Буферная жидкость для разделения бурового и цементного растворов

Буферная жидкость для разделения бурового и цементного растворов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

БУФЕРНАЯ ЖИДКОСТЬ ДЛЯ РАЗДЕЛЕНИЯ БУРОВОГО И ЦЕМЕНТНОГО РАСТВОРОВ, содержащая сернокислый алюминий, полиакриламид и воду, отличающаяся тем, что, с целью снижения адгезионных свойств жидкости и кольматирующего действия разделяемых ею бурового и цементного растворов на продуктивные пласты , жидкость дополнительно содержит побочньш продукт производства диметилдиоксана - флотореагент Т-66 при следующем соотношении компонентов , мае.4.: 1%-ный водный раствор .полиакриламида 100 10%-ный водный раствор сернокислого алю§ миния2-3 Побочный продукт проСО изводства диметилдиоксана - флотореагент Т-66 5-20

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (И>

3(58 Е 21 В 33 138

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPblTMA

0ПИСДНИК ИЗ0БРКтКНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

2-3

5-20 е 069) Pumpman ю телу яо (21) 3596344/23-03 (22) 25.01. 83 (46) 30.10.84. Бюл. № 40 (72) Г.А. Белоусов, B.Ê. Муратов, А.Н. Бывальцев, Б.M. Скориков и А.Н, Гноевых (71) Волгоградский государственный научно-исследовательский и проектный институт нефтяной промьппленности (53) 622. 245.44 (088. 8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

¹ 832057, кл. Е 21 В 33/138, 1978.

2. Авторское свидетельство СССР

¹ 939728, кл. Е 21 В 33/138, 1980 (прототип). (54)(») БУФЕРНАЯ ЖИДКОСТЪ ДЛЯ

РАЗДЕЛЕНИЯ БУРОВОГО И ЦЕМЕНТНОГО

РАСТВОРОВ, содержащая сернокислый алюминий, полиакриламид и воду, отличающаяся тем, что, с целью снижения адгезионных свойств жидкости и кольматирующего действия разделяемых ею бурового и цементного растворов на продуктивные пласты, жидкость дополнительно содержит побочный продукт производства диметилдиоксана — флотореагент Т-66 при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:

1Х-ный водный раствор.полиакриламида 100

10Х-ный водный раствор сернокислого алюминия

Побочный продукт производства диметилдиоксана — флотореагект

Т-66

1 12 13

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

Известна буферная жидкость для разделения бурового и цементного растворов, содержащая одну из солей ряда: сульфат хрома, хромкалиевые квасцы, железокалиевые квасцы, сульфат меди, хлорид кобальта, сульфат 10 железа окисного полиакриламид и воду (11.

Недостатком этой жидкости является высокая скорость структурообразования, которая не дает воэможности получить бднородную структуру, что ухудшает разделяющую способность буферной жидкости.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является бу- 20 ферная жидкость комбинированного действия, содержащая, вес.У.: хлористый кальций 10,0-13,2, сернокислый алюминий 6,6-10,0, полиакриламид О, 17-0,33 и воду — остальное 25 до 100 (2) .

Недостатком данной буферной жидкости является ее высокие адгеэионные свойства, приводящие к образованию на стенках скважины гипсополимерной пленки, ухудшающей сцепление цементного раствора с породой и требующей впоследствии проведение кислотной обработки пласта.

Цель изобретения — снижение ад- 35 гезионных свойств жидкости и кольматирующего действия разделяемых ею бурового и цементного растворов на продуктивные пласты.

Поставленная цель достигается 40 тем, что буферная жидкость для разделения бурового и цементного растворов, содержащая сернокислый алюминий, полиакриламид и воду, дополнительно содержит побочный продукт 45 производства диметилдиоксана - флотореагент Т-66 при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:

1 -ный водный раствор полиакриламида 100 50

10Х-ный водный раствор сернокислого алюминия 2-3

Побочный продукт производства диметилдиоксана — флотореагент Т-66 5-20 55

Добавка в указанных пределах флотореагента Т-66 резко уменьшает адгезионные свойства состава. При

97 3 этом, обладая высокой кольматирующей способностью, данный состав исключает глубокое проникновение в пласт бурового и цементного растворов и предупреждает приток пластовых флюидов, а низкие его адгезионные свойства исключают образование пленки на стенках скважины, улучшая тем самым эффект сцепления цемента с породой. Смешение бурового раствора с буферной жидкостью также исключается. Состав способствует сохранению коллекторских свойств и увеличивает проницаемость ухудшенной,после воздействия на него бурового раствора эоны пласта.

Подготовляют и исследуют 5 составов с различным содержанием флотореагента.

На фиг. 1 даны кривые деформации сшитого ПАА под действием растягивающей нагрузки, на фиг. 2 — струк. турная прочность буферной жидкости, на фиг. 3 — отношение абсолютной величины активности к фону скважины.

Буферная жидкость готовится путем перемешивания однопроцентного водного раствора полиакриламида (ПАА) с флотореагентом T-66 и последующей добавки 10Х-ного водного раствора сернокислого алюминия.

Пример. Приготовление буферной жидкости.

К 100 г 17.-ного водного раствора полиакриламида последовательно добавляют при перемешивании 12,5 r флотореагента Т-66 и 2,5 r 10K-ного водного раствора сернокислого алюминия до получения однородной массы.

В табл. 1 приведены составы и структурно-механические свойства буферной жидкости.

Изменение адгезионных свойств состава при добавке флотореагента

T-66 подтверждено результатами исследований по отрыву карбонатной пластины от свободной поверхности буферной жидкости.

Исследования процесса отрыва карбонатной пластины от свободной поверхности жидкостей проводят на специально разработанном приборе, выполненном на базе аналитических весов, которые позволяют измерять перемещение пластины с точностью

+0,2 мм. Кроме того, для исследования процессов отрыва карбонатной

1397 4

I желательно, т.е. отклонение от пптимального диапазона приводит к уменьшению прочности структуры буферной жидкости.

Кроме заданного массового соотношения АЛ,(S04)>tlAA, свойства буферной жидкости определяются концент— рацией ПАА в водном растворе, кото— рая составляет 1 .

О При уменьшении концентрации ПАА ниже 1 происходит наруше: ие однородности буфера и его расслоение, а при увеличении концентрации ПАА выше 1% происходит сильное загуще15 ние буфера, что затрудняет закачку буферной жидкости в бурильные трубы.

Данные по прочности сцепления цементного камня с металлической noZp верхностью после ее обработки предлагаемой и известной буферными жидкостями приведены в табл. 2.

Опыты проводят по следующей методике. Стандартное металлическое коль25 цо иэ нержавеющей стали со стандартной площадью боковой поверхности устанавливают в вертикальную трубку на установке по исследованию процессов гравитационного замещения буферных жидкостей. Затем через кольцо пропускают исследуемые буферные жидкости, которые продавливают цементным раствором для удаления остатков буфера из кольцевого пространства.

После этого кольцо вынимают, заливают тампонажным цементом (водоцементный фактор — О,S) и оставляют в покое на 48 ч для образования цементного камня при t = 20 С и атмосо

40 ферном давлении.

После образования цементного камня, кольцо помещают под пресс и фиксируют усилие, требуемым для выдавливания цементного камня из коль45 ца. Зная геометрические размеры кольца и затрачиваемое усилие выдавливания цементного камня, определяют напряжение отрыва цементного камня от металлической поверхности.

55

3 112 пластины от поверхности сшитого tlAA, когда величина его деформации сос— тавляет 15-20 см, используют прибор, позволяющий автоматически регистрировать процесс растяжения исследуемой жидкости при постоянной нагрузке с записью процесса на диаграмме самописца с помощью переменного сопротивления и блока, которые преобразуют механическое перемеще- 1 ние пластины в изменение электрического сигнала в цепи прибора.

Как видно из табл. 1, сильными адгеэионными свойствами обладает буферная жидкость на базе сшитого

ПАА (состав 1, фиг. 1, кривая 1).

При этом установлено, что флотореагент Т-66 существенно меняет характер процесса растяжения сшитого

ПАА. Для жидкости с добавкой флотореагента Т-66 (состав 2 критическая деформация (аЕ р), после которой происходит отрыв пластины, уменьшается на два порядка и зона тсче- . ния при постоянной нагрузке (бсо< ) исчезает (фиг. 1 кривая 2). При этом отрыв происходит по границе контакта пластины с жидкостью, в то время как без добавки флотореагента Т-66 жидкость при деформации разрывается по структуре.

Оптимальная добавка флотореаген та находится в пределах 5-20 мас.ч. соответствующих составам 2, 3 и 4.

Увеличение содержания в жидкости сернокислого алюминия и флотореагента Т-66 приводит к нестабильности смеси с образованием пленки на поверхности (состав 5), а уменьшение их не способствует эффекту сшивки (состав 1) .

Одним из основных показателей буферной жидкости является его структурная прочность, которая определяется критической плотностью стандартного шарика, уравновешиваемого прочностью структуры буфера (т.е. при этой плотности шарик не тонет в растворе). Из фиг. 2 видно, что прочная структура буферной жидкости находится в диапазоне соотношений водных растворов сернокислого алюминия и

ПАА 0,2-0,3. Такое соотношение обеспечивает смешение 100 мас.ч. 1%-ного раствора ПАА в 2-3 мас.ч. 10 -ного раствора сернокислого алюминия.

Увеличение или уменьшение заданного отношения AI@(SOq) ПАА = 0,2-0,3 неИз табл. 2 видно, что буферная жидкость состава 3 по сравнению с прототипом значительно улучшает прочность сцепления цемента с металлическим кольцом.

Исследования влияния обработки зоны ухудшенной проницаемости сшитым раствором ПАА на изменение ее фильтрационных свойств проводят на

1121397

После образования в модели зоны ухудшенной проницаемости (ЗУП) в .скважину заливают раствор сшитого

ПАА, модель подключают к упругому элементу и в ней создают определенное избыточное давление. Закачивают сшитый полимер на глубину .ЗУП. Объем вошедшего в пласт полимера контролируют по повышению давления манометра на упругом элементе. По окончании процесса задавки скважину опорожняют. В системе создают давление в 2-3 ХПа и резко открывают пробковый кран, вырывают сшитый полимер обратно в скважину из пласта. Снимают индикаторную кривую Я," f(Ь Р) и распределение по длине модели ЬР" = f(I).

50 специально разработанном стенде по исследованию гидродинамических процессов в системе скважина — пласт.

Давление в системе создается от компрессора или от баллона со сжа- 5 тьм гелием. Кроме того, имеющийся на стенде пресс дает возможность дополнительно создавать давление в системе до 20 MIa.

Перед началом опыта приготавливают модель пористой среды — в кернодержатель засыпается песок,,набивается до постоянной массы и вычисляется его пористость (m). Затем модель устанавливается на стенде и снимается индикаторная кривая

Q, = f(

25 и = 3,714

В емкость заливают буровой раст.вор, параметры которого предваритель. но определяют иа капиллярном виско- 30 зиметре и приборе "Реотест 2" и его подают через модель скважин на вход модели. Затем фильтруют буровой раствор в пористую среду, объем коTopoFo KoHTposlHp T ПО трансформаторному. маслу, выходящему из модели. Закачав раствор на глубину 12 см, вновь снимают индикаторную кривую Я = f(a Р) и распределение давления по длине модели ДР = f(I). 40

В результате опытов установлено (табл. 3), что обработка ЗУП сшитым

ПАА без реагента Т-66 (состав i) резко снижает ее проницаемость (опыты 1-5), жидкость с добавкой флотореагента Т-66 (состав 4) способствует резкому улучшению проницаемос; ти ЗУП (опыты 6-7).

Испытания буферной жидкости проводят также на керновом материале, загрязненном 10%-ным бентонитовым раствором, который выбран в качестве модели бурового раствора для облегчения сравнения буферных жидкостей и исключения влияния побочных факторов на результаты опытов (см. табл. 4).

Как видно из. табл. 4, после обработки зоны ухудшенной проницаемости пласта предлагаемой буферной жидкостью проницаемость пласта восстанавливается до 75-82Х, в то время как обработка зоны буферной жидкостью — прототипом (1) приводит к pesкому ее снижению.

На первом этапе проведены исследования процесса гравитационного замещения между водой и хлоркальциевым буровым раствором без разделения их буферной жидкостью. Эти испытания проводят для качественного изучения процессов, происходящих в скважине, заполненной жидкостями различной плотности.

Изучение процесса гравитационного замещения и разделяющей способности жидкостей в реальной скважине производят в кольцевом пространстве. При этом геометрические условия проведения опытов следующие: скважина обсажена 245 мм колонной, искусственный забой 1090 м, открытый конец бурильных труб диаметром

140 мм спущен на глубину 1085 м. Перед началом проведения работ скважину заполняют буровым (глинистым) раствором плотностью 1,25 г/см, вязкостью 85 мПас, СНС,/qg 55/80ф Па.

Для контроля за процессом гравитационного замещения (смешения) в стволе скважины используют радиоактивный метод.

С целью оценки разделяющей и удерживающей способности буферной жидкости в бурильные трубы закачано 2 м меченой радоном воды, которая продавлена 14 м глинистого раст.

121397

Таблица 1

Крити-:

ЧЕСКОЕ

Коэффициент прочности структуры, дин/см

Деформация до полноПлотность,,/с.э

Примечание . напряжение

10Х-ный раствор сернокислого алюминия

1Х-ный раствор полиакриламида

Флотореагент

Т"66

Сос-.. течения, мг/см

ro отрыва, мм тав

1,04

8723

100,0 2,5

3,0 1,04

267,0 6,4

735

2 100 0 1 5

Структура не стабильна

7 1 вора в затрубное пространство беэ разделения буферной жидкостью.

По результатам радиоактивного каротажа (PK) установлено, что .Основной объем воды расположен в кольцевом пространстве в интервале

934-1040 м (фиг. 3 кривая 1). Согласно результатам повторного РК, выполненного через 1 ч, этот объем находился в интервале 912-1040 м (фиг. 3 кривая 2). Полученные результаты показывают, что происходит уменьшение максимальных значений безразмерного параметра активности

А (отношение абсолютной величины активности к фону в скважине), т.е. стремление к выравниванию фона со временем, и некоторое смещение положения верхней границы порции воды (примерно 22 м).

Это объясняется всплытием воды в растворе и смешением их. Небольшая скорость замещения обясняется малой разницей в плотностях воды и раствора.

Полученные всплески активности непосредственно в интервале, занятом водой, свидетельствуют о неоднородности по высоте столба жидкости, а именно о чередовании пачек раствора в разной степени перемешанного с водой.

На втором этапе исследований в скважине изучают возможность предотвращения процесса перемешивания и перемещения жидкостей за счет исСодержание компонентов, мас.ч. пользования буфера, т.е..оценивают разделяющую способность буфера. Для проведения этого эксперимента в меж трубное пространство (140 ° 245 мм) через колонну бурильных труб закачано поочередно 2 м буферной жидкости, 2 м 3 меченой радоном воды и

1 м3 буфера.

Результаты первого замера PK no10 казывают, что основная порция воды расположена в интервале 830-974 м (фиг. 3 кривая 3). Повторный PK учитывая структурно-механические свойства буфера, проводят после трех15 кратного расхаживания бурильной колонны на длину 12 м.

Полученные данные (фиг. 3 кривая 4) свидетельствует о том, что положение меченой порции воды не из-.

20 меннлось, а вид кривых говорит об, однородном составе жидкости в ин тервале.

Из полученных в процессе исследований результатов следует, что буферная жидкость, содержащая 2,5 м

1Х-ного водного раствора ПАА, 50 л

10 -ного водного раствора сернокислого глинозема и 250 л флотореаген30 та Т-бб, обладает хорошей разделяющей способностью, которая препятствует смешению и перемещению жидкостей. Это свойство подтверждено при промывке скважины, т.е. при. выходе бурового раствора, буфера и воды на поверхности (желоба).

415,0 220 Разрыв по структуре

1121397

Продолжение табл. I

Коэффициент прочности структуры, дин/см

Содержание компонентов, мас.ч. отость, см

Примечание

Сос-.. тав рыва, мм

3 100,0 2,0 5,0 1,04

1176

312,0 2,8 Отрыв от пластины

4 1000 2 5 12 5 1,05

5 1000 35 200 105

1960

325,0

2,4 То же

6762

На поверхности пленка реагента

6 100 0 - 3,5 24,0 1,06

6958

Таблица 2

Коэффициент прочности сцепления цементного камня с металлом, кг/см. Тип буферной жидкости

Состав

1 Чистое металлическое кольцо без буферной жидкости

4,82-5,24

0,82-0,94

2 Прототип

1Х-ный водный раствор полиакриламида 100 мас.ч., 10K-ный водный раствор AIg(SOq)3 3 мас.ч., флотореагента Т-66 10 мас.ч °

5,24-5,92

1Х-ный раствор полиакриламида

1ОХ-ный раствор сернокислого алюминия

Флотореагент

Т-66

Критическое напряженив течения, мг/см

Деформация до полно

ro отi 121397

1г! Ж

l а ие ссЪ

»3

Ю

Ю л о сЛ сО

Ю

С1 л

С1

Ю

Ю л

C) о о

Ю

С«4

С1 сЧ л

С0 с 4 о л о с Ъ

СЧ л ь

МЪ

О л

СЧ

О л

О р, о

Я

М0 л

СЧ О л

СЧ о ь с Ъ ь

Ю м

Ю

Ю сЧ ь О

Ю сЧ

Ю

Ю

СЧ о сО о о с ъ

3.

V I14. юо р, сЧ

3 р,л дО!

О 10О (» 4 ж о

I (»

ii o os о а ч 1О сЧ

°вЂ” л о

I! ссЪ О л

Ю л О л ь

1ГЪ О л

Ю л

1 о о о

ti: о

Е

3 р

X с0 ! Л

СО 00 л а 1Ъ

СЧ

Ю с Ъ сЧ а сЪ л л л о сч сч

Ю сЧ сЪ

1 1 о

10 1 сб I Cv р, 1о

0l 1

Ц I о о

d t J л

Сс! 1 сакэ g

1 О

I

М

1

1

1 1 I са Z13

О1м л 1

Х 1

1 Д"

1-» сес

1 Е

P ! о!

1 Х а

1 т

1 О

I

I (I

1 14

1 Е»

1-» Ъ, |

I 1 а

3 ГЙ

I —.——

1 л

1 DX 1

I М Х 1

1 Z — 1

Е I

Ю l

I м р

М A 10 Q

ОЕОса

° — 10 Е» С4 о о с"1 м о о о сО \ Я О % %

I

I

00 сЧ W 1 сО л I л л л о о о

1 а В оЪ

С 4 сЧ 04 1

О1 О л л о ф сЧ с 4 СЧ М сО 00 1 О ъО - СЧ л ° Ъ л о о о

«б

° ь л л л л а 1

T I

1 сч сч съ I

1 о о о сЧ СЧ сЧ О О О о о о

1О О о о о

СЧ СЧ С 4 л с о о ш а а

I р о да э

l Е д E И

Ж Я Q оеîса о . «) 1О Е.Î Г-1 сЧ СЧ

1121397

К х а х

Е Ф

v ц

V CC) о о х

I V о )) е

Р Х

Д и

) ф

1 М

Я

E и о

I х о

I а

I И

Чнг л

А

v )::(1

>х о х а

Cd

° &

1 I ! о ! e и

Е о о

Щ

Ю о

) е-! х о

И

)D с5

Еч Еч

I A V о о

i х х

1 х х х о е» а v х о х Ф

Е о а о х

Еч

Ц

l л

44

Е

v tf. о

I м х ц СЪ

Е о о

) о

t( о

)Р л

X л

0»4)

Е

v-О )ч х х

О О О со

О . О

Д

СЧ СЧ л ч

О О в а ч чО Р о ц

C I

f f х о ф Cd

)о а я л о

М Е»

О Х о л

Р l х О о о

Р Х

Cd и х йИ

-5

Р, Е» O

Р.

)= х о

QJ ):")

Щ л х

Х Е

o v

Р, О

cd I

О 1

Х I

Е I о х l

Р I

1 о

)ч

K)

Kl !

» (0 )

3 I

Р

Е»

5 ( х х со - с| а со л м л л л л л

О О О О О

"О М Ch ч <Ч л л л л л

О О л оо

CV га л о в л л л л л

<Ч <Ч Е4 СЧ сЧ

co w 00 л

1Р C4 % C») СЧ л л л л л

О О О О О ч ч »»» л л л л

Р л О а

О О О О О

<Ч СЧ СЧ

Ю Р О

О О О Р О Р

О О О

<Ч СЧ л л

О О О

) а а

Ф 1 1 1

Ж о

Е) О О О м м л л л л л

О О O O О (Г) Ч 3/) СЧ СЧ л л л л л м и ) м м

СЧ СЧ N

I 121397

ЛЯ„. (c CW /

ot пя ол о< дг (s0,,)

/74 Д

ЮЛЯ

Заказ 7900/24 Тираж 564

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, М(-35, Раушская наб., д. 4/5

Подписное

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Составитель В. Ягодин

Редактор N. Недолуженко Техред А.Ач Корректор А. Ильин