Результат интеллектуальной деятельности: НАДПАКЕРНАЯ ЖИДКОСТЬ

Изобретение относится к нефтегазовой промышленности и может быть использовано при эксплуатации нефтяных и газовых скважин.

При эксплуатации нефтяных и газовых скважин, если в составе добываемого флюида имеются высокотоксичные компоненты H₂S и СО₂, добычу флюида ведут только через насосно-компрессорные трубы с применением забойного оборудования, которое отделяет трубное пространство от затрубного в эксплуатационной колонне, то есть обеспечивает отсутствие контакта агрессивных компонентов с внутренней поверхностью эксплуатационной колонны. Для этого на насосно-компрессорных трубах спускают пакерное устройство, герметизирующий элемент которого после создания давления раскрывается и перекрывает затрубное пространство. Герметизирующий элемент обеспечивает герметичность при перепаде давлений 20,0-25,0 МПа. В этом случае важную роль играет надпакерная жидкость, закачиваемая в затрубное пространство и создающая гидростатическое давление на пакер.

Известны надпакерные жидкости - Дж. Р.Грей, Г.С.Г. Дарли. Состав и свойства буровых агентов (промывочных жидкостей). - М.: Недра, 1985, с. 73-75. Такими жидкостями являются солевые растворы : хлорид натрия - плотность раствора 1200 кг/м³, хлорид натрия и кальция - плотность раствора 1400 кг/м³, хлорид кальция - плотность раствора 1410 кг/м³, хлорид и бромид кальция - плотность раствора 1800 кг/м³. Закачивая надпакерные жидкости в затрубное пространство, уменьшают или снимают возникающий перепад давлений.

Однако эти растворы имеют существенные недостатки:
- раствор бромида кальция дорог по стоимости;
- растворы других солей имеют недостаточную плотность. Для условий АГКМ необходимо иметь плотность 1500 кг/м³;
- все вышеуказанные растворы при высокой температуре 100^oС и выше не снимают процесс коррозии;
- при попадании раствора в продуктивный пласт происходит ухудшение коллекторских свойств и падение дебита добычи флюида.

Наиболее близким аналогом является надпакерная жидкость на углеводородной основе, содержащая дизельное топливо, мазут, битум, негашеную известь, сульфанол, воду, однако она имеет плотность 1000 кг/м³, что недостаточно для условий АГКМ. Для увеличения плотности углеводородной жидкости используют утяжеляющие материалы : барит BaSO₄, магнетит Fe₂О₃ - Дж. Р.Грей, Г. С. Г. Дарли. Состав и свойства буровых агентов (промывочных жидкостей). - М.: Недра, 1985, с. 77-78, 443.

Указанные утяжелители, имея высокую плотность 4200 кг/м³ и 5000 кг/м³ и соответственно размеры частиц, через 1-2 месяца начинают выпадать в осадок, что приводит не только к снятию противодавления на пакер, но и к прихвату насосно-компрессорных труб осажденным утяжелителем.

Задачей предлагаемого изобретения является создание надпакерной жидкости, обеспечивающей надежность и безопасность работы герметизирующего элемента пакера длительное время.

Эта задача решается тем, что надпакерная жидкость на углеводородной основе, содержащая дизельное топливо, битум и утяжеляющий компонент, содержит в качестве утяжеляющего компонента коллоидную серу и дополнительно - мазут, негашеную известь, сульфанол и воду при следующем соотношении, мас.%:
Дизельное топливо - 17,0-19,0
Мазут - 11,0-13,0
Битум - 5,0-7,0
Негашеная известь - 13,0-15,0
Сульфанол - 0,3-0,5
Коллоидная сера - 45,0-50,0
Вода - 2,0-3,0
Надпакерная жидкость содержит коллоидную серу с размером частиц 10^-5 и 10^-7 мкм и плотностью 2070 кг/м³.

Надпакерную жидкость приготавливают при температуре 90-100^oС. Лабораторные исследования надпакерной жидкости плотностью 1500 кг/м³ показали, что жидкость стабильна, осаждение утяжеленного материала не происходит.

Из коллоидной химии известно, что процесс осаждения коллоидных частиц зависит от состава, плотности, размера частиц и вязкости раствора

где V - скорость осаждения коллоидной частицы, см/с;
r - диаметр частицы, мм;
d_n - плотность частицы, г/см³;
dp - плотность жидкости, г/см³;
η - вязкость надпакерной жидкости, спз
Частица коллоидной серы имеет размеры 10^-5 и 10^-7 мкм и плотность 2070 кг/м³, и это ее заметно отличает от частицы Fе₂О₃ или ВаSO₄, размер и плотность которой значительно выше. Скорость осаждения коллоидной частицы в воде: при вязкости воды 1 сП частица оседает за 9,8 минуты.

В надпакерной жидкости, утяжеленной до 1500 кг/м³ и вязкости 200-300 сП, согласно вышеприведенной формуле осаждение практически не происходит, то есть решается задача сохранения гидростатического давления во времени.

Пример
Предлагаемая надпакерная жидкость, состоящая из дизельного топлива - 18,3 %, мазута - 12,7%, битума - 6%, негашеной извести - 14%, сульфанола - 0,4%, воды - 2,3% и утяжеляющего компонента - коллоидной серы - 46,3%, испытывалась в лабораторных условиях АНИПИгаза при температуре 90-100^oС. После 2-х месячного наблюдения свойства жидкости не изменились.

Таким образом, предлагаемая надпакерная жидкость, сохраняя свои физико-химические свойства, обеспечивает надежность и безопасность работы герметизирующего элемента пакера длительное время.