БУФЕРНАЯ ЖИДКОСТЬ, ИСПОЛЬЗУЕМАЯ ПРИ ЦЕМЕНТИРОВАНИИ ОБСАДНЫХ КОЛОНН
SPACER LIQUID USED IN CEMENTING OF CASING STRINGS

Изобретение относится к области строительства скважин, в частности к буферным жидкостям, используемым при цементировании обсадных колонн нефтяных и газовых скважин.
Известна буферная жидкость, содержащая гидроокись натрия и техническую воду, мас.ч.: гидроокись натрия 0,5-5,0; техническая вода остальное (А.И.Булатов: Теория и практика заканчивания скважин., т.4 М., «Недра» 1998).
Недостатком этой буферной жидкости является то, что, хорошо смывая глинистую пленку с колонны обсадных труб, она менее эффективно отмывает глинистую корку со стенок скважины; не имеет структуры, а следовательно, не может способствовать выносу отмытых глинистых частиц на поверхность.
Также известна буферная жидкость, используемая при цементировании обсадных колонн и содержащая в своем составе, мас.%: феррохромлигносульфонат (ФХЛС) 6,2-13,1; гидроокись натрия 0,6-1,2; отход йодобромного производства 1,8-4,2; барий 18-62; вода остальное (авт. свид. РФ №1339232, кл. Е21В 33/138, от 1985 г.).
Недостатком указанной известной буферной жидкости является отрицательное влияние реагентов, входящих в ее состав, на прочностные и адгезионные свойства цементного камня, образующегося при последующей (после прокачки буферной жидкости) установке в скважину изоляционного материала.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является буферная жидкость, используемая при цементировании обсадных колонн, содержащая, мас.%: метилцеллюлоза 0,1-1,0; меламинформальдегидная смола 0,1-2,0; пеногаситель 0,025-0,25; вода остальное (патент РФ №1312157, 25.05.1987, 3 с.).
Недостатком указанной буферной жидкости является то, что она не обеспечивает эффективный отмыв глинистой пленки и остатков бурового раствора с колонны обсадных труб и со стенок скважины.
Технический результат, достигаемый предлагаемым изобретением, заключается в обеспечении высокой степени сцепления цементного камня с вмещающими поверхностями (обсадная колонна - цементный камень;
цементный камень - горная порода) за счет повышения эффективности очистки стенок скважины и колонны обсадных труб, при одновременном снижении отрицательного влияния на коллекторские свойства пласта.
Указанный технический результат достигается предлагаемой буферной жидкостью, используемой при цементировании обсадных колонн, включающей реагент на основе эфира целлюлозы, пеногаситель и воду, в качестве эфира целлюлозы она содержит оксиэтилцеллюлозу, или карбоксиэтилцеллюлозу, или полианионную целлюлозу, или метилцеллюлозу, в качестве пеногасителя - ПОЛИЦЕМ ДФ, дополнительно - пластификатор - поликарбоксилат Melflux или реагент на основе меламиновых и нафталиновых смол, каустическую соду и синтетическое моющее средство - CMC, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
вода
91,7-99,37
указанный пластификатор
0,01-1,0
эфир целлюлозы
0,01-1,0
ПОЛИЦЕМ ДФ
0,1-0,3
каустическая сода
0,5-5,0
CMC
0,01-1,0
В качестве реагента на основе меламиновых и нафталиновых смол она содержит реагент ЦЕМПЛАСТ МФ или С-3.
В качестве синтетического моющего средства жидкость содержит реагент марки НИКА-4 или ДЕТЕРГЕНТ.
Достижение указанного технического результата обеспечивается за счет определенного подбора компонентов в предлагаемой буферной жидкости (качественного и количественного), т.е. этот результат носит синергетический характер.
Благодаря введению в буферную жидкость в качестве моющих средств двух компонентов: щелочи-гидроокиси натрия и синтетического моющего средства, обеспечивается качественный отмыв стенок скважины и колонны обсадных труб от глинистой корки. За счет синергетического эффекта во взаимодействии этих моющих средств с пластификаторами указанного вида эффективность отмыва увеличивается.
Использование в предлагаемой буферной жидкости в качестве моющих средств каустической соды и синтетического моющего средства совместно с пластификатором позволяет, наряду с повышением моющих свойств буферной жидкости, улучшить и прочность сцепления цементного камня с вмещающими поверхностями.
Введение в предлагаемую жидкость пеногасителя обеспечивает понижение пенообразования, что благоприятно сказывается на работе цементировочного оборудования.
Для приготовления заявляемой буферной жидкости в лабораторных условиях были использованы следующие вещества:
- вода техническая с жесткостью не более 5 мг-экв/л;
Моющие средства:
- каустическая сода (гидроокись натрия) ГОСТ 4328-77
- СИНТЕТИЧЕСКОЕ МОЮЩЕЕ СРЕДСТВО:
- НИКА-4 - средство моющее техническое, содержит комплекс ПАВ, щелочной агент и комплексообразователь по ТУ 2499-014-12910434-2003;
- Детергент - средство моющее техническое, содержит комплекс ПАВ, щелочной агент и комплексообразователь по ТУ 2458-038-40912231-2006;
- CleanPow - средство моющее, содержит комплекс ПАВ по ТУ 2458-027-18947160-2004, физико-химические свойства: порошок белого цвета; хорошо растворяется в воде; рН 1%-ного раствора 9-12; межфазное натяжение 0,01% водного р-ра на границе с керосином при 200°С, мН/м, не более 0,1;
- ПЛАСТИФИКАТОР:
- реагент на основе меламиновых и нафталиновых смол:
- Цемпласт МФ применяют как суперпластификатор для цементных растворов, представляет собой белый порошок модифицированной меламинформальдегидной смолы с рН 1%-го водного раствора 8,5-10,5. ТУ 2223-011-40912231-2003;
- Peramin SMF применяют как суперпластификатор, - фирмы "Perstorp" (Швеция) - перамин. Перамин - белый порошок сульфоната меламина. Перамин не содержит хлорид-ионов и совместим со спецификациями ASTM C494 тип F, DIN 1045, BS 5075 части 1 и 3, EN 934-2. Перамин хорошо диспергирует цемент, пуццолан и наполнители, давая однородную смесь, без образования комков цемента или пуццолана. Перамин используется в производстве товарных бетонов и бетонных изделий;
- Melment F-10 - Производитель: Degussa Constraction Polymers (SKW Trostberg, Германия), химический состав - сульфонированный порошковый продукт поликонденсации на основе меламина, полученный методом распылительной сушки. Технические данные: форма - белый порошок; насыпная плотность - 450-750 г/л; потери при нагревании - макс.4,0 мас.%; 20% раствор при 20°С имеет рН 9,0-11,4;
- на основе нафталиновых смол:
- С-3 применяют как суперпластификатор для цементных растворов, на основе соли сульфированных нафталинформальдегидных полимеров по ТУ 6-360204229-625-90;
- на основе поликарбоксилатов:
- Melflux 164 IF, производитель: Degussa Constraction Polymers (SKW Trostberg, Германия; химический состав - порошковый продукт, полученный методом распылительной сушки на основе модифицированного полиэфиркарбоксилата. Технические данные: форма -желтоватый порошок; насыпная плотность - 400-600 г/л; потери при нагревании - макс. 2,0 мас.%; 20% раствор при 20°С имеет рН 6,5-8,5. Особенности: высокоэффективный диспергатор; снижает усадку; эффективен в широком диапазоне температур;
- Melflux 264 IF - производитель: Degussa Constraction Polymers (SKW Trostberg, Германия); порошковый продукт, полученный методом распылительной сушки на основе модифицированного полиэфиркарбоксилата. Технические данные: форма - желтоватый порошок; насыпная плотность 350-600 г/л; потери при нагревании макс. 2,0 мас.%; 20% раствор при 20°С имеет рН 6,5-8,5. Особенности: высокоэффективный диспергатор; снижает усадку; эффективен в широком диапазоне температур; обеспечивает высокую раннюю прочность; в отличие от Melflux 1641 F меньше замедляет схватывание смеси;
2
- Melflux 265 IF; производитель: Degussa Constraction Polymers (SKW Trostberg, Германия); относится к группе гиперпластифицирующих добавок нового поколения по степени пластификации; порошковый продукт, полученный методом распылительной сушки на основе модифицированного полиэфиркарбоксилата со степенью дисперсности 400-500 м/кг;
- ПЕНОГАСИТЕЛЬ:
- Полицем ДФ - модифицированный кремнеорганический реагент по ТУ 2228-010-40912231-2003;
- РЕАГЕНТ НА ОСНОВЕ ЭФИРА ЦЕЛЛЮЛОЗЫ:
1. Оксиэтилцеллюлоза:
- Гидроцем С, Гидроцем СВ, Гидроцем В по ТУ 2231-009-40912231-2003, представляет собой оксиэтилцеллюлозу модифицированную. Гидроцем выпускается нескольких марок: Марки В, СВ применяют для приготовления буферных жидкостей и снижения фильтрации цементных растворов; Марки Н и С, СВ - для снижения фильтрации цементных растворов.
2. Полианионная целлюлоза:
2
x
n
- CELPOL SXL, CELPOL RX, CELPOL R, Производитель Noviant, Швеция, содержание основного вещества 98 min; содержание влаги 10% mах; рН 6,0-8,5. Состав: min. 98% - основное вещество эфир натрий карбоксиметилцеллюлозы. Химическая формула: (R-O{CHCOONa}) (x - степень замещения; n - степень полимеризации); max. 1,4% - хлорид натрия; max. 10% - вода; max. 2% - хлорид натрия+гликолят натрия.
3. Карбоксиэтилцеллюлоза:
- КАМЦЕЛ-1000, карбоксиметильный полимер выпускается по ТУ.2231-002-50277563-2000;
6
7
2
3-х
2
x
n
- КМЦ 600; КМЦ 700 Натрий-карбоксиметилцеллюлоза (Поли-1,4-0-карбоксиметил-Д-пиранозил-Д-гликопираноза натрия) [СНO(ОН)(OCHCOONa)] (х - степень замещения; n - степень полимеризации) ТУ2231-001-35193780-96;
4. Метилцеллюлоза:
- Mecelose FMS, сложные эфиры целлюлозы производства Samsung Fine Chemicals (Республика Корея), метилгидроксиэтилцеллюлоза с высокой степенью замещения и этерификации; Вязкость 2% раствора по Брукфельду, мПа*с составляет 170; Содержание активного вещества, % (по сух.) - Min. 90; Содержание влаги, % Мах. 8; Содержание сульфатной золы, % - Мах. 2; Удельный вес, г/л 250-550; Температура разложения, °С 220;
- Methocel 327, эфир метилцеллюлозы имеет различную вязкость, которая может изменяться от 3 до 100000 mPa·s. В зависимости от концентрации используются как загустители, связывающие вещества, пленкообразователи, влагоудерживающие вещества; обладают уникальным свойством превращаться в гель при нагревании выше определенной температуры. Затем при обратном процессе, при охлаждении, гель превращается в водный раствор и при этом восстанавливаются все его свойства;
- МК 150000, метилгидроксиэтилцеллюлоза, производитель Немецкая компания Вольф Целлюлозикс, входящая в состав концерна Байер; вязкость от 400 мПа·с, степень замещения 1,7-2,4; обеспечивает высокое водоудержание, являющееся устойчивым к температурным воздействиям.
Возможность осуществления заявляемого изобретения подтверждается следующим примером.
Пример. Для получения предлагаемой буферной жидкости в лабораторных условиях брали 952 мл технической воды, в ней растворяли 19,2 г каустической соды, затем растворяли 9,6 г моющего средства НИКА-4, после чего в состав вводили пластификатор ЦЕМПЛАСТ МФ в количестве 9,6 г, реагент на основе эфира целлюлозы ГИДРОЦЕМ С в количестве 5 г и пеногаситель ПОЛИЦЕМ ДФ в количестве 2,9 г. Все реагенты вводились в техническую воду при постоянном перемешивании на механической мешалке до полного их растворения в воде. В результате получили буферную жидкость следующего компонентного состава, мас.%: вода 95,37; гидроокись натрия 1,92; пластификатор ЦЕМПЛАСТ МФ 0,96; структурообразователь ГИДРОЦЕМ С 0,5; пеногаситель ПОЛИЦЕМ ДФ 0,29; НИКА-4 0,96.
Буферные жидкости с другим содержанием компонентов готовили аналогичным образом.
В ходе лабораторных испытаний определяли следующие свойства предлагаемых буферных жидкостей:
- совместимость со скважинными жидкостями (буровым и тампонажным растворами), испытания проводились по ISO 10426-1;
- эффективность отмыва глинистой пленки с металлической поверхности, имитирующей поверхность обсадной трубы, определяемой по количеству удаленной пленки;
- эффективность отмыва глинистой корки, сформированной в результате фильтрации глинистого раствора, имитирующей глинистую корку, сформированную на стенках скважины в результате фильтрации бурового раствора. Определялась по количеству смытой корки.
Данные о компонентном составе исследованных буферных жидкостей приведены в табл.1, а данные о свойствах - в табл.2.
Таблица 1
Данные об ингредиентном составе исследуемых буферных жидкостей
№№
Компонентный состав буферных жидкостей, мас.%
Техническая вода
CMC
Каустическая сода
Пластификатор
Реагент на основе эфира целлюлозы
Пеногаситель ПОЛИЦЕМ ДФ
1
96.8
0,5
2
0,4
0,1
0,2
2
98,98
0,01
0,5
0,4
0,01
0,1
3
98,78
0,5
0,5
0,01
0,01
0,2
4
96,8
0,5
0,5
1,0
1,0
0,2
5
96,2
1,0
1,0
1,0
0,5
0,3
6
93,7
0,4
5,0
0,5
0,2
0,2
7
94,0
0,5
5,0
0,1
0,2
0,2
8
93,7
0,6
5,0
0,1
0,4
0,2
9
93,7
1,0
4,4
0,1
0,5
0,3
10
93,0
1,0
5,0
0,3
0,4
0,3
11
98,4
-
-
1,0
0,5
0,1
Примечание: 1) В опытах 1, 3, 5, 10 в качестве CMC использовали НИКА-4; в опытах 2, 4, 6 - ДЕТЕРГЕНТ, в опытах 7, 8, 9 - CleanPow.
2) В опытах 1, 2 в качестве пластификатора использовали С-3, в опыте 3 - Melflux 164 IF, в опыте 7 - Melflux 264 IF, в опыте 8 - Melflux 265 IF, в опытах 4, 5, 6 - ЦЕМПЛАСТ МФ, в опыте 9 -Peramin SMF, в опыте 10 - Melment F-10.
3) В опытах 1, 2 в качестве реагента на основе эфира целлюлозы использовали ГИДРОЦЕМ С, в опытах 3, 4 - ГИДРОЦЕМ СВ, в опытах 5, 6 - ГИДРОЦЕМ В, в опыте 7 - CELPOL R, в опыте 8 КАМЦЕЛ-1000, в опыте 9 - Mecelose FMS, в опыте 10 - Methocel 327.
Таблица 2
Данные о свойствах предлагаемой буферной жидкости
№№ опытов из табл.1
% отмыва от глинистой корки металлической поверхности
% отмыва глинистой корки с поверхности породы
Совместимость со скважинными жидкостями
1
89,93
70,73
совместима
2
89,99
72,76
совместима
3
99,83
62,71
совместима
4
86,0
60,02
совместима
5
88,7
64,13
совместима
6
90,2
69,83
совместима
7
90,7
65,6
совместима*
8
88,6
68,7
совместима
9
92,0
66,8
совместима
10
93,2
66,2
совместима
11
75,6
25,3
совместима
- совместима со всеми скважинными жидкостями, но вызывает небольшое загущение с цементным раствором.
Данные, приведенные в табл.1 и 2, показывают, что предлагаемая буферная жидкость позволяет в процессе подготовки скважин к цементированию получить следующие результаты:
- с высокой степенью до 99,83% отмыть колонну обсадных труб от остатков бурового раствора;
- подготовить стенки скважины к цементированию, максимально отмыв глинистую корку бурового раствора (отмыв составляет 60-73%, в то время как у известных - 25,3%);
- обеспечить совместимость скважинных жидкостей в процессе цементирования скважины, благодаря чему обеспечивается безаварийность проведения работ по цементированию скважин.
- благодаря высокой степени отмыва колонны и стенок скважины обеспечивается усиление плотности контакта цементного камня с вмещающими поверхностями (колонной обсадных труб и стенками скважины);
- повысить качество цементирования.
Благодаря указанным свойствам заявляемая буферная жидкость позволит повысить эффективность очистки стенок скважины и колонны обсадных труб за счет улучшения моющих свойств буферной жидкости, снизить отрицательное влияние на коллекторские свойства пласта, повысить качество крепления скважин за счет увеличения адгезии цементного камня к поверхности стенки трубы и скважины.