Кислотная моющая жидкость для поликатионных буровых растворов Российский патент 2025 года по МПК C09K8/40 

Изобретение относится к нефтегазовой промышленности в области строительства скважин, а именно к буферным жидкостям, используемым для разделения, предотвращения смешения, тампонажного и бурового раствора, а также разрушения и удаления фильтрационной корки поликатионного бурового раствора со стенки скважины и пленки поликатионного бурового раствора с обсадной колонны.

Из уровня техники известны кислотные буферные жидкости, однако их действие направлено на упрочнение фильтрационной корки и повышение ее сцепления с цементным камнем. Такой подход ухудшает качество цементирования скважины в связи с полным отсутствием прямого контакта цементного камня со стенкой скважины.

Также необходимо принять во внимание тот факт, что буферная жидкость применяется для вытеснения бурового раствора из ствола скважины, при замене его на тампонажный раствор, для предотвращения их смешения. А значит время нахождения буферной жидкости в стволе скважины ограничено, поэтому к ее реакционной способности предъявляются жесткие требования.

Известен состав [Патент РФ RU 2411277 опуб. 10.02.2011] буферной жидкости для очистки скважины, состоящий из триполифосфата натрия, кальцинированной соды и нитрилотриметилфосфоновой кислоты.

Недостатком данного состава являются низкие моющие свойства по отношению к фильтрационным коркам образующихся при применении поликатионных буровых растворов, что не обеспечивает надежного сцепления цементного камня с колонной обсадных труб и стенкой скважины.

Известен [Патент РФ RU 2467163, опуб. 20.11.2012] кислотный технологический состав со следующим содержанием компонентов (по массе): перекисное соединение - 0,5-3,0%, гидроксикарбоновая кислота - лимонная, гликолевая или молочная - 5,0-10,0%, неионогенное поверхностно-активное вещество - оксанол, или неонол АФ9-12, или LML-4312, или МЛ-80 - 0,005-0,02%, минерализованная вода остальное.

Недостатком данного технического решения является низкая скорость реакции, что не позволяет использовать данный состав в качестве моющей буферной жидкости при цементировании скважин.

Известна композиция для удаления фильтрационной корки [Патент США US 10125305, опуб. 13.11.2018] включающая хлористоводородную кислоту, присутствующую в количестве от 0,1% до 5% по массе и органическую кислоту, присутствующую в количестве от 0,1% до 10% по массе.

Недостатком данного технического решения является низкая скорость реакции, что не позволяет использовать данный состав в качестве моющей буферной жидкости при цементировании скважин.

Известен [Патент США US 11566161, опуб. 31.01.2023] биоразлагаемый кислотный состав, содержащий воду, соляную кислоту, муравьиную кислоту, лимонную кислоту, и поверхностно-активное вещество, для удаления кальцийсодержащей фильтрационной корки из ствола скважины.

Недостатком данного технического решения является наличие в составе соляной кислоты, которая требует особых условий хранения, перевозки, и применения, высокой коррозионной активностью по отношению к оборудованию, применяемому в процессе цементирования скважины.

Также описана [Авторское свидетельство СССР SU 1040120, опуб. 07.09.1983], буферная жидкость, содержащая триметилфосфоновую или 1-оксиэтилидендифосфоновую кислоту 0,1 - 0,3% по массе. Данный состав эффективно упрочняет фильтрационную корку на стенке скважины, тем самым, не обеспечивая прямого контакта цементного камня и стенки скважины. Указанная буферная жидкость по технической сущности близка к предлагаемой и была принята за прототип.

Технической проблемой, решаемой созданием изобретения, является повышение качества цементирования скважины за счет повышения площади контакта цементного камня со стенкой скважины, которому препятствуют фильтрационная корка поликатионного бурового раствора на стенках скважины и пленка поликатионного бурового раствора на обсадной колонне.

Техническим результатом заявленного изобретения является кислотная моющая буферная жидкость, обеспечивающая полное разрушение и удаление фильтрационной корки поликатионного бурового раствора со стенки скважины, и пленки поликатионного бурового раствора с обсадной колонны.

Технический результат достигается за счет того, что кислотная моющая буферная жидкость для поликатионных буровых растворов содержит в своем составе лимонную кислоту, как активное разрушающее вещество, которое взаимодействует с карбонатными утяжелителями и полимерными структурами бурового раствора, щавелевую кислоту для создания и удержания постоянной рН-среды буферной смеси, хлорид щелочного металла для усиления кислотной реакции за счет увеличения ионной силы буферной жидкости, и триэтаноламин - поверхностно-активное вещество, которое способствует эмульгированию смазывающих добавок бурового раствора, но не оказывает влияния на качество контакта цементного камня со стенкой скважины.

Сущность изобретения заключается в том, что кислотная моющая буферная жидкость для поликатионных буровых растворов содержит в своем составе воду, лимонную кислоту, щавелевую кислоту, хлорид щелочного металла, в качестве которого используется хлорид натрия, хлорид калия или их смесь, и триэтаноламин при следующем соотношении компонентов по массе:

- лимонная кислота 3,00-10,00%;

- щавелевая кислота 1,30-2,20%;

- хлорид щелочного металла 1,50-3,00%;

- триэтаноламин 0,30-0,45%;

- вода 84,35-93,90%.

Применение лимонной кислоты обусловлено активным разрушением структур фильтрационной корки и пленки поликатионного бурового раствора, за счет кислотного взаимодействия с карбонатными утяжелителями и полимерными структурами бурового раствора. Лимонная кислота (C₆H₈O₇) - органическая кислота средней силы, относящаяся к классу предельных карбоновых кислот. Для лимонной кислоты, концентрация составляет 3,00-10,00% по массе. При концентрации меньше 3% моющая способность недостаточна. Увеличение концентрации больше 10% возможно, но является нецелесообразным, поскольку не приводит к значительному увеличению моющей способности.

Щавелевая кислота используется как слабая кислота для создания и поддержания постоянной рН-среды буферной жидкости. Щавелевая кислота (С₂Н₂О₄) - органическая кислота средней силы, относящаяся к классу предельных карбоновых кислот. Для щавелевой кислоты, концентрация составляет 1,30-2,20% по массе.

Хлорид щелочного металла используется для увеличения ионной силы буферной жидкости для сжатия сольватных оболочек и скорейшего разрушения корки В качестве хлорида щелочного металла целесообразно использовать хлорид натрия (NaCl), хлорид калия (KCl) или их смесь. Возможно использовать и другие хлориды щелочных металлов, а также их сочетания. Для хлорида щелочного металла концентрация составляет 1,50-3,00% по массе.

Триэтаноламин - это поверхностно-активное вещество (продукт оксиэтилирования аммиака), которое способствует эмульгированию смазывающих добавок бурового раствора. Эмпирическая формула C6H15NO3.

Структурная формула:

Для триэтаноламина концентрация составляет 0,30-0,45% по массе.

Процесс приготовления заявленной кислотной моющей буферной жидкости заключается в следующем. В воду вносят хлорид щелочного металла и перемешивают 15-20 минут до полного его растворения. Затем в раствор вводят лимонную и щавелевую кислоты, перемешивают до полного растворения реагентов. После этого вводят Триэтаноламин и перемешивают в течении 5 минут.

Примеры.

Пример 1.

Сравнительные лабораторные исследования по изучению моющей способности, предлагаемой кислотной моющей буферной жидкости, проводили в соответствии с СТО Газпром 7.3-035 «Тампонажные растворы. Методика определения смывающей способности буферных жидкостей», путем определения потери массы, следующим образом.

Приготовили модельный буровой раствор, содержащий в своей рецептуре следующие компоненты:

- вода;

- глинопорошок бентонитовый;

- катионный полимер;

- галит;

- крахмал;

- биополимер;

- мрамор молотый;

- флотореагент оксаль т-92;

- нейтрализатор сероводорода жс-7;

- барит.

Параметры модельного бурового раствора следующие:

- плотность - 1680 кг/м3;

- фильтрация - 2,8 мл /30 мин;

- толщина фильтрацинной корки - 1,5 мм.

Приготовили кислотную моющую буферную жидкость следующего состава:

- лимонная кислота 2,00%;

- щавелевая кислота 1,00%;

- хлорид натрия 1,00%;

- триэтаноламин 0,25%;

- вода 95,75%.

Для приготовления заявленной кислотной моющей буферной жидкости в воду внесли хлорид натрия. Полученную смесь перемешивали 20 минут до полного растворения. Затем в раствор ввели последовательно лимонную и щавелевую кислоты и перемешивали до полного растворения реагентов. После этого ввели триэтаноламин и перемешивали в течении 5 минут.

На внешнюю поверхность ротора вискозиметра OFITE 900 прикрепили смоченную водой фильтровальную бумагу. При помощи весов определили массу ротора вместе с влажной фильтровальной бумагой (M₁), которая составила 100,21 г (здесь и далее масса определяется с точностью до 0,01 г). Далее сформировали фильтрационную корку поликатионного бурового раствора на полноплощадном фильтр-прессе по ГОСТ 33213-2014 «Контроль параметров буровых растворов в промысловых условиях». На внешнюю поверхность ротора прикрепили фильтровальную бумагу со сформированной фильтрационной коркой поликатионного бурового раствора и определили массу ротора с коркой (М₂). Далее ротор закрепили на приводной вал вискозиметра. Залили кислотную моющую буферную жидкость в стакан вискозиметра и в течении 5 минут отмывали фильтрационную корку при частоте вращения ротора 200 оборотов в минуту. После остановки вискозиметра стакан с жидкостью освободили, ротор оставили в течении 1 минуты в состоянии покоя для стекания избытка жидкости. Далее ротор сняли с приводного вала вискозиметра и определили его массу с оставшейся фильтрационной коркой (М₃).

Моющую способность буферной жидкости определяли по формуле:

где M₁ - масса ротора вместе с влажной бумагой (M₁=100,21 г);

М₂ - масса ротора с фильтрационной коркой;

М₃ - масса ротора с оставшейся фильтрационной коркой.

В настоящее время нет нормативно регламентированных методик для оценки моющей способности буферных жидкостей. С целью выделения оптимального состава буферной жидкости минимальный порог моющей способности был принят на уровне 40%.

В результате эксперимента были получены следующие результаты:

М₂ - 106,68 г;

М₃ - 104,74 г;

Моющая способность - 29,98%.

Был сделан вывод о недостаточной моющей способности.

Примеры 2-6 проводились аналогично Примеру 1.

Пример 7 проводился аналогично Примеру 1, но в качестве хлорида щелочного металла использовался хлорид калия.

Пример 8.

Для сравнения моющей способности заявленной кислотной моющей буферной жидкости была приготовлена базовая буферная жидкость, известная из уровня техники, следующего состава:

- триметилфосфоновая кислота 0,20%;

- вода 99,80%.

Эксперимент проводился аналогично Примеру 1.

Условия проведения и результаты экспериментов приведены в Таблице 1.

Проведенные исследования показали, что у заявленной кислотной моющей буферной жидкости, моющая способность в несколько раз выше, чем при использовании известной буферной жидкости.

Приведенные примеры показывают, что техническая проблема решена и технический результат достигнут: получена кислотная моющая буферная жидкость, обеспечивающая полное разрушение и удаление фильтрационной корки поликатионного бурового раствора со стенки скважины, и пленки поликатионного бурового раствора с обсадной колонны.

Использование заявленной кислотной моющей буферной жидкости позволяет очистить стенки скважины от остатков бурового раствора, обеспечить надежный контакт цементного камня со стенкой скважины и поверхностью обсадных труб, что повысит надежность и долговечность крепи скважины.

Изобретение относится к нефтегазовой промышленности в области строительства скважин, а именно к буферным жидкостям, используемым для разделения тампонажного и бурового раствора, разрушения и удаления фильтрационной корки поликатионного бурового раствора со стенки скважины и пленки поликатионного бурового раствора с обсадной колонны. Технический результат - повышение качества цементирования скважины за счет повышения площади контакта цементного камня со стенкой скважины, полное разрушение и удаление фильтрационной корки поликатионного бурового раствора со стенки скважины и пленки поликатионного бурового раствора с обсадной колонны. Кислотная моющая буферная жидкость для поликатионных буровых растворов содержит, мас.%: лимонную кислоту 3,00-10,00; щавелевую кислоту 1,30-2,20; хлорид щелочного металла 1,50-3,00; триэтаноламин 0,30-0,45; воду 84,35-93,90. Причем в качестве хлорида щелочного металла используют хлорид натрия, или хлорид калия, или их смесь. 1 табл., 8 пр.

Кислотная моющая буферная жидкость для поликатионных буровых растворов, содержащая в своем составе воду, лимонную кислоту, щавелевую кислоту, хлорид щелочного металла, в качестве которого используется хлорид натрия, хлорид калия или их смесь, и триэтаноламин при следующем соотношении компонентов, мас.%:

лимонная кислота 3,00-10,00 щавелевая кислота 1,30-2,20 хлорид щелочного металла 1,50-3,00 триэтаноламин 0,30-0,45 вода 84,35-93,90