Состав для упрочения стенок скважины Советский патент 1992 года по МПК C09K7/02 

Изобретение относится к бурению нефтяных и газовых скважин, в частности к составам, применяемым для упрочнения неустойчивых пород, слагающих стенки скважины.

Известны составы для упрочнения стенок скважин, ингибирующий эффект которых обеспечивается жидким стеклом.

Недостатком этих составов являются низкий ингибирующий уровень и высокие, практически нерегулируемые структурно- механические свойства.

Широко известны силикатные и малосиликатные составы.

Упрочнение неустойчивых пород этими составами также недостаточно высоко, а структурно-механические и реологические показатели составов имеют высокие значения.

Наиболее близким (прототипом) к описываемому является состав, содержащий в мас.%: 15-30 хлорида калия; 2-3 - КМЦ;8- 12 - силиката натрия и воду.

Недостатком этого состава является довольно низкое упрочняющее действие

горных пород (показатель устойчивости не превышает 83%) и низкая прокачиваемость, характеризующаяся динамическим напряжением и пластической вязкостью.

Цель изобретения - повышение устойчивости горных пород и прокачиваемости состава при одновременном повышении его термостойкости, характеризующимся фильтрационными показателями после термо- статирования при 160°С.

Поставленная цель достигается тем, что состав для упрочнения стенок скважины, содержащий хлорид калия, жидкое стекло, вы- сокомолекулярный полимер и воду, согласно изобретению, в качестве высокомолекулярного полимера содержит гипан или метас, или ОЭЦ при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Хлорид калия15-30

Жидкое стекло5-15

Гипан или метас, или

ОЭЦ (в пересчете на

сухое вещество)0,5-3

ВодаОстальное

СП

С

XI XJ

О

Ю

XI

со

Для улучшения прокачиваемости состав дополнительно содержит этил-или метилси- ликонат натрия (ГКЖ-10 или ГКЖ-11) при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Хлорид калия15-30

Жидкое стекло5-15

Гипан или метас, илиОЭЦ0,5-3

ГКЖ-10 или ГКЖ-11 0,5-3 ВодаОстальное

Гипан (гидролизованный полиакрило- нитрил) получают омылением полиакрило- нитрила каустической содой при 95-100°С. Гипан представляет собой вязкую, темно- желтоватого цвета жидкость.

Метас является сополимером метакри- ловой кислоты и метакриламида в соотношении 1:1. Метас представляет собой порошок белого цвета, растворим в слабом (1-2%-ном) растворе едкого мэтра или непосредственно в буровом растворе, обладающем такой щелочностью.

Оксиэтилцеллюлоза является простым оксиэтиловым эфиром целлюлозы, полученным действием окиси этилена на щелочную целлюлозу в присутствии ингибитора термоокислительной деструкции, ди- или триз- таноламина. Представляет собой порошок или мелкие гранулы светло-желтого цвета. ГКЖ-10 или ГКЖ-11 представляют собой 30%-ные водно-спиртовые растворы мононатриевой соли этилсилантриола - C2Hs(OH)2 ОПа (ГКЖ-11) это желтоватые или светло-коричневатые однородные (без осадка) жидкости. Свойства их нормируются ТУ-6-02-696-7.

Хлорид калия- нейтральный электролит, хорошо растворимый в воде. Применяется как ингибитор набухания и диспергирования пород.

Жидкое стекло - силикат натрия или калия выпускается по ГОСТ-13078-81 и представляет вязкую жидкость от светло- желтого до светло-коричневого цвета плотностью 1.36-1,5 г/см . Имеет щелочную реакцию (рН 11-12).

Технология приготовления состава в лабораторных условиях заключается в поочередном введении компонентов в водную фазу с последующим перемешиванием в течение 60 мин на высокооборотной мешалке (3000 об/мин).

Замеры коэффициента устойчивости полученного состава проводились согласно известной методике.

В основе методики определения коэффициента устойчивости аргиллитов лежит изменение массы аргиллита при длительном контакте с фильтратом бурового раствора. Методика приведена ниже:

1)размол образца аргиллита и просеивание его через два сита с диаметром ячеек

2 и 5 мм;

2)введение 24 г аргиллита с размером частиц от 2 до 5 мм в герметично закрывающуюся бомбу объемом 180 см из инертного материала;

0 3) введение в бомбу 150 см3 фильтрата исследуемого раствора;

4)обкатывание (вращение содержимого герметично закрытой бомбы в специально вращающем устройстве в течение 16 часов.

5 Скорость вращения 60 об/мин. Обкатывание происходит в два приема по 8 часов, с перерывом между приемами;

5)извлечение содержимого бомбы и промывка через сито с диаметром от0 верстий 0,5 мм Объем промывочной воды 700 см3;

6)сушка оставшегося на сите промытого аргиллита при температуре 100-105°С до постоянного веса;

5 7) взвешивание высушенного остатка аргиллита;

8) определение показателя устойчивости аргиллита, как процентное содержание высушенного остатка по отношению к на0 чальной массе образца.

Таким образом, оценивается физико-химическое воздействие фильтрата состава на аргиллиты, слагающие стенки скважины. Это воздействие проявляется вразупрочне5 нии аргиллитов вследствие их увлажнения, возникновения расклинивающегося давления и в последующем диспергировании.

Конкретизируем также методику термо- статирования состава.

0 Проба бурового раствора помещается в толстостенную герметично закрывающуюся стальную бомбу. Последняя устанавливается в термостате, обеспечивающем поддержание температуры на заданном уровне с

5 точностью ±10°С.

Термостатирование продолжается 4- 5 ч, затем проба состава охлаждается вместе с бомбой, извлекается из нее, и после перемешивания в течение 0,5-1,0 ч, опреде0 ляются параметры состава.

Пример. Для приготовления 1000 г состава смешивали 660 г воды и 200 г хлорида калия, смесь перемешивали в течение 15 мин. Затем в смесь вводили 100 г

5 жидкого стекла, 20 г гипана или метаса, или ОЭЦ, 20 г ГКЖ-10 или ГКЖ-11.

В соответствии с приведенным примером были приготовлены различные варианты состава, отличающиеся количественным содержанием ингредиентов.

Содержание ингредиентов л свойства этих составов приведены в табл. 1, Из табл. 1 видно, что оптимальное количество ГКЖ-10 или ГКЖ-11 находится в пределах 0,5-3 мас.%, При содержании ГКЖ-10 или 5 ГКЖ-11 в количестве менее 0,5 мас.% его действие не проявляется. Так, при его содержании в количестве 0,5 мас.% прокачиваемо сть с оста в а,характеризующаяся пластической вязкостью и динамическим 10 напряжением сдвига, остаются высокими (табл. 1, пробы 52 и 56), а коэффициент устойчивости порядка 93%.

При содержании ГКЖ-10 или ГКЖ-11 в составе 3 мас,% технологические показате- 15 ли состава при прочих равных условиях (табл. 1, составы 54 и 58) после термсстати- рования при 160°С достигают фильтрации 2 см /30 мин; пластическая вязкость 16-17 м Па.с; динамические напряжения 20 сдвига 38-30 Па, а коэффициент устойчивости остается на уровне 95%. Дальнейшее увеличение содержания ГКЖ-10 или ГКЖ- 11 в составе свыше 3 мас.% не приводит к увеличению прокачиваемое™ и к повыше- 25 нию коэффициента устойчивости аргиллитов (табл. 1: составы 55 и 59).

Оптимальное количество жидкого стекла в составе, как показали проведенные исследования, находятся в пределах 5-15 30 мас.%, так как при его содержании в количестве менее 4 мас.% действие его еще не проявляется и коэффициент устойчивости находится на уровне 80-81% (составы: 16, 20, 24, 28, 33). Увеличение содержания жид- 35 кого стекла более 15 мас.% не приводит к повышению ингибирукщего действия, но ухудшает прокачиваемость состава (табл. 1, составы 19,23.27).

Содержание хлорида калия в пределах 40 15 мас.% нецелесообразно из-за низкого коэффициента устойчивости (табл. 1) еоста- вы 1, б, 11). Максимальный уровень коэффициента устойчивости, при прочих равных условиях, достигается при содержании хло- 45 рида калия 30 мас.% (табл. 1,составы 4, 9,14 или 64). Увеличение содержания хлорида калия сверх 30 мас.% нецелесообразно, так как при этом не наблюдается повышение ингибирующего действия (табл. 1, составы:. 50 5. 10, 15, 65).

Оптимальное количество высокомолекулярного полимера (гипан или метас, или ОЭЦ) в предлагаемом составе находится в

55

пределах 0,5-3 мзс.% при содержании Р количестве менее 0,5 мас.% действие его не проявляется и фильтрация состава находится после термостатирования на уровне 7,5- 8 см /30 мин, а коэффициент устойчивости равен 82-84% (табл. 1, составы: 38, 42 и 47). Увеличение содержания высокомолекулярного полимера сверх 3 мас.% нецелесообразно, так как при этом, не происходит существенного снижения фильтрации и повышения коэффициента устойчивости (табл. 1, составы: 42, 46 и 51).

Для сравнения полученных результатов с прототипом были проведены лабораторные исследования, результаты которых представлены в табл. 2.

Из табл. 2 видно, что пластическая вязкость и динамическое напряжение сдвига (прокачиваемость) известного состава значительно превышают таковые предлагаемого состава, а коэффициент устойчивости аргиллита значительно меньше (табл. 2, составы 2-5), чем в предлагаемом растворе.

Использование предлагаемого состава обеспечивает увеличение коэффициента устойчивости аргиллитов, слагающих стенки скважины, и улучшение прокачи- ваемости состава насосами, что позволяет снизить тяжесть осложнений в процессе бурения нефтяных и газовых скважин при одновременном снижении стоимости хи- мобработки.

Формула из обретения

1.Состав для упрочнения стенок скважины, содерх ащий хлорид калия, жидкое стекло, водорастворимый полимер и воду, отличающийся тем, что, с целью повышения устойчивости горных пород, в качестве водорастворимого полимера он содержит гипан, или метас, или оксиэтилцел- люлозу при следующем соотношении ингредиентов, мас,%:

Хлорид калия15-30

Жидкое стекло5-15

Гипан или метас или оксиэтил целлюлоза (в пересчете на сухое вещество)0,5-3,0

ВодаОстальное

2,Состав по п. 1,отличающийся тем, что он дополнительно содержит реагент ГКЖ-10 или ГКЖ -11 в количестве от 0,5 до 3,0% от общей массы состава.

Содержание ингредиентов и свойства состава

Таблица I

Продолжение табл.1

Использование1 бурение, крепление нефтяных и газовых скважин. Сущность: состав содержит (мас.%). хлорид калия 15-30; жидкое стекло 5-15, гипан, или метас, или оксиэтилцеллюлоза (в пересчете на сухое вещество) 0,5-3,0; воду - остальное. Для улучшения прокочиваемости состав дополнительно может содержать ГКЖ-10 или ГКФ-11 в количестве от 0,5 до 3,0% от массы состава. 1 з.п.ф-лы, 2 табл.

Примечание: MIVC-Пластическая вязкость,- Пи,- Динамическое ньпрлжение

сдвига.

Таблица 2