Буферная жидкость,разделяющая буровой и цементный растворы
БУФЕРНАЯ ЖИДКОСТЬ, РАЗДЕЛЯЩАЯ БУРОВОЙ И ЦЕМЕНТИЛЙ РАСТВОРЫ, содержащая бихромат натрия или калия, лигносульфонатный реагент, щелочной реагент, утяжелитель и воду, о т л и чающаяся тем, что, с целью снижения загустевания контактных зон при высоких температурах (до 393 К) и давлениях (до 100 МПа) при одновременном обеспечении возможности приготовления буферной жидкости на воде любой степени минерализации, жидкость содержит в качестве лигиосульфонатного реагента конденсированную сульфит-спиртовую барду марки КССБ-2, а в качестве щелочного реагента - каустическую соду, при следующем соотношении компонентов, мас.%: Бихромат натрия 1,35 - 3,40 ипи калия Конде и сиров анная сульфит-спиртовая (Л барда марки КССБ-2 7,70 - 12,30 Каустическая сода 0,65 - 1,00 Утяжелитель 35,00 - 56,00 Вода Остальное
СООЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ
РЕСПУБЛИК (l9) (l1) 4 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 1 35 — 3,40 Конденсированная сульфит-спиртовая барда марки КССБ-2 Каустическая сода Утяжелитель Вода 7, 70 — 12, 30 0,65 — 1, 00 С 35,00 — 56,00 Остальное ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3615578/23-03 (22) 06.07.83 (46) 15.05.85. Бюл. )) 18 (72) А.И. Леонидова, В.И. Леонидов, Мередова и Д.И. Донсков (71) Туркменский государственный научно-исследовательский и проектный институт нефтяной промьппленности (53) 622.245.44(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР Р 730956, кл. E 21 В 33/138, 1978. 2. Ахрименко В.Е. и др. Термостойкая буферная жидкость на основе орошкообразного материала БП-100. РНТС ВНИИОЭНГ, сер. "Бурение", 1982, У 2, с. 28-29 (прототип). (54)(57) БУФЕРНАЯ ЖИДКОСТЬ, РАЗДЕЛЯЮЩАЯ БУРОВОЙ И ЦЕМЕНТ%Я РАСТВОРЫ, содержащая бихромат натрия или калия, лигносульфонатный реагент, щелочной реагент, утяжелитель и воду, о т л ич а ю щ а я с я тем, что, с целью снижения загустевания контактных зон при высоких температурах (до 393 К) и давлениях (до 100 ИПа) при одновременном обеспечении возможности приготовления буферной жидкости на воде любой степени минерализации, жидкость содержит в качестве лигносульфонатного реагента конденсированную сульфит-спиртовую барду марки КССБ-2, а в качестве щелочного реагента — каустическую соду, при следующем соотношении компонентов, мас.X: Бихромат натрия или калия 1155723 Изобретение относится к области строительства нефтяных и газовых скважин, а именно к осуществлению процесса тампонажа обсадных колонн и установке цементных мостов. S Известен состав утяжеленной буферной жидкости, включающий сернокислый алюминий, серную кислоту, жидкое стекло, карбоксиметилцеллюпозу, окэнл, утяжелитель, воду (1). 10 Недостатками указанной буферной жидкости являются многокомпонентность, токсичность серной кислоты и воэможность приготовления ее только на пресной воде. t5 Наиболее близкой к изобретению является термостойкая буферная жидкость для разделения бурового и цементного растворов, содержащая порошкообразный материал БП-100, в ко- 20 торый входят агримус, кальцинированная сода и КМЦ, а также утяжелитель, воду, хромпик и сульфитспиртовую барду $2 ). Недостатками данной жидкости 25 являются невозможность использования для ее приготовления минерализованной воды, а также загустевание контактных зон при высоких давлениях и температурах. 30 Дель изобретения — снижение загустевания контактных зон при высоких температурах (до 393 К) и давлениях (до 100 ИПа) при одновременном З5 обеспечении воэможности приготовления буферной жидкости на воде любой степени минерализации. Поставленная цель достигается тем, что буферная жидкость, разделя- 40 ющая буровой и цементный растворы, содержащая бихромат натрия или калия, лнгносульфонатный реагент,щелоч ной реагент, утяжелитель и воду, в качестве лигносульфонатного реаген-45 та содержит конденсированную сульфитспиртовую барду марки КССБ-2, а в качестве щелочного реагента — каус- тическую соду, при следующем соотношении компонентов, мас.Х: 5О Бихромат натрия или калия 1,35 — 3,40 Конденсированная сульфит-спиртовая барда марки КССБ-2 Каустическая сода Утяжелитель Вода Буферная жидкость готовится на воде как пресной, так и различной степени минералиэации. КССБ-2 обладает по сравнению с ССБ способностью снижать водоотдачу при более высоком содержании хлористого натрия (приближающемся к насыщению), а также в присутствии небольших количеств (до 2-З ) хлористого кальция. Бихромат натрия или калия окисляет КССБ-2, увеличивает ее относительную молекулярную массу, входит в состав молекулы реагента. В результате такого воздействия на КССБ-2 повышается термостойкость и возрастает солестойкость буферной жидкости. Для регулирования плотности используется барит. Добавлением каустической соды регулируется рН среды раствора. В результате такого сочетания компонентов буферную жидкость можно успешно применять при цементировании нефтяных и газовых скважин и установке цементных мостов. Пример. К 750,4 л технической воды при непрерывном перемешивании в течение 10 мин добавляют 49 кг бихромата натрия, затем вводят б 207, 2 кг КССБ-2 и перемешивают 30 мин, вводят 15,4 кг каустической соды и перемешивают 10 мин, вводят 378 кг барита и перемешивают 10 мин. В зависимости от степени минералиэации воды время перемешивания воды с хромпиком 10-15 мин, а время перемешивания с КССБ-2 — 30-45 мин до получения показателя условной вязкости жидкости по СПВ-5, равного 25-30 с. Перемешивание со щелочью длится 10-15 мин до получения рН 9, 2-11,8. В табл. 1 приведены конкретные примеры составов буферной жидкости, приготовленных на воде различной степени минерализации. В табл. 2 приводятся результаты лабораторных исследований буферной жидкости с использованием воды различной степени минерализации. Из приведенных данных видно, что для приготовления буферной жидкости можно использовать как пресную воду, так и воду различной степени минерализации. Буферная жидкость-прототип не может быть приготовлена на соленой воде. Ллотностные свойства буферной жидкости легко регулируются введением 1155723 утяжелителя в широком диапаэоне i 04-2, 22 кг/м (табл. 2), Буферная жидкость различной плотности обладает низкой водоотдачей (1,0 — 2,5 см за 30 мин) и седиментационно устойчива (0,04 — 0,1 г/см ). В табл. 3 приводятся результаты лабораторных исследований влияния буферной жидкости на консистенцию различных типов тампонажных раство- 1О ров, приготовленных из ОГЦ, портландцемента, УЦГ-2 при температуре и давлении на КЦ-3 (тампонажный раствор и буферную жидкость готовят на морской воде). Из данных, приведен- 15 ных в табл, 3 видно, что разработанный состав буферной жидкости совместим с различными тампонажными растворами и не сокращает времени загустевания, в то время как буферная жид- 20 кость-прототип не совместима с цементным раствором при 363-393 К. В табл. 4, 5 приводятся результаты лабораторных исследований термостойкости буферной жидкости при 20-120 С (293-393 К) и давлении 100 МПа на ВСН-3 и КЦ-3. Из данных, приведенных в табл. 4 и 5, видно, что буферная жидкость термостойка до 120 С и значительно разжижает буровой раствор в зоне смешения. Ввиду комплексного действия (разжижает буровой раствор в зоне 25 Буферная жидкость с регулируемой плотностью проста в приготовлении и отвечает всем технологическим требованиям, предъявляемым к буферным жидкостям, готовится на применяемой ЗО при цементировании технике и экономичнее известных буферных жидкостей, причем затворение ее возможно на воде любой степени минерализации. Таблица 1 Минерализация, г/л Плотность буферной жидкости / з Вода 0,05 1400 Техническая 15,0 1530 Морская 25,5 1900 Хлорномагниевая 1920 1950 2220 23,4 Сульфатнонатриевая 31, 1 Хлориднокальциевая 89,0 Хлориднокальциевая 189,6 смешения и сохраняет реологические . свойства после нее) применение настоящей буферной жидкости повысит степень вытеснения буровых растворов различной плотности (1,04- 2, 22 кг/м ), очистку скважин и обсадных труб от глинистой корки. Оптимальный состав буферной жидкости определяют по изменению концентрации хромпика и КССБ-2. При уменьшении содержания хромпика меньше 1,357. и КССБ-2 меньше 7,77. структурообразование системы отсутствует. Напротив, при увеличении концентрации бихромата натрия или калия более 3,47 и КССБ-2 более-12,37 буферная жидкость становится вязко-упругой. В результате лабораторных исследований (табл. 2 и 3) установлено, что диапазон регулирования плотности буферной жидкости расширяется с уменьшением концентрации бихромата натрия или калия и КССБ-2 ° Состав буферной жидкости, мз Хром- КССБ-2 NaOH Вода Барит пик 49 207,2 15,4 750,4 378 188,2 15,3 739 535,5 21 159,6 13,3 927,1 779 159,7 13,4 938,7 787,2 163>8 13>6 9647 799 ° 5 186,5 15,5 1084,4 910,2 1155723 ф Ф МЪ Л ф Ф Л < МЪ Ф Л о о о о о о о о о оо б В а В 1 В В В В ° В О О О О О О О О О ОО О ф о 1 1 о о В б ° (Ч 5 й О (Ч МЪ 1Ф сФ М Iol »Ф 0 ф М М МЪ CV»Ф О М М М М Ф (1 йъ 0 Cl в о О Ф CCI Ф О .Ф а ° 1 0Ч е CV М Ф ОЪ МЪ 0е !е О О О а I6 0! 04 IO Ф 00 В O ° е В 1 в ° е»! ! lC 9l Ф CI ф О 0I О л "л е М,Ч МЪ О О CO МЪ ф МЪ М N 0Ч Ñ0 00 Л f4 СЧ сЧ 0Ъ 0 CIw о.! МЪ N МЪ О О О В В В СЧ sn о л О В В В N N g ф ф .Ф.л а 1 1 1 »» в ° 1 а 1 е» е» е» 1. 0l 0I Ю CJ Ф л N N ° Ф Ф Г! CV IN CV ° Ф Ф N 4Ч МЪ I0 Л СЧ N C4 43 Ф CV СЧ Ч! Ф C4 N N аб Д » !! 0, К,00! Лкй2 О I0 к к й О а а О О 0 О ! к CC 0 t Я ! 0 CI! Э а Вй! ! 0 ! ! МЪ МЪ 1 O О МЪ 01 МЪ а М\ <Ч I»I ° ° - Oi 00 в ф М ф О МЪ МЪ еФ в МЪ 0Ч Ф МЪ В О %0 М МЪ О Ф О МЪ МЪ МЪ 0Ч М Ф МЪ е ° ф сФ Ф . МЪ IA МЪ . Ill Ч! М 00 Л СЧ СЧ М Ос М а а В 0I М 1 ° ° 0. 4 МЪ МЪ МЪ а В Ф М М М М 1,1 ° Ф М М М Ch а В Ф л М ф Ch 01 в O л. л " 00 4! М\ Ф Л О б ° ° О О МЪ МЪ Ф Ф О О МЪ чО Л В В Р О МЪ Ф л В ф\ О .C) М ЛФ, О л л В В О О 0! О ° »» В, ° ° В ф ф ° а ° Ф Ф ° . е» Л Ф М а ° В Л 00 00 Л Ф В В Л ф 1 ° Ф N Л Л ° ° Л Л В O 00 ф МЪ g В 1 О О МЪ IA М о а ° ° МЪ М О Ф а а а ° 04 М CV 00 а а ° Ф Ф О ФЧ О .О 0Ч О О В ЕЧ N а! к 0! л О 5О М 0! б O 0l 0I ф 0 В МЪ МЪ М. О О Л МЪ 00 1 O 1 ° ° 4Ч ° е» ° 03 0! Ф Ю Ф !» и Изб!К 0I 3 5 Cl ! 0l 0l в МЪ К Й 0! 0! Э 0l В i 155723 Таблица 3 Состав тампонажТампонажный Время загустевания, ч-мин раствор, плотность, кг/и . Температура, К Давление, Па ного раствора ОЦГ + 0,3Х КСДБ Облегченный тампонажный 45,0 2-50 363 раствор р=1,52 393 3-00 100, 0 2-50 45,0 363 393 3-00 100, 0 Тампон ажный раствор, р= 1,82 45,0 363 2-20 2-30 100,0 393 363 45,0 2-30 100,0 2-30 Не загустел 393 Тампонажный раствор р = 2,04 363 45,0 3-00 393 2-50 363 45,0 100, 0 393 Тампон ажный цемент р = 2,22 363 45,0 2-50 100,0 393 2-30 363 45,0 2-50 Не загустел . 393 2-30 Не загустел 393 100, 0 Буферная жидкость". + облегченный тампонажный раствор 1:9 р = 1,52 Буферная жидкость * + там-. понажный раствор 1:9 р = 1,80 Буферная жидкость" * + тампонажный раствор 1:9 р 2,02. Тампонажный раствор + буферная жидкость ** 1:9 р 2,20 Портландцемент + Ф 0 ЗХ КСДБ3 0,04Х хромпика В:Ц вЂ” 0 5 ПЦ УЦГ-2 50:50 0,32Х-КСДБФ 0,04Х-хромника, В:Ц - 0,4 Цемент, УЦГ-2 + + 0 ° 4X-КСДБ,; 0,06Х-хромпика, В:Ц-О,З Условия испытания 3-00 Не загустел 2-00 Не загустел 1155723 Продолжение табл. 3 Время saryстенания, Ila ч-мни Условия испытания Тампо нажный раствор, плот ность, кг/мз став ампонажго растра пера ОЦГ + 0,37КС,ПБ, В: Ц1,05 363 45,0 Несовместима 393 100, 0 Несовместима 1,5 кг/м 1,82 кг/м 2,04 кг/м 2,22 кг/м * р я* *** р **** р Пластическая вяз кость, у ИПа се рр пп Скванина Динамическое напрязение сдвига, г, дии/см е уфе рная идкость + буро» вой рас вор 1:9 Буферная яндкость + буровой раствор 1:9 р 1,63 . УщР NaOH 1** Приготовленный в лаборатории, морская вода, 15 г/л 16 28 7К 2** 808-Кум-Даг ° вода техничесaàÿ, 0,05 г/л р 2,1 Фхлс КСДБ йаОН 26 2 1 32 .& 48 28 Ж р е 1t78 КССБ-2 хромпик, ИаОН 3*" 25-Ионнуклыю хлориднокальциевая, 31,8 г/л 54 42 37 30 41 36 4** 6-Восточный Челекен, вода хлорнокальцневая, 70,8 г/л р 1,95 КСДБ хромпик,. NaOH 52. 61 54 OO 5*** 808-Кум -Даг, вода техническая, 0,05 г/л 48 39 32 27 + и Ф - для буферной ззщкости и ее смеси с буровым раствором в чиспителе при 299 К, в знаменателе при 333 К, буферная видкость приготовлена на морской воде буферная видкость приготовлена на пластовой воде (хлорно-каль- . циевой) Прототип Буферная жидкость БП-100 12Х хромпик ЗХ, ССБ 147, вода 45%, барит остальное р = 1,42 г/см Буферная жидкость + тампонажный раствор 1:9, р = 1,45 г/см Таблица 4 — т Плотность раствора, кг/м, химическая обработка Буровой В Буровой раствор раствор I155723 Таблица 5 Условия истления Б>розой раствор, пготность, кг/м Время загус" тевания, ч-мин IP п/и емпература К авлени Ипа УЩР NaOH 45,0 3-00 363 3-00 100,0 393 2, Буферная нидкость + + буровой раствор 1 9, р = 1 65* 45,0 2-55 363 393 2-50 Не загустел 100,0 3. Буровой раствор, р = 2,t вада техническая, 0,05 г/л ФХЛС КСДБ хромпик На ОН 363 45,0 3-00 2"55 100,0 393 363 2-55 4. Буровой раствор + + буферная кидкость 9: l, р 2,06* 45,0 100,0 2-50 Не загустел 393 3-00 КСДБ хромпик НаОН 45,0 363 100, 0 2-55 393 45 0 2-50 363 2-45 100,0 393 7. Буровой раствор, р =. 1,95, вода хлорно-хаяьциевая, 70,8 г/л КСДБ хромпик NaOH 363 45,00 100,0 393 8. Буферная нидкость + + буровой раствор 1:9, р 1,95Я 45,0 363 3-00 2-45 Be загустел 393 100,0 9. Буферная нидкость + + 6yposojl раствор (7) 1:9, р 1,96** 45еО 363 2-50 2-30 Не загустел 10, прототип*** 45 0 363 Несовместима 100 0 Несовместима 393 *:буферная нндхость приготовлена на морской воде «» буферная ндцхость приготовлена на пластовой воде *а* буровой раствор приготовлен на пластовой воде, а буферная вндность на пресной. ВНИИПИ Заказ 3065/28 Тираж 540 Подписное Филиал ППП "Патент", r Ужгород, ул.Проектнай, 4 1. Буровой раствор, прнготовленнмй в лаборатории, р = 1,63, вода морская 15 г/л 5. Буровой раствор, р 1,74, вода хлорно-кальциевая,. 31,8 г/л 6. Буферная видкость .+ буровой раствор 1:9, р = 1,70Я Буферная нидкость: БП-100 122» хромпнх 3З, ССБ 14а, да 45И, утянеянтель до необходимой. цпотностн Состав бурового раствора, химическая обработка
