Порошковый концентрат для вязкоупругого разделителя буровых потоков "кемфор-компаунд"

Изобретение относится к нефтегазодобывающей отрасли и предназначено для вытеснения и разделения буровых растворов на водной или нефтяной основе от тампонажных растворов при цементировании нефтяных, газовых, газоконденсатных и геологоразведочных скважин, для очистки ствола скважины перед геофизическими исследованиями и для изоляционных работ в скважинах. Технический результат - повышение оперативности, успешности и качества цементирования скважин, изоляционных работ и подготовки ствола скважины к геофизическим исследованиям; достижение высокой эффективности использования бурового и промыслового оборудования; уменьшение материальных и трудовых затрат на стадии заканчивания скважины; повышение промышленной и экологической безопасности. Порошковый концентрат для вязкоупругого разделителя буровых потоков содержит, мас.%: вещество полиакриламидной природы 3,85-7,14, катализатор структурообразования - щелочной электролит 3,85-7,14, бихромат натрия или калия 14,28-15,38, лигоносульфонатный компонент остальное. В качестве вещества полиакриламидной природы концентрат содержит один из твердых порошковых реагентов марок “ПРАЕСТОЛ 2530”, “Клиар-Дрил 502”, “Смектекс”, “Кан-Флок С”, “Барафлок”, в качестве лигносульфонатного компонента - сухие технические немодифицированные лигносульфонаты или один из твердых порошковых реагентов марок: “Лигназ-1”, КССБ-5, ФХЛС, ФХЛС-Б, окзил, “Сперсен Си-Эф”, “Q-броксин”, “Борре-Син F”, “Борресол-FCL”, “Борресол-FCR”, в качестве щелочного электролита - гидроксид или карбонат натрия, гидроксид или карбонат калия, калий-натрий карбонат. 3 з.п. ф-лы, 1 табл.

 

Изобретение относится к нефтегазодобывающей отрасли и предназначено для вытеснения и разделения буровых растворов на водной или нефтяной основе от тампонажных растворов при цементировании нефтяных, газовых, газоконденсатных и геологоразведочных скважин, для очистки ствола скважины перед геофизическими исследованиями и для изоляционных работ в скважинах.

Известна буферная жидкость на основе сульфитно-спиртовой барды и бихромата натрия [1, 2]. Но она легко перемешивается с буровыми и тампонажными растворами; при сжатии необратимо деформируется, а ее закачка в скважину поршневыми насосами вследствие высокой вязкости затруднена и лимитирована во времени.

Близким техническим решением к предлагаемому является вязкоупругий состав, состоящий из полиакриламида, КССБ (конденсированной сульфит-спиртовой барды) и бихромата натрия [3]. Недостатками известного состава являются наличие в нем значительных количеств несвязанных токсичных катионов хрома, слабые структурно-механические свойства, длительные периоды гелеообразования, отрицательное воздействие на адгезию тампонажного камня к металлу обсадной колонны.

Техническим решением, выбранным нами в качестве прототипа [4], является вязкоупругий разделитель, включающий полиакриламидный компонент и гелеобразователь, в качестве которого используется химическая система

лигносульфонаты-бихромат в соотношении 40:1-166,7:1 при содержании ингредиентов, мас.%:

полиакриламид 0,25-0,50

лигносульфонаты 5-10

бихромат натрия или калия 0,060-0,125

вода остальное

Водные растворы компонентов известного реагента с температурой 20-80°С (в зависимости от требуемого для промысловой практики времени оперативной готовности) смешиваются, и формирующийся гель выдерживается перед закачкой в скважину. Но операция приготовления трех видов исходных растворов является долговременной, трудоемкой, требующей использования дополнительного оборудования и емкостей, а в зимнее время энергозатрат на подогрев. Недостатком известного решения является также относительно невысокая прочность и термосолестойкость вязкоупругого состава.

Решаемая изобретением задача - повышение прочности, термосолестойкости, оперативности приготовления вязкоупругого состава для разделения буровых потоков с целью предотвращения коагуляции, потери прокачиваемости при их контакте и перемешивании.

Технический результат, который может быть получен с использованием предлагаемого порошкового концентрата, повышение оперативности, успешности и качества цементирования скважин, изоляционных работ и подготовки ствола скважины к геофизическим исследованиям; достижение высокой эффективности использования бурового и промыслового оборудования; уменьшение материальных и трудовых затрат на стадии заканчивания скважины; повышение промышленной и экологической безопасности.

Для достижения заявленного настоящим изобретением технического результата порошковый концентрат для вязкоупругого разделителя буровых потоков содержит вещества полиакриламидной природы, лигносульфонатный компонент, бихромат натрия или калия и отличается от известного решения тем, что применяются только сухие (порошковые) компоненты и состав дополнительно содержит катализатор структурообразования - щелочной электролит, при следующем соотношении исходных компонентов, мас.%:

вещество полиакриламидной природы 3,85-7,14

катализатор структурообразования - щелочной

электролит 3,85-7,14

бихромат натрия или калия 14,28-15,38

лигносульфонатный компонент остальное

В качестве вещества полиакриламидной природы порошковый концентрат для вязкоупругого разделителя буровых потоков содержит один из твердых (порошковых) реагентов следующих марок:

“ПРАЕСТОЛ 2530” - порошковый полиакриламидный реагент совместного производства ЗАО “Полиэкс” (г. Пермь) и компании “Штокхаузен Евразия. Техника и окружающая среда” (Германия) - понизитель водоотдачи и гидрофобизатор буровых растворов. (Спец. приложение к журналу “Нефть и капитал” - “Бурение”, №2, 2001, С.59-60).

“Клиар-Дрил 502” - порошковый полиакриламид, который обеспечивает контроль фильтрации жидкости в пресных и минерализованных буровых растворах и оптимизирует устойчивость (стабильность) разбуриваемых сланцев. (Проспект компании “Клиарвотер, ИНК.”, США “Химическое проектирование”, С.40. В России: г. Москва, ул. 1^я Тверская-Ямская, д.23, 8 этаж, оф.11, тел.[phone]).

“Смектекс” и “Кан Флок С” - порошковые полиакриламидные полимеры, применяемые для увеличения выхода бентонита и избирательного флокулирования низкодебитных твердых выбуренных частиц. Нефтепромысловые экологически безопасные реагенты производства фирмы “Кем-Трон”, США. (По данным “Композит-каталога нефтегазового оборудования и услуг”. - Выпуск 2, 1996-96, С.688-689. Издательство “Галф Паблишн Компани, Хьюстон, США).

“Барафлок” - порошковый полиакриламидный реагент, предназначенный для разглинизации буровых растворов. Продукт фирмы “Бэроид Дриллинг Флюидс”. (Проспект “Продукция фирмы “Бэроид” для ремонта и заканчивания скважин”, С.8. - Офис А/я 1675, г. Хьюстон, шт. Техас 77251).

В качестве лигносульфонатного компонента порошковый концентрат для вязкоупругого разделителя буровых потоков содержит:

Сухие технические немодифицированные лигносульфонаты (ТУ 13-0281038-034-97) производства ЗАО “Котласский ЦБК” (г. Коряжма Архангельской обл.) или один из видов твердых (порошкообразных) реагентов:

Кальциево-натриевый конденсированный лигносульфонат “Лигназ-1” (ТУ 17-06-311-94), реагент для снижения фильтрации и разжижения буровых растворов. Аналог КССБ-5. Производство НПП “Азимут” (г. Уфа).

ФХЛС-Б - синтетические высокомолекулярные реагенты ряда конденсированных лигносульфонатов (ТУ 2454-002-04698227-2000), регуляторы фильтрационных свойств и стабилизаторы буровых растворов. Производство НПП “Азимут” (г. Уфа).

Окзил - окисленный хромзамещенный лигносульфонатный реагент (ТУ-84-224-97). Производство НПО “Бурение” (г. Краснодар).

“Сперсен Си-ЭФ” - лигносульфонат, использующийся в качестве дефлокулянта во всех типах буровых растворов на водной основе, понизитель и стабилизатор фильтрации и вязкости. Продукция компании “Эм-Ай Дриллинг Флюидз Интернэшнл, Инк. (В России: 103064 г. Москва, Басманный тупик, 6, 5^й этаж, оф. 510. Тел/факс [phone]).

“Q-броксин” - порошковый феррохромлигносульфонат, регулятор вязкости и фильтрации буровых растворов. Производство компании “Бэроид Дриллинг Флюидз” (А/я 1675, г. Хьюстон, шт. Техас, 77251).

“Борре-Син Ф” - комплекс лигносульфоната натрия с железом, модифицированный привитой сополимеризацией с акриловой кислотой, “Борресол-FCL” и “Борресол-FCR” феррохромлигносульфонатные реагенты, понизители вязкости и термостабилизаторы буровых растворов. Продукция фирмы “Боррегаард”. Финляндия, Тампере, 33101, а/я 572).

В качестве катализатора структурообразования, щелочного электролита, порошковый концентрат вязкоупругого разделителя буровых потоков содержит гидроксид или карбонат натрия, гидроксид или карбонат калия, калий-натрий карбонат.

Приготовление порошкового концентрата вязкоупругого разделителя буровых потоков заключается в смешивании компонентов в заявленных соотношениях масс.

Пример №1. Приготовление порошкового концентрата при соотношении компонентов: “Праестол” 3,85%, карбонат натрия 3,85%, реагент ФХЛС 76,92%, бихромат натрия 15,38%. Концентрат готовят в определенной последовательности: навеску реагента “Праестол” 5 г растирают с навеской карбоната натрия 5 г. Отдельно растирают реагент ФХЛС в количестве 100 г и бихромат натрия 20 г. Для протекания твердофазных реакций оставляют две двухкомпонентные смеси на 24 часа при комнатной температуре. По истечении этого периода смеси объединяют, тщательно в течение 25-30 мин перемешивают в агатовой ступке до дисперсности полного просеивания через сито №0.09 по ГОСТ 6613-86. Упаковывают и хранят, исключая попадание влаги.

Пример №2. Приготовление порошкового концентрата при соотношении компонентов: “Праестол” 7,14%; карбонат натрия 7,14%; сухие технические (немодифицированные) лигносульфонаты 71,44%; бихромат натрия 14,28%. Концентрат готовят в последовательности согласно примеру №1, используя навески компонентов: “Праестол” 10 г; карбонат натрия 10 г; сухие технические (немодифицированные) лигносульфонаты 100 г; бихромат натрия 20 г.

Все другие составы порошкового концентрата готовят по аналогичной технологии, используя различные альтернативные марки взаимозаменяемых компонентов.

Для составов, приготовленных с содержанием компонентов ниже или выше заявляемых значений, не решается задача, поставленная изобретением, в области оперативного получения вязкоупругого разделителя буровых потоков, повышения его прочности и термосолестойкости. Без применения щелочных электролитов-катализаторов структурообразование ВУР не происходит.

Сущность изобретения состоит в том, что состав порошкового концентрата для вязкоупругого разделителя буровых потоков имеет такой качественный и количественный набор ингредиентов, который обеспечивает ускоренную трехмерную сшивку его полимерной структуры. Отсутствие в научно-технической и патентной литературе сведений об этом механизме свидетельствует о соответствии предлагаемого технического решения критерию “изобретательский уровень”.

Для сопоставительного анализа готовились составы по прототипу и порошковые концентраты согласно заявляемой формуле, которые использовали для приготовления вязкоупругого разделителя буровых потоков и определения времени его структурообразования при 20, 50 и 70°С, прочностных свойств и термосолестойкости.

Исследования проводились на реовискозиметре RM-180 (производства фирмы “Чэндлер энд Чэндлер Ко.” (США). Время начала образования вязкоупругой структуры определяют по изменению вязкости и растекаемости системы водной суспензии порошкового концентрата.

Прочность образовавшегося вязкоупругого разделителя определяют по величине статического напряжения сдвига. Термосолестойкость определяют после термостатирования в автоклавном устройстве.

Результаты исследований приведены в таблице.

Предлагаемое изобретение является новым и соответствует критерию “новизна”, т.к. в заявляемом порошковом концентрате для вязкоупругого разделителя буровых потоков впервые реализован принцип получения по твердофазной реакции материала, способного развиваться в водном растворе в пространственный комплементарный комплекс полиакриламидных и хромлигносульфонатных полимерных молекул.

Полученный на основе предлагаемого порошкового концентрата вязкоупругий разделитель буровых потоков является химической композиционной системой, по своим структурно-реологическим свойствам при сдвиговой деформации способной к вытеснению и разобщению буровых и тампонажных растворов, изоляции потоков пластовых флюидов.

Анализ известных технических решений по данным научно-техническим публикаций и патентным материалам показал, что в науке и технике нет объекта, аналогичного по заявляемой совокупности признаков и преимуществ, что дополнительно подтверждает вывод о соответствии заявляемого решения критериям “новизна” и “изобретательский уровень”.

Промышленная применимость изобретения подтверждена промысловыми испытаниями порошкового концентрата для вязкоупругого разделителя буровых потоков в процессе крепления скважин. На буровой площадке вязкоупругий разделитель готовят, используя цементировочный агрегат для приготовления суспензии вязкоупругого разделителя буровых потоков, формирования его структуры и закачивания ВУР в скважину.

В емкость агрегата набирается требуемый объем воды и при постоянном перемешивании тонкой струей всыпают 10% (по массе) порошкового концентрата для приготовления вязкоупругого разделителя буровых потоков. Перемешивание осуществляют струей прокачиваемого раствора, которую перемещают с помощью гибкого шланга по периметру емкости цементировочного агрегата. В этой же емкости суспензия порошкового концентрата для приготовления вязкоупругого разделителя буровых потоков через стадии растворения и набухания переходит к структурированию и сшивке.

Недопустимо грубое механическое перемешивание, которое может разрушить полимерный комплекс. Струйное перемешивание можно осуществлять дискретно, с перерывами по 10-15 мин через 1 час. Прекращают перемешивание при появлении признаков сшивки структуры - резкому повышению вязкости.

Время выдержки растворившейся суспензии порошкового концентрата вязкоупругого разделителя после возрастания вязкости перед закачкой в скважину составляет 30-40 мин. В промысловых условиях можно определить, что завершение структурирования наступает, когда контрольная проба при переливании из сосуда в сосуд свешивается упругим “языком”.

Анализ результатов лабораторных и промысловых исследований показал, что предлагаемое техническое решение позволяет реально в 7-10 раз (в сравнении с прототипом) снизить затраты времени использования технологического оборудования на приготовление вязкоупругих разделителей буровых потоков и, как следствие, снизить затраты рабочего времени персонала, расход горюче-смазочных материалов.

В плане технологической эффективности новый вязкоупругий разделитель, полученный на основе предлагаемого порошкового концентрата, обладает структурной прочностью в 1,7-2,2 раза выше, чем у известного, более высокой термостойкостью и устойчивостью к солям-компонентам пластовых флюидов.

Более высокие показатели прочности и термосолестойкости нового вязкоупругого разделителя, обусловленные предлагаемым техническим решением, позволят вязкоупругому составу выдержать большие перепады давления и воздействие агрессивных сред, увеличить продолжительность эффекта изоляции скважин. Как следствие этого, повышается качество разобщения буровых и тампонажных растворов, степень очистки ствола скважины перед специальными исследованиями и герметичность крепления.

Следует отметить, что в результате применения заявляемого порошкового концентрата для вязкоупругого разделителя буровых потоков расширяется номенклатура таких реагентов.

Ходатайствуем о присвоении заявляемому порошковому концентрату для вязкоупругого разделителя буровых потоков названия “Кемфор-Компаунд”.

Источники информации

1. С.В.Логвиненко, И.М.Фельдман, О.П.Кольцов, Д.А.Лоскутов, А.Н.Закхеев “Бурение”, 1978, № 12, с.23-25 (аналог).

2. SU, авторское свидетельство № 630401, М.кл.⁶ Е 21 В 33/138, 1976 (аналог).

3. Н.А.Мариампольский, Н.Б.Савенок, О.Н.Савенок “Комбинированное использование вязкоупругого состава и полимерцемента для ликвидации водопритока в эксплуатационной скважине. “Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море”. М., 1996, № 4, с.22-24 (аналог).

4. RU, патент № 2132446, кл. Е 21 В 33/138, С 09 К 7/02, 1999 (прототип).

Таблица
Составы для приготовления ВУР	Вязкость исходного раствора, мПа·с	Время технологической готовности (гелеобразования) ВУР перед закачкой в скважину час-мин, при температуре,°С	Прочность сформировавшейся структуры ВУР (СНС, Па)	Термостойкость вязкоупругого разделителя: остаточная прочность после прогрева при 150°С в течение 2 час в средах, СНС, Па	Затраты времени при промысловом приготовлении ВУР на один полный технологический цикл, агрегат. час	Способность ВУР к восстановлению сплошности после разрывов
		20	50	70		вода	Насыщенный раствор смесь хлоридов натрия, кальция и магния
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
по примеру 1	22,3	1-50	1-00	0-25	550	680	690	1-30	трех-четырехкратная
по примеру 2	25,0	2-15	1-10	0-40	700	800	820	2-00	дву-трехкратная
по прототипу* [4]	17,0	1-50	0-25	0-15	320	340	290	14-00	двукратная
* Примечание: приведены показатели для 20%-ного раствора исходных компонентов; 10%-ный раствор по прототипу не структурируется

1. Порошковый концентрат для вязкоупругого разделителя буровых потоков, содержащий вещество полиакриламидной природы, лигносульфонатный компонент, бихромат натрия или калия, отличающийся тем, что он дополнительно содержит катализатор структурообразования - щелочной электролит при следующем содержании исходных компонентов, мас. %:

Вещество полиакриламидной природы 3,85-7,14

Катализатор структурообразования - щелочной

электролит 3,85-7,14

Бихромат натрия или калия 14,28-15,38

Лигносульфонатный компонент Остальное

2. Концентрат по п.1, отличающийся тем, что в качестве вещества полиакриламидной природы он содержит один из твердых порошковых реагентов марок “ПРАЕСТОЛ 2530”, “Клиар-Дрил 502”, “Смектекс”, “Кан-Флок С”, “Барафлок”

3. Концентрат по п.1, отличающийся тем, что в качестве лигносульфонатного компонента он содержит сухие технические немодифицированные лигносульфонаты или один из твердых порошковых реагентов марок “Лигназ-1”, КССБ-5, ФХЛС, ФХЛС-Б, окзил, “Сперсен Си-Эф”, “Q-броксин”, “Борре-Син F”, “Борресол-FCL”, “Борресол-FCR”

4. Концентрат по п.1, отличающийся тем, что в качестве катализатора структурообразования - щелочного электролита он содержит гидроксид или карбонат натрия, гидроксид или карбонат калия, калий-натрий карбонат.