Универсальная буферная жидкость

Изобретение относится к креплению нефтяных и газовых скважин, в частности к цементированию обсадных колонн. Технический результат - повышение моющей способности буферной жидкости и устойчивости моющего действия в условиях глинонасыщения, а также увеличение герметичности контакта цементный камень – обсадная труба. Буферная жидкость на водной основе, содержащая углещелочной реагент, карбоксиметилцеллюлозу и утяжелитель, дополнительно содержит триполифосфат натрия при следующем соотношении ингредиентов, мас.%: углещелочной реагент 8-12, карбоксиметилцеллюлоза 0,45-1,0, триполифосфат натрия 0,1-1,0, утяжелитель 0-70, вода остальное. 3 табл.

 

Изобретение относится к бурению нефтяных и газовых скважин, в частности к цементированию обсадных колонн.

Известна буферная жидкость, содержащая агримус (лигнин), кальцинированную соду, карбоксиметилцеллюлозу, (КМЦ) утяжелитель и воду (а.с. СССР № 654795, Е 21 В 33/138, 01.02.1977).

Известна буферная жидкость для разделения бурового и цементного растворов при цементировании обсадных колонн, содержащая углещелочной реагент, КМЦ, нитрилотриметилфосфоновую кислоту, утяжелитель и воду (патент № 2199648, Е 21 В 33/138, 14.05.2001 г. - прототип).

Недостатком этих буферных жидкостей является их недостаточная моющая способность.

Задача изобретения - создание универсальной буферной жидкости с пониженной водоотдачей, обеспечивающей надежное разделение буровых растворов от тампонажных за счет исключения загустевания их контактных зон, а также обеспечение высокой седиментационной устойчивости при ее утяжелении, в то же время обладающей высокой моющей способностью, что обеспечивает лучший смыв глинистой корки со стенок скважины и пленок с обсадных труб, что повышает качество цементирования скважин.

Это достигается тем, что буферная жидкость на водной основе, содержащая углещелочной реагент, карбоксиметилцеллюлозу, с утяжелителем, дополнительно содержит триполифосфат натрия, при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:

Углещелочной реагент 8-12

Карбоксиметилцеллюлоза 0,45-1,0

Триполифосфат натрия 0,1 -1,0

Утяжелитель 0-70

Вода остальное

Техническим результатом изобретения является повышение моющей способности буферной жидкости и устойчивости моющего действия в условиях глинонасыщения, а также увеличение герметичности контакта цементный камень - обсадная труба.

Предлагаемая буферная жидкость отличается от аналога и прототипа тем, что содержит в совокупности углещелочной реагент (УЩР) и триполифосфат натрия (ТПФNa), которые, взаимодействуя, увеличивают содержание водорастворимых гуматов натрия и содержание свободной щелочи в буферной жидкости, что положительно сказывается на водоотдаче и седиментационной устойчивости буферной жидкости, а присутствие THФNa увеличивает силу координационных связей с ионами поливалентных металлов, вследствие чего происходит более полное связывание щелочноземельных металлов, улучшается диспергирующая и пептизирующая способность раствора, а также его способность удерживать смытые частицы во взвешенном состоянии, все это приводит к повышению эффективности буферной жидкости в условиях глинонасыщения и способствует повышению герметичности зацементированного пространства.

Пример реализации изобретения

Пример 1. (табл. 1, опыт 2)

Готовят 1 л раствора буферной жидкости. Для этого берут 100 г УЩР (10%) 6 г КМЦ (0,6%), 5 г ТПФNа (0,5%) и разбавляют водой до 1 л. Перемешивают в течение 30 мин, затем на измерительной воронке измеряют условную вязкость, Т=25 сек. Водоотдача буферной жидкости по прибору ВМ-6 или американскому прибору “Бароид” составила 6 см³/30 мин. Далее буферную жидкость утяжелили гидрофильным баритом (60% BaSО₄) и измеряют на Реотест-2 реологические параметры жидкости:

η_пл=0,04Па·с и τ₀=2,8 Па

Седиментационную устойчивость буферной жидкости оценивали по изменению плотности после ее утяжеления. Жидкость заливали в седиментационный цилиндр СЦ-2 и оставляли в покое. Через 15 мин сливают верхнюю и нижнюю части раствора и определяют их плотность. Критерием для буферных жидкостей является разность плотностей 0,1 г/см³ за 15 мин.

Далее буферную жидкость проверили на контакт с буровым раствором в соотношении 1:1, 1:9. Пластическую вязкость бурового раствора, буферной жидкости и их смеси определяли при различных температурах с помощью вибрационного вискозиметра ВВН-3. Затем были проверены зоны смеси буферной жидкости с цементными растворами на Конусе АзНИИ (табл.1 и табл.2).

Затем сравнили время загустевания цементного раствора и время загустевания смеси цементного раствора с предлагаемой буферной жидкостью в соотношении 9:1. Во всех случаях буферная жидкость не сокращает времени загустевания тампонажных растворов.

Таким образом применение предлагаемой буферной жидкости исключает возможность образования седиментационных пробок при смешивании утяжеленного бурового раствора с буферной жидкостью, а также наличие пониженной водоотдачи буферной жидкости исключает попадание фильтрата буферной жидкости в продуктивные пласты. В отличие от прототипа предлагаемая буферная жидкость обладает высокой моющей способностью (табл.3), что обеспечивает лучший смыв глинистой корки со стенок скважин и пленок с обсадных труб, улучшает адгезию цементного камня к трубе и что в конечном случае значительно повышает качество цементирования.

Эксперименты по определению моющей способности, а также моющей способности в условиях глинонасыщения проводят по известной методике, заключающейся в определении относительного изменения массы пленки глинистого раствора на шероховатой поверхности после 10 минутного воздействия фиксированного потока исследуемой буферной жидкости.

На шероховатом стержне формируют пленку из бурового раствора массой 1,5 г. Затем раствор буферной жидкости (табл 3, опыт 2) заливают в лабораторную установку и в течение 10 мин обрабатывают глинистую пленку фиксированным потоком буферной жидкости. Масса оставшейся части пленки составила 0,52 г. Моющая способность буферной жидкости составила

Далее в буферный раствор вводят 1,5% глины в пересчете на сухое вещество, что соответствовало 21% глинистого раствора (в 14 г модельного глинистого раствора содержится 1 г сухого вещества) и по той же методике в течение 10 мин обрабатывали глинистую пленку фиксированным потоком буферной жидкости. Масса оставшейся части пленки составила 0,9 г.

Моющая способность буферной жидкости составила

Эксперименты на герметичность контакта цементный камень - обсадная труба проводятся на специальном стенде и заключаются в последовательном прокачивании через сборную трубу глинистого раствора, буферной жидкости и портландцементного раствора с последующим оставлением последнего в трубе для затвердевания. После образования цементного камня определяют герметичность зацементированных секций трубы путем продавливания через них газа при градиенте давления до 8 МПа/м. Образец считается герметичным, если через 5 мин после начала продавливания газа через образец на выходе фиксируется (по объему вытесненной в капилляр жидкости) выделение не более 0,2 см³ газа.

Данные таблицы 3 подтверждают высокую эффективность буферной жидкости, имеет место значительное повышение доли герметичных образцов.

Эффективность буферной жидкости подтверждается экспериментальными данными, из которых видно, что предлагаемая буферная жидкость обладает более высоким моющим действием, а также более высокой устойчивостью моющего действия в условиях глинонасыщения, лучше очищает поверхность металла, обеспечивая более полную герметичность контакта цементный камень - обсадная труба, чем у прототипа (табл.3 и табл. 4). В то же время наличие пониженной водоотдачи буферной жидкости исключает попадание фильтрата буферной жидкости в продуктивные пласты и исключает возможность образования седиментационных пробок при смешивании утяжеленного бурового раствора с буферной жидкостью.

Таблица 1 Влияние ингредиентов буферной жидкости на седиментационную устойчивость и вязкость смесей буферной жидкости и бурового раствора
№п/п	Содержание ингредиентов буферной жидкости, % мас.	Седиментация,	ηпл буф.ж.	ηпл бур.р.	ηпл смеси 1буф:1цем	ηпл смеси 1буф:9цем	Водоотдача буферной
	УЩР	КМЦ	BaSO4	ТПФNа	Вода	Δϕ, г/см3	Па·с	Па·с	Па·с	Па·с	жидкости В, см3/мин
Т=23°С
1.	Прототип	0,01	0,056	0,058	0,055	0,057	6
2.	10	0,6	60	0,5	28,9	0,01	0,040	0,058	0,045	0,050	6
3.	12	0,45	10	1,0	76,55	0,01	0,012	0,058	0,01	0,02	6
4.	8	1,0	0	0,1	90,9	0	0,01	0,058	0,02	0,03	8
Т=100°С
1.	Прототип	0,01	0,052	0,056	0,05	0,05	-
2.	10	0,6	60	0,5	28,9	0,01	0,03	0,056	0,04	0,04	-
3.	12	0,45	10	1,0	76,55	0,01	0,01	0,056	0,03	0,03	-
4.	8	1,0	0	0,1	90,9	0	0,01	0,056	0,025	0,020	-

Таблица 2 Влияние ингредиентов буферной жидкости на растекаемость смесей буферная жидкость - цементный раствор
№	Содержание ингредиентов буферной жидкости	Растекаемость конуса АзНИИ, см2, Т=23°С
п/п	УЩР	КМЦ	BaSO4	TПФNa	Вода	S буф.ж., см	S цем.р. CM	S см 1буф:1цем	S см 1буф:9цем
Цемент ПЦН
1.	Прототип				24	18	22	21
2.	10	0,6	60	0,5	28,9	24	18	22	21
3.	12	0,45	10	1,0	76,55	25	18	23	22
4.	8	1,0	0	0,1	90,9	25	18	23	22
Цемент УШЦ
1.	Прототип				24	21	22	22
2.	10	0,6	60	0,5	28,9	25	21	21	21
3.	12	0,45	10	1,0	76,55	25	21	22	23
4.	8	1,0	0	0,1	90,9	24	21	23	24
Цемент ЦТТ-160
1.	Прототип				25	18	22	21
2.	10	0,6	60	0,5	28,9	25	18	22	22
3.	12	0,45	10	1,0	76,55	25	18	22	23
4.	8	1,0	0	0,1	90,9	25	18	23	23

Таблица 3 Влияние соотношения ингредиентов буферной жидкости на ее моющие способности и на герметичность контакта цементный камень - обсадная труба
№	Состав, %	Моющая	Моющая способность при содержании глины в пересчете на а.с.в. в буферной жидкости
п/п	УЩР	КМЦ	BaSO4	ТПФNа	Вода	способность, %	0	0,5	1,0	1,5	2,0	2,5
1.	Прототип				22	22	20	20	18	15	12
2.	10	0,6	60	0,5	28,9	65	65	58	55	40	40	35
3.	12	0,45	10	1,0	76,55	68	68	65	60	52	45	42
4.	8	1,0	0	0,1	90,9	62	62	60	60	48	46	40
						Число образцов, шт.	Доля герметичных
						общее	в том числе герметичных	образцов, %
1.	Прототип				25	6	24
2.	10	0,6	60	0,5	28,9	25	18	72
3.	12	0,45	10	1,0	76,55	25	19	76
4.	8	1,0	0	0,1	90,9	25	20	80

Буферная жидкость на водной основе, содержащая углещелочной реагент, карбоксиметилцеллюлозу и утяжелитель, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит триполифосфат натрия при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:

Углещелочной реагент 8-12

Карбоксиметилцеллюлоза 0,45-1,0

Триполифосфат натрия 0,1-1,0

Утяжелитель 0-70

Вода Остальное