Буферная жидкость комбинированного действия Советский патент 1982 года по МПК E21B33/138 

1

Изобретение относится к бурению нефтяных и газовых скважин, в частности к буферным жидкостям, применяемым при цементировании обсадных колонн.

Известна буферная жидкость, содержащая сернокислый алюминий, серную кислоту, жидкое стекло, КМЦ, акзил, утяжелитель и воду l.

Недостатком этой (5уфэрной )q 1дкocти является то, что она не обладает Крепящими свойствами по отношению к глинистой корке.

Известна также буферная жидкость комбинированного действия с тампонирующими свойствами - РТС (реактивная твердеющая смесь).

Комбинированная буферная жидкость типа РТС состоит из коркоразруша1а1чего агента - 6-10%-ного водного раствора сернокислого алюминия и раствора с тампонирую1чими свойствами, включающего воду в качестве дисперсионной среды, осадкоо(3разую1иие компоненты (цемент и бентонит) и химические реагенты для снижения водоотдачи (КМЦ, сода)2.

5К недостаткам известной буферной

жидкости относится высокая щелочность фильтрата рН 8-9, обусловленная содержанием в этой жидкости гидрофильных реагентов КМЦ и соды.

10 Фильтрат обладает низким кольматирующим действием на проницаемые породы. Недостатком является также присутствие в буферной жидкости твердой фазы в виде бентонитовой глины

15 и цемента, которая может необратимо закупоривать нефтяной коллектор.

Отмеченные недостатки этой буферной жидкости приводят к следующему. Замена фильтрационной корки на стен20 ках скважины осадком из бентонита и цемента не исключает недостатков, присущих фильт,рационным глинистым коркам, сформировавшимся из бурового раствора в процессе бурения, т.е. не обеспечивает защиту продуктивног пласта от фильтрата тампонажного ра вора и надежность разобщения пластов, а именно надежность герметизации контакта между цементным камнем,и пластовыми породами. Кроме то го, бентонитовая глина приводит к закупорке продуктивного пласта и снижению его проницаемости. При это тонкодисперсные частицы бентонита при последующих кислотных обработках пласта практически не разрушают ся. Содержащиеся в буферной жидкост реагенты КМЦ и сода гидратируют гли нистые породы на стенках скважины, снижая их устойчивость. 4 Цель изобретения - повышение кольматирующей, разделяющей и ингибирующей способностей буферной жидкости. Указанная цель достигается тем, что буферная жидкость дополнительно содержит хлористый кальций, а в качестве понизителя водоотдачи используется полиакриламид при следующем соотношении ингредиентов вес.: Хлористый кальция 10,0-13,2 Сернокислый алю6,6-10,0 миний Полиакриламид П,17-0,33 Вода Остальное В табл.1 приводятся составы предлагаемой буферной жидкости комбинированного действия (БЖКД). Таблица 1

Буферная жидкость готовится пере шиванием равных объемов водных растворов полиакриламида с растворами сернокислого алюминия и хлористого кальция,.. При добавлении растворов со лей к растзору полиакриламида и перемешивании мгновенно выпадает осадок объем которого после часового отстоя составляет 90-100. Для получения образца 1 смешивают равные объемы растворов 0,5 -ного по лиакриламида, 20 -сернокислого алЮ7 миния и хлористого кальция для получения образца 2 - раствора 0,75%-ного полиакриламида, 25 -ного сернокислого алюминия и хло ристого кальция; образца 3 - растворы 1%-ного полиакриламида, 30 -ного сернокислого алюминия и 0 -ного хлористого кальция. При концентрациях компонентов, меньших указанных в табл.1, объем осадка сокращается до 750 и ниже о Увеличение концентраций хлористого кальция больше 13,2, сернокислого алюминия - больше 101 и полиакриламида - больше 0,33 нецелесообразно ПО экономическим соображениям, так как объем осадка остается при этом постоянным. Параметры БККД: водоотдача АО см за 20-30 мин; плотность 1,18-1,20 г/см, СНС 1/5-12/15; растекаемость по АЗНИИ 19-20 см; РН 3-it. Приготовление буферной жидкости предлагаемого состава может быть осуществлено либо на поверхности, либо непосредственно в скважине. В первом случае технология приготовления состоит из следующих операций: получение водных растворов полиакриламида, хлористого кальция и сернокислого алюминия заданных концентраций и последующего смешения растворов ПАА и хлористого кальция, а затем этой смеси с раствором сернокислого алюминия. Применяется в случаебурения скважины на воде, когда поры пласта открыты. Во втором случае, при промывке скважин глинистыми растворами, когда есть необходимость удаления глинистой корки, водные растворы указанных компонентов заданной концентрации закачиваются через трубы в скважину раздельно-последовательным способом: вначале раствор сернокислого алюминия, а затем приготовленная на поверхности смесь полиакриламида и хлористого кальция. Буферная жидкость заданного состава и свойств в условиях скважины образуется в зонах смешивания последовательно прокачиваемых компонен тов как 8 самом потоке, так и в перовых каналах проницаемых пород и на поверхности стенок скважины. Свойства буферной жидкости, обра- 15 в

зующеися в скважине, зависят от режима движения .потока (структурный, турбулентный) и соотношения компонентов, особенно в зоне смещения, на границе контакта смеси ПАА и хло ристого кальция с раствором сернокислого алюминия.

Как показали исследования, при структурном режиме движения потока жидкости в зоне контакта двух жидких растворов-компонентов образуется вязкая упругая пачка,а при турбулентном режиме за счет интенсивного перемешивания образуется однородная полимерная суспензия, где твердой фазой является продукт реакции хлористого кальция и сернокислого алюминия - сернокислый кальций.

Механизм действия буферной жидкости, образующейся в затрубном npoc ранстве скважины, определяется химической реакцией сернокислого алюминия с карбонатными включениями в глинистой корке. Первичное разложени и вымывание глинигтой массы обеспечивает сернокислый алюминий. В потоке жидкости на контакте водного раст вора сернокислого алюминия и смеси водных растворов полиакриламида с хлористым кальцием при структурном режиме течения (скорость движения в трубах 0,2-0,7 м/с) образуется вязкоупругая масса, которая выполняет роль как разделителя от дальнейшего перемешивания растворов, так и вытеснителя остатков шлама и глинистой массы. Вязкоупругая масса образуется за счет частичного обезвоживания, полиакриламида гигроскопичным хлорисосадок в этих кдналах. Причем осадок (сернокислый ка 1ьций совместно с полиакриламидом находится в порах в виде вязко-упругого тела, которое, препятствует проникновению фильтрата цементного раствора и его частиц в поры пласта. Впоследствии полиакриламид под действием кислс)рода теряет свои упругие свойства, а осадок гипса может быть удален из пор с помощью кислотных обработок.

Обработка стенок скважины предлагаемой буферной жидкостью позволяет комплексно разрушить глинистую корку, удалить ее со стенок ствола скважины, закольматировать поровые каналы, а на месте глинистой корки образовать новую защитную гипсополимерную пленку, препятствующую 86 тым кальцием и за счет насыщения объема жидкости, образующимися в процессе мгновенной реакции сернокислым кальцием. При этом концентрация полиакриламида увеличивается в 22,5 раза. Реакция сернокислого алюминия с хлористым кальцием по вышеуказанным соотношениям дает осадка сернокислого кальция Остатки водного раствора сернокислого алюминия, накопившиеся в пристенных порах и трещинах пласта после удаления корки со стенок скважины, реагируют с хлористым кальцием, полиакриламиде, образуя твердый проникновению в поры продуктивного пласта фильтрата цементного раствора и твердых частиц. В табл.2 приводятся результаты лабораторных исследований свойств предлагаемой буферной жидкости комбинированного действия (БХКД) и прототипа (РТС). Состав БЖКД, %: сернокислый алюминий 8,3; хлористый кальция 10,0; полиакриламид вода остальное. Состав РТС, %: глинопорошок 10; цемент 0; КМЦ 1,0; кальцинированная сода 2,0; вода остальное. РТС при смешении с раствором сернокислого алюминия активно с ним реагирует, вызывает разрушение глинистых частиц, сопровождающееся незначительным вспениванием состава.

Водоотдача исследуемых растворов, CMV30 мин

Фильтрация цементного р-ра через кольматационный слой образованный БЖКД и РТС, см /30 мин, на бумажном фильтре прибора ВМ-6

Фильтрация глинистого раствора, имещего водоотдачу 15 см/ЗО мин, через кольматационный слой, образованный БККД и РТС , см/ЗО мин

Набухаемость бентонита в растворах БККД и РТС, %

Вязко-упругие свойства по конусу Ребиндера ЗО и kS°

Трудно смеЭффект смешивания в стеклянной трубе с цешивается с цементными ментным и глинистым и глинистыми растворами растворами. Образования однородной массы не наблюдается

Таблица 2

Низкий показатель фильтрации характеризует высокие кольматирующие свойства БЖКД

33

РТС не создает надежного гидрозащитного экрана, БЖКД обеспечивает эффективную гидрозащиту пористых пород

БЖКД вследствие низкого рН (3-) и низкой фильтрации (2-3) оказывает инягибирующее действие в на глину, величина набухаемости почти в два раза меньше, чем в РТС

БЖКД проявляет свойст ва разделителя. РТС подобными свойствами не обладает