Результат интеллектуальной деятельности: СУХАЯ СМЕСЬ ДЛЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ ЖИДКОСТИ ГЛУШЕНИЯ

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к сухим смесям для приготовления жидкости глушения, используемой при капитальном ремонте скважин, в том числе при низких климатических температурах до минус 40°C.

Анализ существующего уровня техники показал следующее:

- известна основа жидкости глушения и заканчивания скважин при следующем соотношении компонентов, мас. %:

(см. патент РФ №2206722 от 03.09.2001 г. по кл. Е21В 43/12, опубл. 20.06.2003 г.).

В качестве реагента-стабилизатора она содержит соединения из класса полисахаридов, например карбоксиметилцеллюлозу, оксиэтилцеллюлозу, карбоксиметилированный крахмал; соединения из класса акриловых полимеров, например унифлок.

Основа может дополнительно содержать бромистый натрий или карбонат кальция.

Недостатком указанной основы жидкости для глушения и заканчивания скважин является следующее:

- содержание в рецептуре данной основы формиата щелочного металла в указанном количественном соотношении, обеспечивает жидкости глушения, приготовленной на ее основе, высокую плотность. Последнее ограничивает область ее применения и не позволит использовать в условиях аномально низких пластовых давлений;

- согласно данным жидкость глушения, приготовленная на вышеуказанной основе (без утяжелителя), несмотря на низкий показатель водоотдачи 1 см³/за 30 мин, 5 см³/за 30 мин, при этом имеет в основном достаточно высокий показатель условной вязкости 120-300 с, что делает ее трудно прокачиваемой, а весь процесс глушения нетехнологичным. И наоборот при низких значениях показателей условной вязкости, находящихся в пределах 47-85 с, значение показателя водоотдачи достигает значения до 12 см³/за 30 мин. Данное обстоятельство может привести к значительному загрязнению призабойной зоны продуктивного пласта;

- использование карбоната кальция в основе жидкости глушения осложняет процесс освоения скважины. При освоении скважины извлечение жидкости глушения, приготовленной на данной основе, закольматировавшей пласт, может быть проведено только при высоком давлении деблокирования, что неприемлемо для скважин с низкими пластовыми давлениями. После проведения работ произойдет снижение продуктивности скважин;

- использование дорогостоящих реагентов, таких как бромиды и формиаты, приведет к значительным затратам при проведении глушения скважины;

- известна основа бескальциевой жидкости для глушения скважин, содержащая смесь минеральных солей, в том числе соль натрия. В качестве соли натрия основа содержит натрий азотнокислый, а в качестве второй соли смеси содержит аммоний азотнокислый в соотношении с натрием азотнокислым от 1:1 до 1:2 (см. патент РФ №2470060 от 02.08.2011 по кл. С09К 8/42, опубл. 20.12.2012 г.).

Основа дополнительно может содержать тиосульфат натрия в количестве от 5 до 33,3 мас. % от смеси всех компонентов, или уротропин, или моноэтаноламин, или тиосульфат натрия в количестве от 0,5 до 0,7 мас. % от смеси всех компонентов, или натрий хлористый в количестве от 5,5 до 6,4 мас. % от смеси всех компонентов.

Как следует из описания к патенту возможно приготовление растворов на данной основе плотностью не менее 1,35 г/см³ для глушения скважин с повышенным пластовым давлением, при этом максимальная температура кристаллизации жидкости достигает минус 35°C. Во избежание повреждения коллекторских свойств пласта жидкость глушения должна обладать низкой скоростью фильтрации. Отсутствие полимерного реагента не обеспечивает необходимых показателей водоотдачи.

Таким образом, применение в скважинах с аномально низкими пластовыми давлениями при низких климатических температурах до минус 40°C такой жидкости неэффективно. При использовании солевых растворов освоение скважин будет сопровождаться длительным выводом на режим;

- известна смесь привитых сополимеров для использования в качестве добавки в химических материалах, а также при освоении, эксплуатации, комплектации подземных месторождений нефти и природного газа и в случае глубоких скважин на основе отличающихся друг от друга основ для прививки. Смесь привитых сополимеров включает в качестве компонентов, по крайней мере, один представитель ряда бурого угля, кокса бурого угля, лигнита и производного бурого угля, по крайней мере, один представитель ряда природных полиамидов и отличающиеся друг от друга винилсодержащие соединения. Основу для прививки выбирают из, по крайней мере, одного представителя бурого угля, кокса бурого угля, лигнита и производного бурого угля, такого как танины и/или такого производного полифенолов, как лигносульфонат, или полиамидного компонента. Пригодными полиамидными компонентами являются природные полиамиды, предпочтительно казеины, желатины и коллагены, костные клеи, альбумины крови, соевые протеины и продукты их расщепления, образующиеся путем окисления, гидролиза или деполимеризации, а также смеси из них. В качестве компонента для прививки используют как представителей ряда бурого угля, кокса бурого угля, лигнита, производного бурого угля и природные полиамиды, так и винилсодержащие соединения в их О-, S-, P- и N-формах и стиролы, которые могут быть в сульфированной форме или как привитой продукт. Привитой продукт получают прививкой винилсодержащего соединения к, по крайней мере, одному представителю ряда природных полиамидов или их смеси или прививкой винилсодержащего соединения к, по крайней мере, одному представителю ряда бурого угля, кокса бурого угля, лигнита и производного бурого угля. Привитые сополимеры с предпочтительной молекулярной массой M_n>5,000 г/моль применяют в качестве смеси, в частности, в химических стройматериалах, а также при освоении, эксплуатации и комплектации подземных месторождений нефти и природного газа, а также в случае глубоких скважин или в качестве добавки для содержащих гидравлические связующие вещества композиций, в качестве водоудерживающего средства и/или разжижителя. Привитые сополимеры обладают отличной устойчивостью к воздействию соли и к температуре, при этом одновременно являются водорастворимыми и/или биорасщепляемыми (см. патент РФ №2475505 от 25.04.2008 по кл. C08L 51/00, C08L 97/00, C08L 89/00, C08L 99/00, C08L 87/00, С09К 8/20, С09К 8/42, опубл. 20.02.2013).

Привитые сополимеры представляют собой высокомолекулярные соединения, макромолекулы которых состоят из основной цепи и боковых ответвлений, различающихся по составу и (или) строению.

Суть прививки заключается в следующем: к мономеру, входящему в качестве звена в цепочку основного полимера, сбоку присоединяется мономер, являющийся начальным звеном цепочки другого полимера.

В данном случае основным полимером выступает лигносульфонатный реагент, к которому сбоку «пришивается» костный клей. Для такой операции из молекулы лигносульфоната удаляют какой-либо из атомов (обычно атом водорода), а на освободившиеся места наращивают боковые цепочки. Прямолинейная гигантская молекула лигносульфоната начинает ветвиться, но ветви эти имеют особый, отличный от нее состав, и весь полученный таким путем объемный комплексный полимер приобретает совершенно новые свойства.

Существенным недостатком данной смеси является следующее.

Лигнит, кокс требуют предварительной обработки с целью перевода их в растворимое состояние, следовательно, необходима дополнительная операция (их обработка гидроокисью натрия или калия или другой щелочью).

С точки зрения экологии метакриламид, метиленбисакриламид и другие сшиватели и инициаторы являются токсичными веществами.

Дорогостоящий синтез вместо механического смешения компонентов требует дорогостоящих растворителей (диметилсульфоксид), пропускания инертного газа, что увеличивает временные и материальные затраты.

Привитый полимер после синтеза не выделяется, как следует из описания, из реакционной смеси, а поставляется в виде раствора. Все компоненты (ингредиенты) являются природными полимерами, что приведет к быстрой деградации его, что резко снизит эксплуатационные свойства. Технический результат, который может быть получен при реализации предлагаемого изобретения:

- повышение противофильтрационных свойств жидкости глушения, приготовленной из сухой смеси, обладающей высокой стабильностью при хранении за счет исключения слеживаемости и комкования;

- обеспечение возможности регулирования плотности жидкости глушения;

- сокращение времени и упрощение технологии приготовления жидкости глушения из недефицитных реагентов;

- сокращение сроков освоения скважин;

- возможность использования жидкости глушения при низких климатических температурах до минус 40°C;

- расширение ассортимента реагентов;

- экономия транспортных расходов.

Технический результат достигается с помощью предлагаемой сухой смеси для приготовления жидкости глушения, содержащей лигносульфонат технический порошкообразный (ЛСТП), биополимер ксантановой смолы и костный клей при следующем соотношении ингредиентов, мас. %:

Сухая смесь для приготовления жидкости глушения может дополнительно содержать кальций хлористый до 25 кг на 1 кг сухой смеси.

Заявляемая сухая смесь соответствует условию «новизны».

Используют ЛСТП по ТУ 2455-028-00279580-2004; биополимер ксантановой смолы - Bioxan, Rio San, Seanec TU, Supra Xan, Гаммаксан, ксантановая камедь API 13A и тому подобные, костный клей по ГОСТ 2067-93, кальций хлористый по ГОСТ 450-77.

Ингредиенты сухой смеси тщательно дозируют, интенсивно перемешивают в смесителе и фасуют в герметичные упаковки для последующего использования на месте проведения ремонтных работ.

Сухая смесь представляет собой двухфазную систему, в которой твердые частицы дисперсной фазы распределены в газовой (воздушной) дисперсионной среде и характеризуются высокой межфазной поверхностью. Наличие этой поверхности обуславливает важнейшие технологичные свойства сухой смеси, к которым относятся:

- сыпучесть, определяемая величиной, обратной вязкости;

- уплотняемость, характеризуемая изменением объема порошка под действием динамической нагрузки;

- слеживаемость в процессе хранения, связанная с образованием структур, прочность которых превышает первоначальную.

Слеживание и комкование порошкообразного реагента приводят к снижению сыпучести и ухудшению растворяющей способности.

Известно, что гигроскопичные биополимерные реагенты склонны к слеживанию или комкованию. Причиной слеживания и комкования их является возникновение мостиков срастания между частицами биополимера вследствие его возможного увлажнения и увеличения площади контакта между частицами за счет пластической деформации под действием масс вышележащих слоев. Как следствие, слеживание и комкование сухой смеси приводит к снижению сыпучести и не позволяет растворить ее в воде при приготовлении жидкости глушения. Для обеспечения необходимой сыпучести предлагаемая смесь содержит костный клей, выполняющий роль антикомкователя. Костный клей обладает свойствами поверхностно-активного вещества, препятствует увеличению площади контакта между частицами биополимера. Механизм действия состоит в том, что молекулы костного клея, адсорбируясь на поверхности твердых частиц биополимера ксантановой смолы, покрывают их тонкой пленкой, создавая барьер для влаги, провоцирующей слеживание и образование комков. Кроме того, исключается контакт частиц биополимера между собой.

При содержании в рецептуре предлагаемой сухой смеси в заявляемых количественном соотношении костного клея эффективно меняется характер формирования кристаллов, не допуская их сращивания, а следовательно, слеживание.

Эффективность обработки костным клеем определяют относительно необработанной пробы и рассчитывают по следующей формуле:

Е=100-100·P_к/Р₀,

где Е - эффективность обработки, %;

P₀ - разрушающая нагрузка для образца без добавки костного клея, кгс/см²;

P_к - разрушающая нагрузка для образца с добавкой костного клея, кгс/см².

Составы сухой смеси для приготовления жидкости глушения приведены в таблице.

Таким образом, костный клей выполняет роль антикомкователя, что подтверждается данными экспериментальных исследований.

Повышение противофильтрационных свойств жидкости глушения, приготовленной при использовании сухой смеси обусловлено следующим. В состав сухой смеси входит смесь органический соединений, представленная лигносульфонатом техническим порошкообразным, биополимером ксантановой смолы и костным клеем. В лигносульфонатном реагенте имеется большое количество сульфогрупп, в биополимерном - гидроксильных и карбонильных, альдегидных или кетонных групп. Костный клей характеризуется наличием амидных и карбоксильных групп. Полярные группы полимерных молекул ингредиентов заявляемой сухой смеси обладают способностью гидратироваться, то есть ориентировать молекулы воды и удерживать их. Известно, что ориентировочно одна карбоксильная группа (-СООН) способна связать четыре, а аминная (-NH₂) - три молекулы воды. Образуется пространственная структура, удерживающая большое количество воды, что снижает фильтрационные свойства жидкости глушения.

С другой стороны, молекулы ингредиентов, входящих в состав сухой смеси, содержат лиофильные и лиофобные (обычно гидрофильные и гидрофобные) группы, то есть имеют дифильное строение. Гидрофильные группы обеспечивают растворимость их в воде, а гидрофобные (углеводородные) при достаточно высокой молекулярной массе способствуют растворению в неполярных средах. На границе фаз дифильные молекулы ориентируются энергетически наиболее выгодным образом: гидрофильные группы - в сторону полярной (обычно водной) фазы, гидрофобные - в сторону неполярной (газовой или масляной) фазы. Таким образом, формируется межфазный пограничный слой, благодаря которому снижается поверхностное натяжение и становится возможным использовать сухую смесь для образования прямых эмульсий.

А благодаря образованию пространственных и электрических барьеров, смесь дополнительно стабилизирует эмульсии, т.е. предотвращает повторное слипание уже сформировавшихся частичек дисперсной фазы и повторное расслоение. Молекулы ингредиентов сухой смеси преимущественно располагаются на поверхности пузырьков воздуха, образуя прочную пленку, которая усиливает сопротивляемость пузырьков к коалесценции.

Образованная полимерная сеть находится в равновесии с водным и углеводородным окружением. При этом наблюдается баланс эластичных сил поперечно-сшитых лигносульфонатного, биополимерного реагентов и костного клея с осмотическими силами раствора. Все это также приводит к снижению фильтрационных свойств жидкости глушения с использованием заявляемой сухой смеси.

Таким образом, заявляемая рецептура сухой смеси представляет собой эффективную и синергетически выгодную комбинацию ингредиентов, обеспечивающую для повышения противофильтрационных свойств жидкости глушения. Совместное применение биополимера с ЛСТП позволяет значительно сократить время приобретения жидкости глушения необходимых структурно-реологических показателей, что оказывает положительное влияние на блокирующие свойства состава.

Обеспечение возможности регулирования плотности раствора жидкости глушения, приготовленной из предлагаемой сухой смеси в диапазоне 900-1100 кг/м³, производится либо за счет изменения концентрации хлорида кальция, либо в емкостях осреднительных за счет изменения интенсивности и продолжительности их гидродинамической активации (перемешивания).

Содержание в составе сухой смеси кальция хлористого в количестве более 25% может привести к разжижению жидкости глушения, что отрицательно скажется на фильтрационных свойствах раствора. В дальнейшем это может привести к его поглощению. Кроме того, увеличение концентрации хлористого кальция приведет к повышенным значениям плотности.

Использование предлагаемой сухой смеси обеспечивает сокращение времени и упрощение технологии приготовления жидкости глушения из недефицитных реагентов. Значительно сокращаются временные и материальные затраты на приготовление такой жидкости, а значит, снижаются и затраты на ремонтные работы в целом.

Агрегатное состояние - сыпучая, однородная смесь без комков и посторонних включений, что решает проблему хранения ее в зимнее время. В условиях низких климатических температур до минус 40°C важным является сокращение времени и упрощение технологии приготовления жидкости глушения, а именно тот факт, что использование данной сухой смеси позволяет сократить время приготовления жидкости глушения в 2-3 раза.

Используемые ингредиенты являются доступными, недорогими и экологически безопасными.

Согласно данным проведенных экспериментальных исследований значительно сократится риск снижения продуктивности после глушения, что приведет к уменьшению сроков освоения скважин и выводу ее на оптимальный режим после ремонта. Данное также обеспечит значительное сокращение затрат на проведение ремонтных работ.

Использование сухой смеси для приготовления жидкости глушения позволяет значительно снизить долю транспортных расходов в смете затрат, так как перевозка жидкого продукта экономически невыгодна.

Использование сухой смеси для приготовления жидкости глушения позволит расширить ассортимент реагентов комплексного действия. Указанную смесь можно применять и для приготовления различных технологических жидкостей для бурения и капитального ремонта скважин в качестве загустителя, стабилизатора и структурообразователя. При приготовлении прямых эмульсий сухую смесь можно использовать в качестве эмульгатора.

Предлагаемая сухая смесь состоит из нетоксичных сухих ингредиентов, удобна при хранении, транспортировании и при применении.

Содержание в сухой смеси ЛСТП менее 86,7 мас. % нецелесообразно, так как при приготовлении жидкости глушения с использованием заявляемой сухой смеси структурно-реологические свойства жидкости глушения будут очень низкими, а содержание ЛСТП в сухой смеси более 90 мас. % технологически нецелесообразно, так как лигносульфонатные реагенты характеризуются высоким воздухововлекающим эффектом, а в совокупности с белковой составляющей биополимера ксантановой смолы и костного клея приводит к интенсивному пенообразованию, что создаст огромные трудности при закачке жидкости глушения.

Содержание в смеси биополимера ксантановой смолы менее 9,5 мас. % нецелесообразно, так как при данной концентрации ухудшаются структурно-реологические свойства жидкости глушения, что не обеспечивает эффективное глушение скважины.

Содержание в сухой смеси биополимера ксантановой смолы более 12,5 мас. % приведет к резкому возрастанию вязкостных свойств жидкости глушения, в связи с чем могут возникнуть осложнения при прокачивании в процессе использования.

Кроме того, с экономической точки зрения нецелесообразно использование биополимера ксантановой смолы более заявляемого предела.

Содержание в сухой смеси костного клея менее 0,5 мас. % нецелесообразно, так как не обеспечивается сохранение сыпучести сухой смеси, а содержание более 0,8 мас. % экономически нецелесообразно. Кроме того, костный клей, являясь полимерным реагентом, может увеличить вязкостные свойства жидкости глушения, что делает ее нетехнологичной в связи с возможными осложнениями при прокачивании жидкости глушения.

Таким образом, согласно вышесказанному предлагаемая совокупность существенных признаков обеспечивает достижение заявляемого технического результата.

Не выявлены по имеющимся источникам известности технические решения, имеющие признаки, совпадающие с отличительными признаками предлагаемого изобретения по заявляемому техническому результату.

Более подробно сущность заявляемого изобретения описывается следующими примерами.

Примеры (лабораторные)

Пример №1

Готовят 20 г сухой смеси, г/мас. %:

Сухую смесь тщательно перемешивают. Для приготовления 1000 мл жидкости глушения сухую смесь затворяют в 980 мл воды. Перемешивают до получения стабильной системы, после чего определяют свойства жидкости.

Жидкость глушения имеет следующие свойства: плотность ρ=994,2 кг/м³; условная вязкость Т=27,5 с; водоотдача Ф=5,2 см³/30 мин; статическое напряжение сдвига через 1 и через 10 минут соответственно CHC_1/10=42/42 дПа; пластическая вязкость η=4,3 мПа·с; динамическое напряжение сдвига τ₀=45,0 дПа; показатель псевдопластичности n=0,4; температура замерзания t₃=0°C, коэффициент восстановления проницаемости β=99,4%.

Пример №2

Готовят 20 г сухой смеси, г/мас. %:

Готовят 1000 мл жидкости глушения.

Для приготовления 1000 мл жидкости глушения сухую смесь затворяют в 980 мл воды.

Проводят все операции как в примере 1.

Жидкость глушения имеет следующие свойства: ρ=994,3 кг/м³; Т=27,8 с; Ф=5,1 см³/30 мин; СНС₁/₁₀=43/43 дПа; η=4,3 мПа·с; τ₀=45,2 дПа; n=0,4; t₃=0°C, β=99,3%.

Пример №3

Готовят 20 г сухой смеси, г/мас. %:

Для приготовления 1000 мл жидкости глушения сухую смесь затворяют в 980 мл воды.

Проводят все операции как в примере 1.

Жидкость глушения имеет следующие свойства: ρ=994,5 кг/м³; Т=28,0 с; Ф=5,0 см³/30 мин; CHC_1/10 43,5/43,5 дПа; η=4,5 мПа·с; τ₀=45,5 дПа; n=0,4; t₃=0°C, β=99,0%.

Пример №8

Готовят 12 г сухой смеси, г/мас. %:

Жидкость глушения имеет следующие свойства: ρ=1080 кг/м³; Т=36,3 с; Ф=3,9 см³/30 мин; CHC_1/10=47/50,0 дПа; η=8,1 мПа·с; τ₀=62,1 дПа; n=0,4; t₃=-30°C, β=98,1%.

Пример №15

Готовят 12 г сухой смеси, г/мас. %:

Для приготовления 1000 мл жидкости глушения сухую смесь тщательно перемешивают и растворяют в 688 мл воды, после чего добавляют 300 мл газового конденсата (ρ=726 кг/м³). Перемешивают в течение 20-30 минут до получения стабильной эмульсии, после чего определяют свойства жидкости глушения.

Жидкость глушения имеет следующие свойства: ρ=910,67 кг/м³; Т=40 с; Ф=5,0 см³/30 мин; CHC_1/10=43/43 дПа; η=10 мПа·с; τ₀=47,8 дПа; n=0,53; t₃=-3°C; S более 10 сут., β=99,2%.

Пример №16

Готовят 12 г сухой смеси, г/мас. %:

Для приготовления 1000 мл жидкости глушения сухую смесь тщательно перемешивают и растворяют в 688 мл воды, после чего добавляют 300 мл газового конденсата.

Проводят все операции как в примере 15.

Жидкость глушения имеет следующие свойства: ρ=911,0 кг/м³; Т=41,0 с; Ф=4,3 см³/30 мин; CHC_1/10=44/44 дПа; η=12 мПа·с; τ₀=48,0 дПа; n=0,52; t₃=-3°C; S более 10 сут., β=99,6%.

Пример 17

Готовят 12 г сухой смеси, г/мас. %:

Для приготовления 1000 мл жидкости глушения сухую смесь тщательно перемешивают и растворяют в 688 мл воды, после чего добавляют 300 мл газового конденсата.

Проводят все операции как в примере 15.

Жидкость глушения имеет следующие свойства: ρ=912,0 кг/м³; Т=48,0 с; Ф=3,9 см³/30 мин; CHC_1/10=44/44 дПа; η=12 мПа·с; τ₀=48,0 дПа; n=0,51; t₃=-3°C; S более 10 сут, β=99,2.

Пример №22

Готовят 12 г сухой смеси, г/мас. %:

После чего добавляют кальций хлористый в количестве 250 г, что соответствует 21 г на 1 г сухой смеси.

Для приготовления 1000 мл жидкости глушения сухую смесь тщательно перемешивают и растворяют в 520 мл воды, после чего добавляют 300 мл газового конденсата.

Жидкость глушения имеет следующие свойства: ρ=980 кг/м³; Т=75 с, Ф=3,5 см³/30 мин; CHC_1/10=25/33; η=16 мПа·с; τ₀=86 дПа; n=0,55; t₃=-40°C, S более 30 сут; β=99,0%.

Пример №23

Готовят 12 г сухой смеси, г/мас. %:

После чего добавляют кальций хлористый в количестве 250 г, что соответствует 21 г на 1 г сухой смеси.

Для приготовления 1000 мл жидкости глушения сухую смесь тщательно перемешивают и растворяют в 520 мл воды, после чего добавляют 300 мл газового конденсата.

Проводят все операции как в примере 22.

Жидкость глушения имеет следующие свойства: ρ=985,0 кг/м³; Т=86 с; Ф=3,5 см³/30 мин; CHC_1/10=28/36 дПа; η=17 мПа·с; τ₀=90 дПа; n=0,55; t₃=-40°C; S более 30 сут, β=99,2%.

Пример №24

Готовят 12 г сухой смеси, г/мас. %:

После чего добавляют кальций хлористый в количестве 250 г, что соответствует 21 г на 1 г сухой смеси.

Для приготовления 1000 мл жидкости глушения сухую смесь тщательно перемешивают и растворяют в 520 мл воды, после чего добавляют 300 мл газового конденсата.

Проводят все операции как в примере 22.

Жидкость глушения имеет следующие свойства: ρ=987 кг/м³; Т=105 с; Ф=3,0 см³/30 мин; CHC_1/10=31/40 дПа; η=20 мПа·с; τ₀=110 дПа; n=0,55; t₃=-40°C; S более 30 суток, β=98,9%.