Уплотняющая жидкость для заделки зоны подземной формации вокруг буровой скважины, способ заделки зоны подземной формации вокруг буровой скважины, уплотняющая жидкость на эмульсионной основе для контроля скважины, способ получения уплотняющей жидкости

 

Сущность: уплотняющая жидкость для заделки зоны подземной формации вокруг буровой скважины, состоящая из эмульсии, включающей (а) однородную фазу, содержащую гидрофобную жидкость, эмульгатор и поперечно-связывающий агент для полисахарида, и (в) дисперсную фазу, содержащую воду и полисахарид. Вариант уплотняющей композиции содержит в дополнение утяжеляющий материал в дисперсной фазе. Описан также способ получения уплотняющей жидкости и способ тромбования зоны подземной формации, в которой проходит буровая скважина и жидкость, в которой сообщается с зоной, в соответствии с которым новая уплотняющая жидкость нагнетается в зону через буровую скважину и подвергается силам высокого сдвига в скважине, в результате чего полисахарид и поперечно-связывающий агент приводятся в контакт друг с другом с последующим инициированием поперечного связывания полисахарида и схватыванием уплотняющей жидкости. Изобретение позволяет получить улучшенную по свойствам уплотняющую жидкость и ослабить или предотвратить нежелательный выброс в скважине или из нее. 4 с. и 24 з. п. ф-лы.

Изобретение относится к уплотняющей жидкости на эмульсионной основе, способу ее получения и способу заделки зоны подземной формации, через которую проходит буровая скважина.

В области техники известно множество гелеобразующих композиций для использования в качестве жидкостей контроля скважин при бурении скважин для добычи нефти и газа, например, в случаях, когда скважинные жидкости уходят в формацию или в скважину из формации течет жидкость или газ. В таких известных гелеобразующих композициях известно использование полисахаридов в целях сгущения, см. например, патенты Норвегии N 116667 и N 161625, патент США N 4634538 и патент Великобритании N 1406513.

Известно также использование в качестве уплотняющих жидкостей так называемых реотропных жидкостей. Эти жидкости сгущаются, когда подвергаются высокому сдвигающему напряжению. Реотропная жидкость должна иметь физические характеристики, которые позволяли бы ее легко закачивать через систему бурового раствора (состояние 1) к буровой головке, когда происходит просачивание в формацию. Сдвигающее напряжение создается, когда жидкость форсируется через форсунки буровой головки, где падение давления будет составлять в пределах от около 50 до 120 бар, и в результате этого напряжения происходит сгущение жидкости (состояние 2). Однако нужно, чтобы было достаточно времени для того, чтобы жидкость вошла в формацию и уплотнила ее до того, как она загустеет.

Патент США N 4663366 (Carr Corporation) раскрывает реотропную жидкость такого характера и эмульсионную технологию для контроля сгущения жидкости. В соответствии с патентом используется эмульсия вода - в масле с содержанием поликарбоновой кислоты, в которой: масляная фаза включает диспергированную в ней гидратируемую водонабухаемую гидрофильную глину, такую, как бентонит, и дополнительно содержит растворяющееся ПАВ, состоящее из производного полиамина, и водная фаза включает растворенные в ней полиакриламид и поликарбоновую кислоту.

Важно, чтобы бентонит держался отдельно от воды до начала нужного сгущения жидкости. Для этой цели каждая капля диспергированной водной фазы покрывается мембраной или пленкой полимерного материала, который образуется как следствие диспергирования или эмульгирования водной фазы в масляной фазе эмульсии. Пленка или мембрана образуется как результат взаимодействия поверхности раздела между производным полиамина в масляной фазе и полиакриламида и поликарбоновой кислоты в диспергированной водной фазе. Когда эмульсия подвергается большим силам сдвига, защитная пленка вокруг диспергированных капель и эмульсии разрывается и бентонит приходит в контакт с водой, с последующим набуханием бентонита и, следовательно, сгущением жидкости. Однако для реотропной жидкости патента США N 4663366 достигаемое соотношение вязкости жидкости в состоянии 2 и вязкости жидкости в состоянии 1 меньше, чем желательно.

Известна уплотняющая жидкость для заделки зоны подземной формации вокруг буровой скважины, содержащая полисахарид, воду и сшивающий агент для полисахарида (US, патент N 4783492, кл. C 09 K 7/02, 1988). Известен также способ заделки подземной формации вокруг буровой скважины, включающей нагнетание в указанную зону через буровую скважину уплотняющей жидкости, содержащей воду и полисахарид, при воздействии сдвигающих усилий в буровой скважине, например, при пропускании жидкости через форсунки буровой головки (US, патент N 3986964, кл. C 09 K 7/02, 1976).

Известно, что контроль за состоянием скважины можно осуществлять за счет использования в составе уплотняющей жидкости утяжеляющего материала, что предотвращает внезапные выбросы (US, патент N 4519922, кл. C 09 K 7/00, 1985).

Известна уплотняющая жидкость на эмульсионной основе для контроля скважины, содержащая утяжеляющий материал.

Известен также способ получения уплотняющей жидкости, включающий смешение гидрофобной жидкости, утяжеляющего материала, эмульгатора, полимерного реагента и воды (SU, авторское свидетельство N 933695, кл. C 09 K 7/02, 1982).

Изобретение решает задачу получения уплотняющей жидкости, проявляющей значительно улучшенные свойства в сравнении с уплотняющими жидкостями, известными на сегодняшний день.

Поставленная задача решается за счет того, что уплотняющая жидкость для заделки зоны подземной формации вокруг буровой скважины, содержащая полисахарид, воду и сшивающий агент для полисахарида, представляет собой эмульсию, объем которой составляет 5 - 50% непрерывной фазы, содержащей 800 - 998,5 мл/л гидрофобной жидкости, 0,5 - 100 мл/л эмульгатора и 1 - 100 г/л поперечно-сшивающего агента для полисахарида, и 50 - 95% - объем дисперсной фазы, содержащей 3 - 50 г/л полисахарида и 950 - 997 мл/л воды.

Эмульсия может включать 20 - 40% объема непрерывной фазы, содержащей 900 - 997 мл/л гидрофобной жидкости, 1 - 50 мл/л эмульгатора и 2 - 50% поперечно-сшивающего агента для полисахарида, и 60 - 80% объема дисперсной фазы, содержащей 5 - 30 г/л полисахарида и 970 - 995 мл/г воды.

Причем гидрофобная жидкость выбирается из минеральных масел, растительных масел, сложных и простых эфиров, а поперечно-сшивающий агент для поперечного связывания полисахарида содержит двухвалентные или трехвалентные ионы металла в активной форме, при этом поперечно- сшивающим агентом является альдегид, а полисахаридом является ксантан, алгинат или склероглюкан.

Гидрофобная жидкость может содержать водоабсорбирующий материал, который представляет собой минерал глины, в частности бентонит.

Используемый эмульгатор обладает устойчивостью к щелочам и стабилен при pH 11 - 13, и эмульгатор является на основе триглицерида.

Уплотняющая жидкость может быть представлена эмульсией вода - в масле, состоящей из около 25% по объему непрерывной масляной фазы, содержащей около 968 мл/л низкоароматического керосина, около 12 мл/л эмульгатора на основе триглицерина, около 16 г/л бентонита и около 24 г/л гидроокиси кальция, и около 75% по объему дисперсной водной фазы, содержащей ксантана около 8 г/л и воды около 992 мл/л.

Способ заделки зоны подземной формации вокруг буровой скважины, включающий нагнетание в указанную зону через буровую скважину уплотняющей жидкости, содержащей воду и полисахарид, при воздействии сдвигающих усилий в буровой скважине, например при пропускании жидкости через форсунки буровой головки, предусматривает использование в качестве уплотняющей жидкости эмульсии, состоящей из 5 - 50% по объему непрерывной фазы, содержащей 800 - 998,5 мл/л гидрофобной жидкости, 0,5 - 100 мл/л эмульгатора и 1 - 100 г/л поперечно-сшивающего агента, для полисахарида и 50 - 95% по объему из дисперсной фазы, содержащей 3 - 50 г/л полисахарида и 950 - 997 мл/л воды, причем в результате воздействия на эмульсию сдвигающих усилий полисахарид и поперечно-сшивающий агент приводятся в контакт друг с другом, вследствие чего инициируется поперечное связывание полисахарида и схватывание уплотняющей жидкости.

Уплотняющая жидкость на эмульсионной основе для контроля скважины, содержащая утяжеляющий материал, представляет собой эмульсию, состоящую из 5 - 50 об.% непрерывной фазы, содержащей 800 - 998,5 мл/л гидрофобной жидкости, 0,5 - 100 мл/л эмульгатора, 1 - 100 г/л поперечно-сшивающего агента для полисахарида и 50 - 95 об.% дисперсной фазы, содержащий 600 - 983 мл/л воды, 3 - 50 г/л полисахарида, 100 - 2500 г/л утяжеляющего материала.

Уплотняющая жидкость может быть представлена эмульсией, содержащей 20 - 40 об.% непрерывной фазы, содержащей 900 - 997 мл/л гидрофобной жидкости, 1 - 50 мл/л эмульгатора, и 2 - 50 г/л поперечно-сшивающего агента для полисахарида, и 60 - 80 об.%, дисперсной фазы, содержащей 5 - 30 г/л полисахарида, 1000 - 2500 г/л утяжеляющего материала, причем гидрофобная жидкость выбирается из минеральных масел, растительных масел, сложных и простых эфиров.

Используемый поперечно-сшивающий агент для поперечного связывания полисахарида содержит двухвалентные или трехвалентные ионы металла в активной форме, при этом поперечно-сшивающим агентом является альдегид, а полисахаридом является ксантан, алгинат или склероглюкан, эмульгатор является на основе триглицерида.

Используемая гидрофобная жидкость содержит водоабсорбирующий материал, водоабсорбирующим материалом является минерал глины, в частности бентонит, используемый утяжеляющий материал выбирается из барита, илменита, гематита, стальных шариков и карбоната кальция.

Уплотняющая жидкость может быть представлена эмульсией вода - в масле, состоящей из около 25 об.%, масляной фазы, включающей около 968 мл/л низкоароматического керосина, около 12 мл/л эмульгатора на основе триглицерида, около 16 г/л бентонита, около 24 г/л гидроокиси кальция, около 75 об.% дисперсной водной фазы, включающей около 682 мл/л воды, около 8 г/л ксантана, и около 1300 г/л барита.

Причем эмульгатор обладает устойчивостью к щелочам и стабилен при величинах pH 11 - 13.

Способ получения уплотняющей жидкости, включающий смешение гидрофобной жидкости, утяжеляющего материала и эмульгатора, полимерного реагента и воды, предусматривает, что сначала готовят первую смесь перемешиванием гидрофобной жидкости, эмульгатора с дополнительно вводимым поперечно-сшивающим агентом, затем готовят вторую смесь перемешиванием воды, полисахарида и утяжеляющего материала, после чего постепенно при взбалтывании вводят вторую смесь в первую смесь для получения эмульсии водной дисперсной фазы в гидрофобной жидкости.

Уплотняющую жидкость можно использовать для ослабления или предотвращения нежелательных выбросов в скважине или из нее.

Пример 1. Не утяжеленная уплотняющая жидкость.

1 л эмульсии вода - в масле готовился следующим образом. 0,75 л воды и 4,0 г ксантана смешивались при взбалтывании в чаше объемом 2 л (чаша 1) и таким же образом при взбалтывании в другой чаше в 2 л (чаша 2) смешивались 0,25 л "EXXSOL D60", 3 мл "Emulsogen " (неионный сложный эфир жирной кислоты) и 5,0 г Ca(OH)₂. Затем с помешиванием смесь в чаше 1 добавлялась к смеси в чаше 2.

Полученная эмульсия заканчивалась под давлением в 60 бар через форсунку и в чашу, где она застывала в течение 5 мин. После 24 ч измерялось сдвигающее напряжение, которое составило 6000 Па.

Во время схватывания эмульсии отделилось некоторое количество свободной воды. Этого отделения можно избежать введением водоабсорбентного материала, такого, как бентонит, в смесь на основе масла (чаша 2). Это было сделано в примере 2.

Пример 2. Неутяжеленная уплотняющая жидкость.

Было приготовлено 150 л эмульсии вода - в масле, состоящей из: a/ 25 об. % масляной фазы, содержащей 968 мл/л масла "Exxsol D60", 12 мл/л "Emulsogen" α , 16 г/л бентонита, 24 г/л гидроокиси кальция, b/ около 75 об.% водной фазы, содержащей 992 мл/л воды и 8 г/л ксантана.

112 л воды и 900 г ксантана в виде порошка смешивались в реакторе в 2200 л (реактор 1), снабженном пропеллерной мешалкой, вращающейся со скоростью 400 об/мин, 37 л "Exxsol D60" (низкоароматический керосин), 300 мл "Emulsogen" (неионный сложный эфир жирной кислоты), 900 г измельченного Ca(OH)₂ и 600 г бентонита в порошковом виде смешивались в реакторе в 1200 л объемом (реактор 2), снабженном пропеллерной мешалкой, работающей со скоростью 400 об/мин. Затем в течение 8 мин постепенно с вращением 400 об/мин ксантановая смесь в реакторе 1 переносилась при 20^oC в реактор 2.

Полученная эмульсия имела плотность около 0,95 г/мл. Она не меняла свойств при заканчивании центробежным насосом в течение 2 ч, периода, когда температура поднималась с 20 до 40^oC. Испытание было повторено через 24 ч с тем же результатом.

Циркулярное заканчивание центробежным насосом, вызывающее подъем температуры до 62^oC, дало схватывание эмульсии в реакторе смешивания в состоянии 1. Однако сдвигающее напряжение не измерялось и таким образом было ниже 200 Па. Это предполагает, что стабильность снижается, когда температура эмульсии повышается с 40 до 60^oC в эмульсии. Однако поскольку застывшая эмульсия еще оставалась в состоянии 1, ее можно было вновь взболтать до образования жидкого гомогенного состояния.

После того, как эмульсия была подвергнута падению давления в 100 бар пропусканием через игольчатый клапан, она схватывалась после 2 мин. При комнатной температуре измерялись следующие величины сдвигающего напряжения: После 10 мин - 8000 Па После 24 ч - 10 - 12 Па После 2 дней (48 ч) - 10 - 12 Па Свободной воды или масла не наблюдалось.

Пример 3. Утяжеленная уплотняющая жидкость.

1,362 л эмульсии вода - в масле готовились следующим образом. 0,75 л воды и 6,0 г ксантана смешивались при взбалтывании в чаше объемом 2 л (чаша 1). Смесь оставлялась на 1 ч, после чего к ней добавлялось 1800 г илменита. В другой 2-литровой чаше (чаша 2) со взбалтыванием смешивались 0,25 л "Exxsol D60", 1,0 мл " Safemul PE" (эмульгатор на основе триглицерида) и 8,0 г Ca(OH)₂. Затем при взбалтывании смесь в чаше 1 добавлялась к смеси в чаше 2. Получалась эмульсия с плотностью в 2,0 г/см³.

Полученная эмульсия закачивалась с давлением в 60 бар через форсунку и в чашу, где она застывала в течение 1 мин. После 24 ч измерялось сдвигающее напряжение, которое было 16000 Па.

Во время схватывания эмульсии отделялось некоторое количество свободной воды. Этого можно избежать включением водоабсорбентного материала, такого, как бентонит в смесь на масляной основе (чаша 2).

Пример 4. Утяжеленная уплотняющая жидкость.

1,375 л эмульсии вода - в масле готовились следующим образом. 0,75 л воды и 6,0 г ксантана смешивались со взбалтыванием в чаше объемом 2 л (чаша 1). Смесь выстаивалась 1 ч, после чего к ней добавлялось 1500 г барита. В другой 2-литровой чаше (чаша 2) со взбалтыванием смешивались 0,25 л "Exxsol D60", 1,0 мл "Safemul PE" (эмульгатор на основе триглицерида) и 8,0 г Ca(OH)₂. Затем при взбалтывании смесь в чаше 1 добавлялась к смеси в чаше 2. Получалась эмульсия с плотностью 1,80 г/см³.

Полученная эмульсия закачивалась с давлением в 60 бар через форсунку в чашу, где она застывала в течение 2 мин. После 24 ч измерялось сдвигающее напряжение, которое составило 14000 Па.

Во время схватывания эмульсии отделялось некоторое количество свободной воды. Этого можно избежать включением водоабсорбентного материала, такого, как бентонит, в смесь на масляной основе (чаша 2).

Формула изобретения

1. Уплотняющая жидкость для заделки зоны подземной формации вокруг буровой скважины, содержащая полисахарид, воду и сшивающий агент для полисахарида, отличающаяся тем, что она представляет собой эмульсию, объем которой составляет 5 - 50% непрерывной фазы, содержащей 800 - 998,5 мл/л гидрофобной жидкости, 0,5 - 100 мл/л эмульгатора и 1 - 100 г/л поперечно-сшивающего агента для полисахарида, и 50 - 95% - объем дисперсной фазы, содержащей 3 - 50 г/л полисахарида и 950 - 997 мл/л воды.

2. Уплотняющая жидкость по п.1, отличающаяся тем, что эмульсия включает 20 - 40% объема непрерывной фазы, содержащей 900 - 997 мл/л гидрофобной жидкости, 1 - 50 мл/л эмульгатора и 2 - 50% поперечно-сшивающего агента для полисахарида, и 60 - 80% объема дисперсной фазы, содержащей 5 - 30 г/л полисахарида и 970 - 995 мл/г воды.

3. Уплотняющая жидкость по п.1 или 2, отличающаяся тем, что гидрофобная жидкость выбирается из минеральных масел, растительных масел, сложных и простых эфиров.

4. Уплотняющая жидкость по любому из пп. 1 - 3, отличающаяся тем, что поперечно-сшивающий агент для поперечного связывания полисахарида содержит двухвалентные или трехвалентные ионы металла в активной форме.

5. Уплотняющая жидкость по любому из пп. 1 - 3, отличающаяся тем, что поперечно-сшивающим агентом является альдегид.

6. Уплотняющая жидкость по любому из пп. 1 - 5, отличающаяся тем, что полисахаридом является ксантан, алгинат или склероглюкан.

7. Уплотняющая жидкость по любому из пп. 1 - 6, отличающаяся тем, что гидрофобная жидкость содержит водоабсорбирующий материал.

8. Уплотняющая жидкость по п. 7, отличающаяся тем, что водоабсорбирующий материал представляет собой минерал глины, в частности бентонит.

9. Уплотняющая жидкость по любому из пп. 1 - 8, отличающаяся тем, что эмульгатор обладает устойчивостью к щелочам и стабилен при pH 11 - 13.

10. Уплотняющая жидкость по п. 9, отличающаяся тем, что используют эмульгатор на основе триглицерида.

11. Уплотняющая жидкость по любому из пп. 1 - 10, отличающаяся тем, что она представляет собой эмульсию вода в масле, состоящую из около 25% по объему непрерывной масляной фазы, содержащей около 968 мл/л низкоароматического керосина, около 12 мл/л эмульгатора на основе триглицерина, около 16 г/л бентонита и около 24 г/л гидроокиси кальция, и около 75% по объему дисперсной водной фазы, содержащей ксантана около 8 г/л и воды около 992 мл/л.

12. Способ заделки зоны подземной формации вокруг буровой скважины, включающий нагнетание в указанную зону через буровую скважину уплотняющей жидкости, содержащей воду и полисахарид, при воздействии сдвигающих усилий в буровой скважине, например, при пропускании жидкости через форсунки буровой головки, отличающийся тем, что в качестве уплотняющей жидкости используют эмульсию, состоящую из 5 - 50% по объему непрерывной фазы, содержащей 800 - 998,5 мл/л гидрофобной жидкости, 0,5 - 100 мл/л эмульгатора и 1-100 г/л поперечно-сшивающего агента для полисахарида и 50 - 95% по объему дисперсной фазы, содержащей 3 - 50 г/л полисахарида и 950 - 997 мл/л воды, причем в результате воздействия на эмульсию сдвигающих усилий полисахарид и поперечно-сшивающий агент приводятся в контакт друг с другом, вследствие чего инициируется поперечное связывание полисахарида и схватывание уплотняющей жидкости.

13. Способ по п. 12, отличающийся тем, что в нем используется уплотняющая жидкость по любому из пп. 2 - 11.

14. Уплотняющая жидкость на эмульсионной основе для контроля скважины, содержащая утяжеляющий материал, отличающаяся тем, что она представляет собой эмульсию, состоящую из 5 - 50 об.% непрерывной фазы, содержащей 800 - 998,5 мл/л гидрофобной жидкости, 0,5 - 100 мл/л эмульгатора, 100 г/л поперечно-сшивающего агента для полисахарида и 50 - 95 об.% дисперсной фазы, содержащей 600 - 983 мл/л воды, 3 - 50 г/л полисахарида, 100 - 2500 г/л утяжеляющего материала.

15. Уплотняющая жидкость по п.14, отличающаяся тем, что эмульсия содержит 20 - 40% по объему непрерывной фазы, содержащей 900 - 997 мл/л гидрофобной жидкости, 1 - 50 мл/л эмульгатора, и 2 - 50 г/л поперечно-сшивающего агента для полисахарида, и 60 - 80 об.% дисперсной фазы, содержащей 5 - 30 г/л полисахарида, 1000 - 2500 г/л утяжеляющего материала.

16. Уплотняющая жидкость по п.14 или 15, отличающаяся тем, что гидрофобная жидкость выбирается из минеральных масел, растительных масел, сложных и простых эфиров.

17. Уплотняющая жидкость по любому из пп. 14 - 16, отличающаяся тем, что поперечно-сшивающий агент для поперечного связывания полисахарида содержит двухвалентные или трехвалентные ионы металла в активной форме.

18. Уплотняющая жидкость по любому из пп. 14 - 17, отличающаяся тем, что поперечно-сшивающим агентом является альдегид.

19. Уплотняющая жидкость по любому из пп. 14 - 18, отличающаяся тем, что полисахаридом является ксантан, алгинат или склероглюкан.

20. Уплотняющая жидкость по любому из пп. 14 - 19, отличающаяся тем, что используют эмульгатор на основе триглицерида.

21. Уплотняющая жидкость по любому из пп. 14 - 20, отличающаяся тем, что гидрофобная жидкость содержит водоабсорбирующий материал.

22. Уплотняющая жидкость по п. 21, отличающаяся тем, что водоабсорбирующим материалом является минерал глины, в частности бентонит.

23. Уплотняющая жидкость по любому из пп. 14 - 22, отличающаяся тем, что утяжеляющий материал выбирается из барита, илменита, гематита, стальных шариков и карбоната кальция.

24. Уплотняющая жидкость по п. 23, отличающаяся тем, что утяжеляющим материалом является барит.

25. Уплотняющая жидкость по любому из пп. 19 - 24, отличающаяся тем, что она представляет собой эмульсию вода - в масле, состоящую из около 25% по объему, масляной фазы, включающей около 968 мл/л низко-ароматического керосина, около 12 мл/л эмульгатора на основе триглицерида, около 16 г/л бентонита, около 24 г/л гидроокиси кальция и около 75% по объему дисперсной водной фазы, включающей около 682 мл/л воды, около 8 г/л ксантана и около 1300 г/л барита.

26. Уплотняющая жидкость по любому из пп. 14 - 25, отличающаяся тем, что эмульгатор обладает устойчивостью к щелочам и стабилен при pH 11 - 13.

27. Способ получения уплотняющей жидкости, включающий смешение гидрофобной жидкости, утяжеляющего материала и эмульгатора, полимерного реагента и воды, отличающийся тем, что сначала готовят первую смесь перемешиванием гидрофобной жидкости, эмульгатора с дополнительно вводимым поперечно-сшивающим агентом, затем готовят вторую смесь перемешиванием воды, полисахарида и утяжеляющего материала, после чего постепенно при взбалтывании вводят вторую смесь в первую смесь для получения эмульсии водной дисперсной фазы в гидрофобной жидкости.

28. Уплотняющая жидкость по любому из пп. 14 - 26, отличающаяся тем, что ее используют для ослабления или предотвращения нежелательных выбросов в скважине или из нее.

Приоритет по пунктам:
28.05.93 по пп. 1 - 14;
15.09.93 по пп. 15 - 28.