкого стекла. Для придания более ровного фронта распределения жидкого стекла через насыпную модель раствор жидкого стекла обработали высоковязкой гидроксиэтилцеллюлозой в концентрациях от 0,5 до 2%. В качестве основного компонента для связывания высокоминерализованного пластового флюида в предлагаемом составе используется технический раствор силиката натрия с силикатным модулем 2,1.

С целью максимального приближения к геологическим условиям, определение отверждающей способности было осуществлено через насыпную модель измельченного солевого керна отобранного с месторождения на динамическом фильтр-прессе высокой температуры и давления. В ячейку фильтр-пресса засыпают 250 см³ разнофракционной крошки галита и уплотняют прессом. На уплотненный слой соли кладут предварительно сделанный по внутреннему диаметру перфорированный диск из нержавеющей стали. В ячейку заливают 250 мл отфильтрованной рапы и установливают ячейку в динамический фильтр-пресс высокого давления и температуры. После отфильтровывания рапы при перепаде давления 1 атм. в ячейке остается солевой слой, насыщенный рапой.

Сшивание рапы в фильтр-прессе осуществляется в следующей последовательности. В подготовленную ячейку, заполненную слоем галита поверх разделительного диска, заливают состав отвердителя. Помещают ячейку в камеру и под давлением 35 атм. прокачивают состав через солевой слой до полного прекращения вытекания жидкости с противоположного края или до установления постоянной фильтрации в течение 150 минут (табл. 2).

Применение только силиката натрия с силикатным модулем 2,1 быстро схватывает и отверждает солевой образец, что снижает его блокирующую способность при взаимодействии с минерализованными водами. Для придания более ровного фронта распределения жидкого стекла через насыпную модель в раствор жидкого стекла дополнительно вводят полимер высоковязкой гидроксиэтилцеллюлозы, при этом самый прочный образец образуется при введении до 2% полимера. Оптимальная концентрация загустителя в количестве 2% высоковязкой гидроксиэтилцеллюлозы подтверждена с помощью исследования реологических свойств, фильтрационных характеристик и оценки времени отверждения состава состав сшивателя для ликвидации проявлений высокоминерализованных флюидов при бурении скважин.

Изобретение относится к нефтегазодобывающей отрасли и может быть использовано для ограничения притока рапы при бурении нефтяных и газовых скважин в условиях полиминеральной агрессии и аномально высоких пластовых давлений. Технический результат - повышение проникающей способности состава для предотвращения проявлений высокоминерализованных флюидов в скважине, придание неподвижности рапе в солевых отложениях после бурения и вскрытия рапаносного горизонта перед цементированием скважины за счет образования нерастворимых солей в горной породе. Состав для предотвращения проявлений высокоминерализованных флюидов в скважине включает, мас.%: силикат натрия с силикатным модулем 2,1 и плотностью 1,34 г/см³ 25-27; высоковязкую гидроксиэтилцеллюлозу 2; воду техническую - остальное. 2 табл., 3 пр.

Состав для предотвращения проявлений высокоминерализованных флюидов в скважине, включающий силикат натрия, отличающийся тем, что содержит силикат натрия с силикатным модулем 2,1 и плотностью 1,34 г/см³ и дополнительно высоковязкую гидроксиэтилцеллюлозу и воду техническую при следующем соотношении компонентов, мас.%:

указанный силикат натрия 25-27 высоковязкая гидроксиэтилцеллюлоза 2 вода техническая остальное