СОСТАВ ВАННЫ ДЛЯ ЛИКВИДАЦИИ ПРИХВАТА ТРУБНЫХ КОЛОНН
BATH COMPOSITION FOR FREEING STUCK PIPE COLUMNS

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и может быть использовано в качестве состава жидкостной ванны для ликвидации прихвата трубных колонн в сложных горно-геологических условиях.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является состав ванны для ликвидации прихвата трубных колонн, включающий глицерин и воду (см. авторское свидетельство СССР №939722, кл. Е21В 31/00, 1982 г.).
Недостатком этого состава является низкая эффективность освобождения прихваченных трубных колонн, обусловленная низкой степенью разрушения коагуляционной структуры глинистых частиц в скважине.
Техническим результатом, на достижение которого направлено данное изобретение, является повышение эффективности освобождения прихваченных трубных колонн за счет повышения степени разрушения коагуляционной структуры глинистых частиц в скважине путем повышения диспергирующих свойств состава.
Данный технический результат достигается за счет того, что состав ванны для ликвидации прихвата трубных колонн, включающий глицерин и воду, дополнительно содержит гидроксиламин солянокислый при следующем соотношении компонентов, мас.%:
глицерин
10-15
гидроксиламин солянокислый
20-25
вода
остальное
Сущность изобретения поясняется таблицей, в которой приведены значения усилия, необходимого для страгивания стержня, и касательных напряжений до и после установки исследуемых составов жидкостных ванн.
Изобретение также иллюстрируется фигурой, где показана схема установки для определения усилия, необходимого для страгивания стержня, имитирующего трубную колонну в лабораторных условиях.
Для приготовления предлагаемого состава ванны для ликвидации прихвата трубных колонн используют следующие компоненты: воду, глицерин и гидроксиламин солянокислый.
3
8
3
Глицерин - трехатомный спирт, легко растворим в воде и спирте, смешиваясь с ними в любых соотношениях. Экологически безвреден, обладает низким поверхностным натяжением. Химическая формула - СНО, выпускается промышленностью в соответствии с ГОСТ 6824 - 96.
2
Гидроксиламин солянокислый (гидроксиламин гидрохлорид) представляет собой бесцветные игольчатые кристаллы. Реактив хорошо растворим в воде (45% - при 17°С; 66% - при 100°С). Химическая формула - NHOH·HCl, выпускается промышленностью в соответствии с ГОСТ 5456 - 79.
Проведенный анализ научно-технической и патентной литературы показал, что использование заявляемого состава, включающего воду, глицерин и гидроксиламин солянокислый в качестве ванны для ликвидации прихвата трубных колонн с учетом их предлагаемого количественного соотношения неизвестно.
Как правило, прихват трубных колонн связан с образованием толстой глинистой корки на стенках скважины при прохождении проницаемых пород. В результате физико-химического взаимодействия глинистых частиц друг с другом, стенкой скважины и трубными колонными образуется довольно прочный сальник, препятствующий движению бурового инструмента вплоть до полной его остановки, когда мощность и прочность буровой установки не позволяют обеспечить перемещение трубных колонн.
В случае образования прихвата труб в результате сальникообразования одним из распространенных способов его ликвидации является установка жидкостных ванн. Действие ванны основано на разрушении коагуляционной структуры глинистых частиц путем химического растворения, разжижения и других видов воздействий на них или их комбинаций.
Природа и характер взаимодействия между глинистыми частицами определяются структурными связями, возникающими в свежеотложившемся глинистом осадке. Современное представление о структурных связях в глинистом осадке основано на том, что их формирование происходит под влиянием физических, химических и физико-химических процессов, приводящих к возникновению на контактах частиц сложных взаимодействий различной природы и энергии (молекулярное, магнитное, капиллярное, дипольное, ионоэлектростатическое, химическое и др.). На ранней стадии формирования глинистого осадка, что может быть отнесено к периоду формирования сальника при бурении скважин, возникают структуры с коагуляционными контактами. При воздействии жидкостной ванны на сальник может происходить обменная реакция, приводящая к замещению ионов глины на ионы, находящиеся в растворе. При соответствующем подборе обменных ионов или молекул можно обеспечить такое уменьшение межплоскостных связей, что отдельные глинистые частицы начнут переходить в контактирующий с ними состав. Состав жидкостной ванны должен обладать способностью разрушать глинистые образования путем нарушения структурных связей между глинистыми частицами, не исключая возможности частичного или полного разрушения сальника. Разупрочнение сальника под воздействием различных жидкостных ванн характеризует эффективность их использования. Оценку разупрочняющей способности жидкостных ванн определяют по методике, позволяющей изучать изменения касательных напряжений в зависимости от физико-химического взаимодействия жидкостных ванн с сальником.
На чертеже приведена схема установки для определения усилия, необходимого для страгивания стержня, имитирующего трубную колонну в лабораторных условиях. На фигуре обозначены: емкость 1, сальник 2, полый стержень 3, имитирующий трубную колонну, жидкостная ванна 4, контактная пластина 5, замыкающая пластина 6, источник 7 электрического питания, электролампа 8, весы 9, весовые платформы 10, 11. На фигуре также показана капроновая нить 12, прикрепленная к весовой платформе 10. Подвешенный на нити 12 стержень 3 опускается в емкость 1 с сальником 2. На весовой платформе 11 расположен груз 13 и чашка 14 для сбора песка. На фигуре изображен штатив 15, на котором закреплен сосуд 16 с песком. Выходное отверстие сосуда 16 снабжено заслонкой 17 для регулирования подачи песка в чашку 14.
Для приведенной на фигуре схемы установки, усилие Q, необходимое для страгивания стержня, можно представить в следующем виде:
где G - вес стержня 3; S - площадь контакта стержня 3 с сальником 2; τ - касательные напряжения сдвига на поверхности соприкосновения стержня 3 с сальником 2.
Разрешив уравнение (1) относительно τ, получим:
2
Касательные напряжения сдвига τ, найденные по формуле (2), использованы в дальнейшем как показатель эффективности разупрочнения сальника 2 под действием различных жидкостных ванн в течение одинакового периода времени (t=4 ч).
С учетом входящих в схему установки для определения усилия Q элементов, выражение (2) можно представить в следующем виде:
B
C
B
C
C
где m - масса стержня 3; g - ускорение свободного падения; l - длина стержня 3 вне зоны сальника 2, l - длина стержня 3 в сальнике 2; l=l+l - длина стержня 3; d - диаметр стержня 3; ρ, ρ - плотность материала стержня 3 и сальника 2; π - величина отношения длины окружности, соответствующей поперечному сечению стержня, к ее диаметру.
С
3
3
Изучение влияния различных составов жидкостных ванн на напряжения τ в формуле (3) проведено на установке (см. чертеж) по следующей методике. Приготовили глинистую пасту из бентонитового глинопорошка плотностью ρ=1280 кг/м. Подвешенный на капроновой нити 12 и прикрепленный к левой весовой платформе 10 весов 9 полый цилиндрический стержень 3 поместили в емкость 1. Правую весовую платформу 11 уравновесили грузом 13 таким образом, чтобы зазор между контактной 5 и замыкающей 6 пластинами составлял 1 мм. Полый цилиндрический стержень 3 был изготовлен из дюралюминия длиной l=25 см с наружным диаметром d=36 мм, плотностью ρ=1900 кг/м и массой m=0,275 кг.
1
C
1
Емкость 1 вручную с помощью лопатки наполнили навеской глинистой пасты, имитирующей сальник 2. После этого установку оставили в покое на время t=3 ч 50 мин. Длина прихваченной части стержня 3 в сальнике 2 составляла l=16 см. После периода времени t проводили два опыта.
1
1
2
2
В первом опыте определяли усилие Q, необходимое для страгивания стержня 3, находящегося в сальнике 2 при отсутствии жидкостной ванны 4 в емкости 1. Во втором опыте после периода времени t в емкость 1 на поверхность сальника 2 наливали исследуемую жидкостную ванну 4 для взаимодействия с ним в течение второго периода времени t=4 ч и определяли соответствующее усилие Q, необходимое для страгивания стержня 3 после установки жидкостной ванны 4.
П
Для определения усилия Q открывали заслонку 17 на сосуде 16 с песком, который постепенно высыпался в чашку 14, находящуюся на весовой платформе 11. При этом весовая платформа 9 начинала подниматься, и капроновая нить 12, натягиваясь, осуществляла подъем стержня 3 вверх. В результате этого происходил сдвиг стержня 3 относительно сальника 2. При соприкосновении контактной 5 и замыкающей 6 пластин загоралась электролампа 8. В этот момент заслонку 17 закрывали. Далее определяли массу песка m в чашке 14 и рассчитывали соответствующее ей усилие Q, необходимое для страгивания стержня.
п
1
п
1
Например, при страгивании стержня из сальника до установки жидкостной ванны 4 масса песка составила m=0,290 кг и соответствовала усилию Q=gm=9,81·0,290=2,845 Н. Касательные напряжения τ, возникающие в момент извлечения стержня 3 из сальника 2 и вычисленные по формуле (3), составляют величину:
.
п
2
п
После установки жидкостной ванны, в состав которой входили 10 мас.% глицерина, 20 мас.% гидроксиламина солянокислого и 70 мас.% воды при страгивании стержня 3 масса песка составила m=0,246 кг и соответствовала усилию, необходимому для страгивания стержня Q=gm=9,81·0,246=2,413Н. В этом опыте, касательные напряжения  возникающие в момент извлечения стержня 3 из сальника 2 и вычисленные по формуле (3), составляют величину:
.
В таблице приведены результаты исследований по определению усилия Q, необходимого для страгивания стержня 3 и касательных напряжений τ, до и после установки жидкостных ванн предлагаемого состава и состава, описанного в прототипе.
Как видно из таблицы, предлагаемый состав жидкостной ванны по сравнению с составом, указанным в прототипе, значительно снижает прочность сальника 2 и усилие, необходимое для ликвидации прихвата трубных колонн.
Использование данного изобретения позволит повысить эффективность освобождения прихваченных трубных колонн за счет повышения степени разрушения коагуляционной структуры глинистых частиц в скважине путем повышения диспергирующих свойств состава.
ТаблицаЗначения усилий Q и касательных напряжений τ в зависимости от составов жидкостных ванн
Состав ванны для ликвидации прихвата трубных колонн, мас.%
Усилие и касательные напряжения
до установки ванны
после установки ванны
Глицерин
Гидроксиламин солянокислый
Вода
Q<sub>1</sub>, Н
τ<sub>1</sub>, Па
Q<sub>2</sub>, Н
τ<sub>2</sub>, Па
Состав ванны, описанный в прототипе
2
-
98
2,845
72,524
2,805
70,234
Предлагаемый состав ванны
10
20
70
2,845
72,524
2,413
48,615
15
25
60
2,845
72,524
2,345
44,852