Результат интеллектуальной деятельности: Буферная жидкость

Изобретение относится к области крепления скважин, а именно к буферным жидкостям для очистки скважин, пробуренных с использованием эмульсионных буровых растворов на углеводородной основе.

Известна буферная жидкость для очистки скважин, пробуренных с использованием раствора на нефтяной основе, состоящая из дизельного топлива, воды, жирных кислот, основания металла и продукта отмыва контактных газов дегидрирования в производстве изопрена [SU 692983 А, МПК2 Е21В 33/14, опубл. 25.10.1979].

Недостатками данной буферной жидкости являются ее низкая моющая способность и ограниченный диапазон плотностей от 0,93 до 0,98 г/см³. В связи с этим буферную жидкость невозможно применять в интервалах, характеризующихся коэффициентом аномальности больше 1 (k_а>1) (в практике строительства скважин большинство разрабатываемых скважин имеют k_а>1).

Известна буферная жидкость для разделения бурового раствора на углеводородной

основе и тампонажного раствора на водной основе, содержащая дизельное топливо, воду, эмульгатор ОП-4 - моноалкилфениловые эфиры полиэтиленгликоля на основе полимердистиллята, барит [SU 1104240 А, МПК 3 Е21В 33/138,опубл. 23.07.1984].

Недостатками данной буферной жидкости является то, что она изначально предназначена для разделения и смыва безводных углеводородных буровых растворов типа известково-битумного раствора (ИБР) и не может быть использована в случае необходимости разделения и смыва эмульсионного бурового раствора на углеводородной основе, по причине непредсказуемого характера взаимодействия двух эмульсионных систем.

Известна буферная жидкость для разделения бурового раствора на углеводородной основе и тампонажного раствора на водной основе, содержащая, масс. %: дизельное топливо 8,7-14,0, смесь нефтяных отходов, содержащая нефть и дизельное топливо 12,2-30,0, отход производства бензола - щелочные воды ректификации бензола или конденсированная сульфитно-спиртовая барда 0,8-1,0, бентонитовую глину 2,0-7,0, воду - 2,0-8,0, барит - остальное [SU 1470934 А1, МПК4 Е21В 33/138, опубл. 07.04.89].

Причиной, препятствующей решению технической проблемы известной буферной жидкостью, является то, что она предназначена только для разделения и вытеснения бурового раствора на углеводородной основе и тампонажного раствора на водной основе. Известная буферная жидкость характеризуется высокой условной вязкостью и при удовлетворительной вытесняющей способности обладает низкой смывающей способностью в отношении эмульсионных буровых растворов на углеводородной основе. В связи с тем, что система является многокомпонентной, приготовление данной буферной жидкости является весьма трудоемким процессом.

Технической проблемой, решение которой обеспечивается при использовании изобретения, является повышение качества цементирования обсадных колонн, пробуренных эмульсионными буровыми растворами на углеводородной основе, путем повышения смывающей способности буферной жидкости.

При решении указанной технической проблемы технический результат, обеспечиваемый изобретением, заключается в получении стабильной утяжеленной буферной жидкости на углеводородной основе, обладающей высокой моющей способностью и пониженным показателем фильтрации, позволяющей повысить качество крепления обсадных колонн скважин пробуренных с использованием эмульсионных буровых растворов на углеводородной основе.

Совокупность существенных признаков, достаточная для решения указанной технической проблемы и получения обеспечиваемого изобретением технического результата, следующая: буферная жидкость содержит, масс. %: керосин 31,57-55,69, барит 38,01-64,44, органобентонит ОРБЕНТ-91 2,88 - 5,61, гидрофобизатор АБР 0,69-1,11.

В качестве гидрофобизатора применили гидрофобизатор АБР, который представляет собой углеводородный раствор продуктов конденсации жирных кислот и аминов.

В качестве структурообразователя использовали органоглину марки ОРБЕНТ-91, представляющую собой химически модифицированный, гидрофобизированный бентонит. Молекулы гидрофобизатора способны полностью растворяться в неполярной среде керосина, а наличие в их составе активной полярной составляющей инициирует процесс солюбилизации частиц барита: молекулы АБР обволакивают гранулу барита и удерживают ее во взвешенном состоянии в течение значительного времени, чему также способствует СНС системы благодаря присутствию органоглины. В связи с тем, что барит, представляющий собой неорганическую соль щелочного металла и сильной кислоты - сульфат бария, является достаточно полярным соединением полярная средняя соль, находясь в неполярной среде керосина, не способна полностью диспергироваться по всему объему системы даже при воздействии большой энергии перемешивания. По сути, в среде керосина, сольватация барита останавливается на стадии образования ионного ассоциата и, с точки зрения термодинамики, процесс взаимного слипания частиц барита энергетически более выгоден по сравнению с процессом его распределения по объему растворителя. Введение гидрофобизатора марки АБР позволяет значительно повысить стабильность буферной жидкости.

Буферную жидкость получали путем приготовления суспензии на основе керосина (ГОСТ 4753-49), обладающего высокой моющей активностью, органобентонита ОРБЕНТ-91 (ТУ 2458-079-17197708-2003) в качестве структурообразователя, барита (ГОСТ 4682-84) для утяжеления до необходимой плотности и гидрофобизатора АБР (ТУ 2483-081-17197708-2002).

Для приготовления буферной жидкости не требуется специального оборудования или нагрева.

Смывающую способность определяли по массе смытого эмульсионного бурового раствора на углеводородной основе с поверхности сетчатого элемента (с размером ячейки 0,85 мм), закрепленного на наружном цилиндре ротационного вискозиметра модели 3500 LS (фирмы «Chandler Engineering»).

Сравнительные лабораторные исследования по изучению моющей способности буферной жидкости и прототипа проводили следующим образом.

Измерительный цилиндр с помещенным сетчатым элементом обезжиривали и определяли их массу. Затем закрепляли на ротационный вискозиметр (без установки внутреннего измерительного цилиндра).

Далее сборку помещали в эмульсионный буровой раствор на углеводородной основе (аналогично процедуре по определению реологических свойств) из расчета погружения в раствор сетчатого элемента на всю его высоту. Сборку выдерживали 20 мин в буровом растворе, после чего стакан с раствором опускали, а избыток раствора стекал с цилиндра с сетчатым элементом в течение 5 мин.

Далее сборку с налипшим буровым раствором снимали с прибора, взвешивали, повторно устанавливали на прибор и помещали в стакан с испытуемой буферной жидкостью. Включением вращения наружного цилиндра с сетчатым элементом, покрытым буровым раствором, производили смыв раствора в течение 5 мин. После 5 мин смыва вращение прекращали, сборку снимали с прибора и взвешивали.

Смывающую способность (степень очистки) определяли по формуле:

где: m₂ - масса сборки с нанесенным буровым раствором, г;

m₃ - масса сборки со смытым буровым раствором, г;

m₁ - масса чистой сборки, г.

Результаты исследований приведены в таблице.

Как видно из таблицы разработанные составы буферной жидкости на углеводородной основе имеют плотность от 1.2 г/см³ до 1.8 г/см³, обладают высокой стабильностью, смывающей способностью (не менее 78.15%) и пониженным показателем фильтрации. Наличие указанных преимуществ позволит повысить качество крепления обсадных колонн скважин пробуренных с использованием эмульсионных буровых растворов на углеводородной основе.

Буферная жидкость, имеющая соотношение компонентов в указанных пределах, обладает высокой стабильностью, моющей способностью и пониженным показателем фильтрации. При содержании АБР и барита менее указанных пределов смывающая способность снижается, а буферная жидкость становится нестабильной, по причине оседания твердой фазы. При увеличении АБР и барита повышается условная вязкость, отрицательно влияющая на смывающую способность. При наличии в буферной жидкости ОРБЕНТа-91 в количествах, выходящих за указанные пределы, ухудшается ее смывающая способность. Увеличение содержания керосина свыше 56% не приводит к улучшению характеристик буферной жидкости.

Таким образом, заявляемая буферная жидкость, являясь утяжеленной буферной жидкостью на углеводородной основе, обладает высокой стабильностью, моющей способностью по отношению к эмульсионным буровым раствором на углеводородной основе и пониженным показателем фильтрации.