НАДПАКЕРНАЯ ЖИДКОСТЬ ДЛЯ ЭКСПЛУАТАЦИИ ГАЗОВЫХ СКВАЖИН В ЗОНЕ ВЫСОКОЛЬДИСТЫХ МЕРЗЛЫХ ПОРОД

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к надпакерным жидкостям на водной основе, предотвращающих теплопередачу от продуктивного пласта к высокольдистым мерзлым породам.

При строительстве и эксплуатации скважин, расположенных в высокольдистых мерзлых породах, требования к основным функциям процесса заканчивания скважин становятся жестче, чем при заканчивании скважин в обычных горных породах. Степень температурного влияния добываемого из продуктивного пласта газа на окружающие горные породы возрастает, в результате тепловой конвенции транспортируемого по стволу скважины газа происходит неизбежная передача пластового тепла окружающим скважину горным породам, в первую очередь, высокольдистым мерзлым породам. Происходит растепление мерзлоты, а при остановке скважины, связанное с понижением температуры газа, - обратное промерзание этих пород и смятие обсадных колонн скважины, ведущее к возникновению газопроявлений и даже к открытому фонтану и пожару [Л.У. Чабаев и др. Предупреждение газопроявлений и открытых фонтанов при ремонте скважин в эстремальных условиях Крайнего Севера. - М: ИРЦ Газпром, 2007. - 188 с].

Современная теория и практика строительства таких скважин свидетельствует о необходимости предотвращения тепловой конвенции добываемого газа вышележащим горным породам, тем более сложенных из высокольдистых мерзлых пород. Одним из таких предупреждающих теплопередачу технических решений является оснащение этих скважин пакерами, герметично разобщающих затрубное надпакерное и подпакерное пространства, и заполнение надпакерного затрубного пространства нейтральной надпакерной жидкостью, устраняющей теплопередачу газа окружающим горным породам [Ж.С. Попова и др. Надпакерная жидкость на углеводородной основе для предотвращения растепления мерзлых пород // Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море. 2012. №1. - С. 27-32]. В качестве надпакерной жидкости в мировой практике испльзуется вязкое дизельное топливо, для загущения которого используются различные структурообразователи, например, в отечественной практике таким структурообразователем может являться «СТЭП» по ТУ 2458-014-35944370-2008.

В случае использования вместо дизельного топлива жидкости на водной основе они должны отвечать следующим требованиям:

- должна создавать необходимое уравновешивающее давление на пакер сверху;

- обладать реологической характеристикой, ограничивающей конвективный теплоперенос от пластов (зоны расположения пакера) в зону мерзлых пород, сложенную из высокольдистых мерзлых пород;

- иметь низкую коррозионную активность для сохранения работоспособности забойного оборудования и подвесных устройств;

- иметь температуру замерзания ниже температуры горных пород в зоне мерзлых пород для предотвращения нарушения целостности эксплуатационных колонн в случае обратного промерзания.

В настоящее время чаще всего для предотвращения теплопереноса используются надпакерные жидкости на углеводородной основе.

Известна надпакерная жидкость, содержащая углеводородную жидкость, лиофильный структурообразователь, полиэтилен высокого давления и низкой плотности, ингибитор коррозии [SU 1825813 A1, МПК5 С09К 7/02, опубл. 1993].

Недостатком данной жидкости является сложный состав, низкая вязкость, приводящая к утечкам жидкости через места негерметичности пакера и резьбовых соединений эксплуатационной колонны, а также отсутствие в составе жидкости ингибитора коррозии.

Известна надпакерная антикоррозийная жидкость, содержащая воду, бактерицид на основе 1,3-оксазолидина, ингибитор коррозии на основе продуктов конденсации полиэтиленполиаминов с жирными кислотами талового масла или высококипящими фракциями синтетических жирных кислот и полимерный загуститель [RU 2166064 С2, МПК7 Е21В 41/02, опубл. 2001].

Недостатком данной жидкости является сложный состав, низкая вязкость, приводящая к утечкам жидкости через места негерметичности пакера и резьбовых соединений эксплуатационной колонны, недостаточная устойчивость, с течением времени состав расслаивается.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению по назначению и технической сущности является надпакерная жидкость для защиты эксплуатационной колонны от коррозии, содержащая следующие компоненты, мас. %: кальцинированную соду или хлорамин-Б - 0,35-1,2; алюминиевую пудру - 0,008-0,012; неонол-6 - 0,09-0,11; воду - остальное [RU 2143055 C1, МПК6 Е21В 41/02, опубл.1999].

Известная жидкость имеет в своем составе необходимые для предотвращения тепловой конвенции реагенты - неионогенное поверхностно-активное вещество на основе оксиэтилированных алкилфенолов, воду, алюминиевую пудру и кальцинированную соду или хлорамин-Б.

Существенным недостатком известной надпакерной жидкости является сложный состав, низкая вязкость, приводящая к утечкам жидкости через места негерметичности пакера и резьбовых соединений эксплуатационной колонны, недостаточная устойчивость, с течением времени состав расслаивается, его защитные антикоррозионные свойства снижаются.

Задача, стоящая при создании изобретения, создание надпакерной жидкости, которая наряду с общеизвестными требованиями, предъявляемыми к надпакерным жидкостям: удельный вес жидкости должен быть достаточным для уравновешивания давления на пакер снизу; быть достаточно вязкопластичной для ликвидации теплопереноса; обладать тиксотропными свойствами для дополнительной герметизации резьбовых соединений при проникновении в них жидкости; иметь стабильность (не расслаиваться) во времени; теплопроводность, должна быть по возможности низкой; иметь низкую температуру замерзания.

Поставленная задача решается за счет достижения технического результата, который заключается в повышении морозостойкости за счет использования в водном составе жидкости формиата натрия, а также улучшение эффективности действия полимеров, входящих в заявляемую жидкость, путем повышения их устойчивости к механодеструкции за счет замены неионогенного поверхностно-активного вещества Неонола-6 полимерами на основе сополимера полиакриламида и полиакрилата Праестол 2540.

Указанный технический результат достигается тем, что в известной надпакерной жидкости для эксплуатации газовых скважин в зоне высокольдистых мерзлых пород, включающей водный солевой раствор с растворенным в нем полимером, особенностью является то, что в качестве водного солевого раствора используют водный раствор формиата натрия, а в качестве полимера - сополимер полиакриламида и полиакрилата Праестол 2540 при следующем соотношении компонентов, мас.%: формиат натрия - 45,0-50,0, сополимер Праестол 2540 - 1,3-1,5, вода или техническая вода - остальное.

В заявляемом составе надпакерной жидкости комплекс полимеров полиакриламидной и полиакрилатной природы и солевого раствора формиата натрия, действуя друг на друга, обеспечивает надпакерной жидкости технологические показатели, необходимые для добычи газа из продуктивного пласта без передачи его тепла высокольдистым мерзлым породам, окружающим скважину.

Для приготовления заявляемой надпакерной жидкости в лабораторных условиях были использованы следующие реагенты: формиат натрия (ТУ 2432-011-00203803-98, Формиат натрия технический. Технические условия - Губаха: ОАО «Метафракс», 1998, - 16 с.); Праестол 2540 (ТУ 2216-001-40910172-98, Флокулянты марки «Праестол». Технические условия - М.: ЗАО «Компания «Москва-Штокхаузен-Пермь», 1998. - 28 с.); вода техническая.

Праестол 2540 представляет собой высокомолекулярный электролит анионной активности на основе акриламида и анионного сополимера (сополимер акриламида и анионного сомономера на основе акриловой кислоты), массовая доля акриламида не менее 0,100%, внешний вид - белый или желтоватый сыпучий порошок, насыпная плотность - 60-800 г/1000 см³, объемная доля геля 15 см³/1000 см³, динамическая вязкость - 200-300 мПа*с, молекулярная масса анионного флокулянта составляет от 6 до 30 миллионов.

Учитывая характеристику водного раствора, доступность и стоимость, в качестве основного компонента надпакерной жидкости рекомендуется использовать формиат натрия HCOONa, кристаллический порошок белого или серого цвета. Хорошо растворим в воде, слабо растворим в спиртах, нерастворим в эфирах, применяется как противоморозная и пластифицирующая добавка.

Для получения заявляемой надпакерной жидкости с различным соотношением компонентов, в технической воде при перемешивании с помощью магнитной мешалки последовательно растворяют расчетные количества Праестола 2540. Для полного растворения полимера и стабилизации реологических параметров растворы выдерживали в течение 24 ч при комнатной температуре.

После истечении указанного времени после полного растворения полимера в раствор вводится расчетное количество формиата натрия и раствор перемешивается в течение 15 минут. Покомпонентный состав надпакерной жидкости и ее свойства представлены в табл. 1. Как видно из табл.1, у растворов с заявляемым соотношением компонентов показатель консистенции (К) практически не изменяется, динамическое напряжение сдвига (τ₀) уменьшается примерно в 1,5-2,0 раза, происходит снижение показателя нелинейности (n) на 25-30%.

В случае вспенивания надпакерной жидкости после ввода формиата натрия ее рекомендуется обработать порошковым пеногасителем «Софексил 4248 П», представляющим собой нанесенную на твердый носитель (цеолит и др.) полиметилсилоксановую жидкость по ТУ 2229-019-42942526-01 [Пеногаситель «СОФЕКСИЛ - 4248 П». Технические условия. - М.: ЗАО НПК «СОФЕКС - СИЛИКОН», 2001. - 6 с.] в количестве 0,2-0,3 мас.%.

Предлагаемый состав надпакерной жидкости на водной основе более безопасен, не горюч по сравнению с жидкостями на углеводородной основе, сохраняя при этом свойства по устранению теплопередачи температуры продуктивного пласта в зону высокольдистых мерзлых пород, предотвращая смятие обсадных колонн газовых скважин при обратном промерзании, снижая коррозионную активность состава.