Эрозионный буферный материал Российский патент 2024 года по МПК C09K8/40 E21B33/138 

Изобретение относится к области цементирования нефтегазовых скважин, а именно к буферным жидкостям, применяемым для качественной подготовки заколонных и межколонных пространств цементируемых обсадных колонн к замещению тампонажными растворами в условиях отрицательных, низких и нормальных температур путем удаления со стенок скважин рыхлой части толстых фильтрационных корок, а со стенок обсадных колонн пленок буровых растворов.

В практике цементирования обсадных колонн известны и применяются эрозионные буферные жидкости, содержащие в своем составе кварцевый песок, опоку, перлит, мраморную крошку и другие минеральные добавки с твердыми абразивными частицами. Стабилизация твердых абразивных частиц в данных эрозионных буферных жидкостях достигается с использованием химических реагентов - структурообразователей типа КМЦ, сульфацелла и др., а также портландцементов, дозировки которых подбираются в лабораториях с учетом скорости оседания твердых частиц (СПРАВОЧНИК ИНЖЕНЕРА ПО БУРЕНИЮ, Т1, под редакцией В.И. Мищевича, Н.А. Сидорова, М., Недра, 1973. - С. 429). Применение эрозионных буферных жидкостей турбулизирует поток при низких скоростях продавки в заколонные и межколонные пространства и делает ее абразивной для фильтрационных корок на породах и пленок буровых растворов на колоннах.

Известна эрозионная буферная жидкость, содержащая в 1 м³ 400 кг кварцевого песка, 150-200 кг портландцемента, 1 кг КМЦ, воду (Ашрафьян М.О. СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ И ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА ДЛЯ КРЕПЛЕНИЯ НЕФТЯНЫХ И ГАЗОВЫХ СКВАЖИН / М.О. Ашрафьян, Д.Ф. Новохатский, А.Е. Нижник и др. // "Просвещение - Юг". - Краснодар, - 2003, - С. 200).

Основным недостатком известной эрозионной буферной жидкости является то, что она обладает низкой моющей и вытесняющей способностями, что снижает адгезию камня к металлу и тем самым не обеспечивает повышение качества первичного цементирования обсадных колонн.

Наиболее близкой по составу является буферная жидкость, содержащая ПТЦ1-50 - 30-45, ТПФН - 0,1-1,0, сульфацелл - 0,2-0,3, неонол - 0,05-0,1, АСМ -5-10, воду - 43,6-64,65. (патент RU 2268350 С1, «БУФЕРНАЯ ЖИДКОСТЬ», Е21В 33/138, опубл. 20.02.2006).

Общими недостатками известных эрозионных буферных жидкостей являются: выпадение твердой фазы при повороте потока в заколонное пространство, что значительно снижает эрозионную способность буферных растворов к удалению толстых и рыхлых фильтрационных корок на породах в заколонных пространствах и пленок буровых растворов на колоннах; опасность выпадения кварцевого песка в осадок при значительном разбавлении буферных жидкостей буровыми растворами во внутриколонных и заколонных пространствах при продавках составных столбов и при вероятных остановках процессов продавок в заколонные пространства; наличие в составе буферной жидкости портландцемента, способного загущать буровые растворы в контактных зонах с образованием загущенных труднопрокачиваемых гелей; наличие в составах химических реагентов - понизителей вязкости, что приводит к понижению либо устранению расширения тампонажных камней при смешивании буферных и тампонажных растворов при нагнетаниях в цементируемые обсадные колонны; сложность технологий приготовления эрозионных буферных жидкостей, что исключает качественную очистку стволов скважин от разнообразного шлама и загущенного бурового раствора.

Задачей заявляемого изобретения является разработка эрозионного буферного материала, обеспечивающего качественную подготовку заколонных и межколонных пространств к замещению тампонажными растворами для улучшения качества цементирования обсадных колонн в нефтегазовых скважинах при использовании в условиях отрицательных, низких и нормальных температур.

Технический результат, на достижение которого направлено заявляемое техническое решение, заключается в качественной подготовке заколонных и межколонных пространств цементируемых обсадных колонн к замещению тампонажными растворами в условиях отрицательных, низких и нормальных температур за счет применения седиментационно - устойчивой эрозионной моющей жидкости, образуемой в процессе гидратации эрозионного буферного материала, способной разрушать рыхлую часть фильтрационных корок на стенках скважин и пленок буровых растворов на обсадных колоннах при разных скоростях движения составных столбов растворов в процессе цементирования обсадных колонн и тем самым обеспечивать повышение адгезионных свойств тампонажных камней.

Вышеуказанный технический результат достигается за счет повышения моющей, удерживающей и выносной способностей эрозионной буферной жидкости, содержащей в своем составе комплексные гидроксосоли алюминия, обладающие полимерными свойствами, а тем самым способные удерживать в растворе абразивные частицы алюмосиликатной добавки при использовании в условиях отрицательных, низких и нормальных температур.

Данный технический результат обеспечивается тем, что заявляемый эрозионный буферный материал содержит анионное поверхностно-активное вещество (ПАВ), суперпластификатор, связующий компонент, воду (пресную или пластовую) при водосмесевом отношении (далее - В/С) 0,5-0,7 и облегчающую минеральную добавку, при этом в качестве анионного ПАВ содержит натриевую соль сульфированного линейного углеводорода Tainolin AOS-97P, в качестве суперпластификатора - порошковый продукт на основе модифицированного эфира поликарбоновых кислот Melflux® SELECT 5691 F, в качестве связующего компонента - водорастворимый порошок гидроксохлорид алюминия, в качестве облегчающей минеральной добавки - керамзитовую пыль с удельной поверхностью 450-550 м²/кг при следующем соотношении компонентов, мас. %:

керамзитовая пыль 84,5-79,0 гидроксохлорид алюминия 15,0-20,0 Melflux® SELECT 5691 F 0,5 - 1,00

и сверх 100 мас. % анионный ПАВ Tainolin AOS-97P 0,02 - 0,05 и вода.

Для приготовления предлагаемого эрозионного буферного материала используются следующие компоненты:

- керамзитовая пыль - порошкообразный побочный продукт керамзитового производства, дополнительно измельченный до удельной поверхности 450-550 м²/кг (минералогический состав керамзитовой пыли следующий (мас. %): не дегидратированные и дегидратированные глинистые минералы - 57; кварц - 12; полевые шпаты - 4; ангидрит - 2; аморфная фаза - 25);

- гидроксохлорид алюминия - неорганическое соединение, основная соль, имеющая формулу Аl_n(ОН)_(3n-m)Сl_m;

- Tainolin AOS-97P - анионный ПАВ (натриевая соль сульфированного линейного углеводорода). Химическая формула: C_nH_2nSO₃Na, где n=14. Регистрационный номер CAS 68439-57-6;

- Melflux® SELECT 5691 F - порошковый продукт на основе модифицированного эфира поликарбоновых кислот. Производитель: BASF Construction Additives (Германия).

Химическая формула: СН₂=С(СН₃)СН₂O(СН₂СН₂O)_nН, где n=10~60.

Эрозионный буферный материал содержит компоненты в следующем соотношении, мас. %: керамзитовая пыль с удельной поверхностью 450 - 550 м²/кг 84,5-79,0, связующий компонент - гидроксохлорид алюминия 15,0-20,0, анионный ПАВ - Tainolin AOS-97P 0,02-0,05, суперпластификатор - Melflux® SELECT 5691 F 0,5-1,00, жидкость затворения - воду (пресную или пластовую) при В/С=0,5-0,7.

Введение в состав эрозионного буферного материала абразивных частиц алюмосиликатной составляющей - керамзитовой пыли с удельной поверхностью 450-550 м²/кг, позволяет получать при приготовлении облегченную седиментационно-устойчивую эрозионную буферную жидкость.

Керамзитовая пыль образуется при аспирации в процессе производства керамзита при температуре обжига глинистого сырья в пределах 1000-1100°С. Наличие в фазовом составе дополнительно измельченной керамзитовой пыли дегидратированных и недегидратированных глинистых минералов -гидрослюды, монтмориллонита, каолина, характеризующихся повышенной дисперсностью, способствует формированию структуры буферной жидкости, а наличие средней и крупной фракции - к проявлению эрозионного свойства.

Использование в составе эрозионной буферной жидкости гидроксохлорида алюминия способствует образованию гелеобразного раствора, обладающего коллоидно-химическими и связующими свойствами основных солей алюминия. Гидроксохлорид алюминия получают пептизацией свежеосажденного гидроксида алюминия соляной кислотой с дальнейшей термической обработкой. Основные соли алюминия имеют состав типа Al(ОН)₂Cl, Al(OH)₅Cl, AlOHCl₂, однако из-за наличия неопределенного количества примесей гидроксохлоридов алюминия другой основности, определить точную формулу молекул основных солей в структуре не представляется возможным. При применении гидроксосолей алюминия основным соединением, выступающим в качестве связующей фазы, является низкотемпературная форма оксида алюминия γ-Al₂O₃. Благодаря вяжущим свойствам, использование в качестве связующего гидроксохлорида алюминия способствует формированию структуры, обеспечивающей удержание в растворе абразивных частиц алюмосиликатной добавки и воздушных пузырьков, возникающих при использовании анионного ПАВ, что приводит к повышению моющей, удерживающей и выносной способностей, а также позволяет использовать разработанную буферную жидкость в условиях отрицательных температур.

Эрозионный буферный материал готовят следующем способом.

Порошкообразные добавки в разных соотношениях перемешиваются до получения однородной смеси, образующей в процессе гидратации эрозионные буферные жидкости. При подготовке к проведению стендовых исследований эрозионные буферные жидкости интенсивно перемешивались мешалкой с частотой вращения вала 1500 об/мин в течение 3 мин. Определение основных технологических свойств эрозионного буферного раствора проводили в соответствии с ГОСТ 33213-2014 (ISO 10414-1:2008). Сравнительные исследования моющей и выносной способностей буферных жидкостей проведены при температуре 20±2°С.

Состав №1: 84% керамзитовой пыли с удельной поверхностью 450-550 м²/кг + 15% гидроксохлорид алюминия + 1,0% Melflux® SELECT 5691 F и сверх 100 мас. % анионный ПАВ 0,03% Tainolin AOS - 97Р и вода (В/С=0,6).

Состав №2: 82,2% керамзитовой пыли с удельной поверхностью 450-550 м²/кг + 17% гидроксохлорид алюминия + 0,8% Melflux® SELECT 5691 F и сверх 100 мас. % анионный ПАВ 0,05% Tainolin AOS - 97Р и вода (В/С=0,63).

Состав №3: 79,3% керамзитовой пыли с удельной поверхностью 450-550 м²/кг + 20% гидроксохлорид алюминия + 0,7% Melflux® SELECT 5691 F и сверх 100 мас. % анионный ПАВ 0,03% Tainolin AOS - 97Р и вода (В/С=0,6).

В качестве прототипа использовали буферную жидкость, мас. %: ПЦТ 1-50 -45%, ТПФН - 1,0%, сульфацелл - 0,3%, неонол - 0,1%, АСМ - 10%.

Пример (приготовление состава №3).

Для получения 1000 г эрозионного буферного материала смешивали 793 г керамзитовой пыли с удельной поверхностью 450-550 м²/кг, 200 г гидроксохлорид алюминия, 0,3 г Tainolin AOS-97P; 7 г Melflux® SELECT 5691 F. После получения однородного порошка его затворяли технической водой в количестве 600 мл, далее полученную эрозионную буферную жидкость перемешивали мешалкой с частотой вращения вала 1500 об/мин в течение 3 мин. Затем определяли технологические свойства буферной жидкости и адгезию тампонажного камня к металлу обработанного буровым глинистым раствором в соответствии с общеизвестными методиками. Из данных, приведенных в таблице, следует, что предлагаемая эрозионная буферная жидкость обладает повышенной моющей и выносной способностями, что в итоге повышает адгезию тампонажного камня к металлу.

Результаты исследований представлены в таблице.

Преимуществом предлагаемого эрозионного буферного материала является то, что в процессе гидратации образуется эрозионная буферная жидкость, обладающая повышенной моющей, удерживающей и выносной способностями, что обеспечивает качественную подготовку заколонных и межколонных пространств цементируемых обсадных колонн в условиях отрицательных, низких и нормальных температур.

Изобретение относится к области цементирования нефтегазовых скважин, а именно к буферным жидкостям. Эрозионный буферный материал содержит анионное поверхностно-активное вещество (ПАВ), суперпластификатор, связующий компонент, 0,5-0,7 мас. % воды пресной или пластовой при водосмесевом отношении 0,5-0,7 и облегчающую минеральную добавку. При этом в качестве суперпластификатора - 0,5-1,0 мас. % порошкового продукта на основе модифицированного эфира поликарбоновых кислот Melflux® SELECT 5691 F, в качестве связующего компонента - 15,0-20,0 мас. % водорастворимого порошка гидроксохлорида алюминия, в качестве облегчающей минеральной добавки - 79,0-84,5 мас. % керамзитовой пыли с удельной поверхностью 450-550 м²/кг. В качестве анионного ПАВ содержит 0,02-0,05 мас. % натриевой соли сульфированного линейного углеводорода Tainolin AOS-97P. Причем воду и Tainolin AOS-97P вводят сверх 100%. Техническим результатом является качественная подготовка заколонных и межколонных пространств цементируемых обсадных колонн к замещению тампонажными растворами в условиях отрицательных, низких и нормальных температур за счет применения седиментационно - устойчивой эрозионной моющей жидкости, образуемой в процессе гидратации эрозионного буферного материала, способной разрушать рыхлую часть фильтрационных корок на стенках скважин и пленок буровых растворов на обсадных колоннах при разных скоростях движения составных столбов растворов в процессе цементирования обсадных колонн и тем самым обеспечивать повышение адгезионных свойств тампонажных камней. 1 табл., 1 пр.

Эрозионный буферный материал, содержащий анионное поверхностно-активное вещество (ПАВ), суперпластификатор, связующий компонент, воду пресную или пластовую при водосмесевом отношении 0,5-0,7 и облегчающую минеральную добавку, отличающийся тем, что в качестве анионного ПАВ содержит натриевую соль сульфированного линейного углеводорода Tainolin AOS-97P, в качестве суперпластификатора -порошковый продукт на основе модифицированного эфира поликарбоновых кислот Melflux® SELECT 5691 F, в качестве связующего компонента - водорастворимый порошок гидроксохлорид алюминия, в качестве облегчающей минеральной добавки - керамзитовую пыль с удельной поверхностью 450-550 м²/кг при следующем соотношении компонентов, мас. %:

керамзитовая пыль 79,0-84,5 гидроксохлорид алюминия 15,0-20,0 Melflux® SELECT 5691 F 0,5-1,0

и сверх 100 мас. %

анионный ПАВ Tainolin AOS-97P 0,02-0,05 и вода 0,5-0,7