RU2204692C2

RU2204692C2 - Displacement fluid

Info

Publication number: RU2204692C2
Application number: RU2001113329/03A
Authority: RU
Inventors: Т.В. Шамина; А.К. Куксов
Original assignee: Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Бурение"
Priority date: 2001-05-14
Filing date: 2001-05-14
Publication date: 2003-05-20

Abstract

FIELD: oil and gas well casing and cementing. SUBSTANCE: displacement fluid contains, wt.%: water-soluble polyphosphates or their mixture, and/or alkali metal metaphosphate, 0.05-3.0; oxyethylated alkyl phenol with oxyethylation degree of 9-25, 0.3.0; sodium sulfate, 0.05-3.0; water, the balance. Displacement fluid may contain water-soluble polyphosphate in the form of pyrophosphate or tripolyphosphate. Metaphosphate is used in the form of hexametaphosphate. EFFECT: increased quality of well cementing due to increased washing ability of displacement fluid and stability of washing action under conditions of clay saturation and increased sealing of cement stone-casing contact. 2 cl, 2 tbl, 1 ex

Description

Изобретение относится к креплению нефтяных и газовых скважин. The invention relates to the attachment of oil and gas wells.

Известно применение буферных жидкостей на основе поверхностно-активных веществ. The use of surfactant-based buffer liquids is known.

Известна буферная жидкость на основе полигликольэфиров, например, в зарубежной практике на основе акропала 60 (М.О. Ашрафьян, А.И. Булатов. "Эффективность вытеснения буровых растворов и разрушения глинистых корок при цементировании скважин". - ВНИИОЭНГ, 1969, с.45-47). Known buffer fluid based on polyglycol ethers, for example, in foreign practice based on acropal 60 (M.O. Ashrafyan, A.I. Bulatov. "Efficiency of displacement of drilling fluids and destruction of clay crusts during cementing of wells." - VNIIOENG, 1969, p. 45-47).

Аналогом акропала в отечественной промышленности является ОП-4, ОП-7, ОП-10. Недостатком этих буферных жидкостей является невысокая моющая способность. Известно также применение в качестве буферной жидкости фосфатов натрия (М. О.Ашрафьян, А.И.Булатов. "Эффективность вытеснения буровых растворов и разрушения глинистых корок при цементировании скважин". - ВНИИОЭНГ, 1969, с.44). The analogue of acropal in domestic industry is OP-4, OP-7, OP-10. The disadvantage of these buffer liquids is their low washing ability. It is also known to use sodium phosphate as a buffer fluid (M. O. Ashrafyan, A. I. Bulatov. "Efficiency of displacement of drilling fluids and destruction of clay crusts during cementing of wells." - VNIIOENG, 1969, p. 44).

Однако их воздействие на глинистую корку недостаточно эффективно по моющей способности. However, their effect on the clay crust is not effective enough in terms of washing ability.

Наиболее близкой к изобретению является буферная жидкость, состоящая из водорастворимых полифосфатов щелочных металлов и метафосфатов щелочных металлов и их смесей и неонола АФ 12-25 (а.с. СССР 1442639, E 21 B 33/138, 05.08.1986). Closest to the invention is a buffer liquid consisting of water-soluble alkali metal polyphosphates and alkali metal metaphosphates and mixtures thereof and neonol AF 12-25 (AS USSR 1442639, E 21 B 33/138, 08/05/1986).

Буферная жидкость при движении в скважине, во-первых, с обеих сторон контактирует с буровым и тампонажным растворами (зоны смеси в процессе цементирования достигают 4 м³ и более), а во-вторых, в процессе движения по стволу насыщается смытыми глинистыми частицами. Среднее содержание глинистого раствора в пачке буферной жидкости составляет 5-15%, а к концу процесса цементирования до 50% и более. Следовательно, в реальных условиях буферная жидкость работает при глинонасыщении более 0,3% (в пересчете на сухую глину). Поэтому сохранение устойчивости моющего действия в условиях глинонасыщения является одним из наиболее перспективных путей совершенствования известных рецептур.When moving in a borehole, the buffer fluid, in the first place, comes into contact with drilling and grouting solutions on both sides (mixture zones during cementing reach 4 m ³ or more), and secondly, when moving along the wellbore, it is saturated with washed clay particles. The average clay solution in a pack of buffer fluid is 5-15%, and by the end of the cementing process up to 50% or more. Therefore, in real conditions, the buffer fluid works at clay saturation of more than 0.3% (in terms of dry clay). Therefore, maintaining the stability of the washing action in the conditions of clay saturation is one of the most promising ways to improve the known formulations.

Недостатком известной буферной жидкости является недостаточная моющая способность и низкая устойчивость моющего действия в условиях глинонасыщения, а также необеспеченность полной герметичности зацементированного пространства. A disadvantage of the known buffer fluid is the insufficient washing ability and low stability of the washing action in the conditions of clay saturation, as well as the lack of complete tightness of the cemented space.

Техническим результатом изобретения является повышение качества цементирования скважин за счет повышения моющей способности буферной жидкости и устойчивости моющего действия в условиях глинонасыщения и увеличения герметичности контакта цементный камень - обсадная труба. The technical result of the invention is to improve the quality of cementing of wells by increasing the washing ability of the buffer fluid and the stability of the washing action in the conditions of clay saturation and increasing the tightness of the contact between cement stone and casing.

Технический результат достигается тем, что буферная жидкость, содержащая водорастворимый полифосфат или их смесь и/или метафосфат щелочного металла, оксиэтилированный алкилфенол и воду, содержит оксиэтилированный алкилфенол со степенью оксиэтилирования 9 - 25 и дополнительно - сульфат натрия при следующем соотношении компонентов, мас.%:
водорастворимый полифосфат или их смесь и/или метафосфат щелочного металла - 0,05-3,0
указанный алкилфенол - 0-3,0
сульфат натрия - 0,05-3,0
вода - остальное
Причем буферная жидкость может содержать в качестве водорастворимого полифосфата пирофосфат, триполифосфат, а в качестве указанного метафосфата - гексаметафосфат.The technical result is achieved in that the buffer liquid containing water-soluble polyphosphate or a mixture thereof and / or alkali metal metaphosphate, ethoxylated alkyl phenol and water, contains ethoxylated alkyl phenol with a degree of hydroxyethylation of 9-25 and additionally sodium sulfate in the following ratio, wt.%:
water-soluble polyphosphate or a mixture thereof and / or alkali metal metaphosphate - 0.05-3.0
specified alkyl phenol - 0-3.0
sodium sulfate - 0.05-3.0
water - the rest
Moreover, the buffer liquid may contain pyrophosphate, tripolyphosphate as a water-soluble polyphosphate, and hexametaphosphate as the specified metaphosphate.

Предлагаемая буферная жидкость содержит смесь полифосфатов, сульфата натрия и оксиэтилированного алкилфенола АФ 9-25, что способствует взаимно усиливающему действию. Синергизм обусловлен повышением силы координационных связей с ионами поливалентных металлов, более благоприятной для глинистых отложений регулировкой рН и др. Вследствие этого происходит более полное связывание щелочноземельных металлов, улучшается диспергирующая и пептизирующая способность раствора, а также его способность удерживать смытые частицы во взвешенном состоянии, все это приводит к повышению эффективности буферной жидкости в условиях глинонасыщения и способствует повышению герметичности зацементированного пространства. The proposed buffer liquid contains a mixture of polyphosphates, sodium sulfate and ethoxylated alkyl phenol AF 9-25, which contributes to a mutually reinforcing effect. Synergism is caused by an increase in the strength of coordination bonds with polyvalent metal ions, pH adjustment, etc., which is more favorable for clay deposits. As a result, alkaline earth metals are more fully bound, the dispersing and peptizing properties of the solution, as well as its ability to hold washed particles in suspension are improved. leads to an increase in the effectiveness of the buffer fluid in clay saturation conditions and helps to increase the tightness of cemented wa.

Эффективность буферной жидкости подтверждается экспериментальными данными, из которых видно, что предлагаемая буферная жидкость обладает более высоким моющим действием, а также более высокой устойчивостью моющего действия в условиях глинонасыщения, лучше очищает поверхность металла, обеспечивая более полную герметичность контакта цементный камень - обсадная труба, чем у прототипа. The effectiveness of the buffer fluid is confirmed by experimental data, from which it can be seen that the proposed buffer fluid has a higher washing action, as well as a higher stability of the washing action in clay-saturated conditions, better cleans the metal surface, providing a more complete tightness of the cement-casing pipe contact than that of prototype.

Эксперименты по определению моющей способности, а также моющей способности в условиях глинонасыщения проводят по известной методике, заключающейся в определении относительного изменения массы пленки глинистого раствора на шероховатой поверхности после 10-минутного воздействия фиксированного потока исследуемой буферной жидкости. Эксперименты на герметичность контакта цементный камень - обсадная труба проводятся на специальном стенде и заключаются в последовательном прокачивании через сборную трубу глинистого раствора, буферной жидкости и портландцементного раствора с последующим оставлением последнего в трубе для затвердевания. После образования цементного камня определяют герметичность зацементированных секций трубы путем продавливания через них газа при градиенте давления до 8 МПа/м. Образец считается герметичным, если через 5 мин после начала продавливания газа через образец на выходе фиксируется (по объему вытесненной в капилляр жидкости) выделение не более 0,2 см³ газа.The experiments to determine the washing ability, as well as the washing ability under conditions of clay saturation, are carried out according to the well-known method, which consists in determining the relative change in the mass of the clay film on a rough surface after 10 minutes of exposure to a fixed flow of the test buffer fluid. The experiments on the tightness of the contact between cement stone and casing are carried out on a special bench and consist of sequentially pumping clay solution, buffer fluid and Portland cement mortar through the collecting pipe, followed by leaving the latter in the hardening pipe. After the formation of the cement stone, the tightness of the cemented pipe sections is determined by forcing gas through them at a pressure gradient of up to 8 MPa / m. A sample is considered airtight if, after 5 minutes after the start of the gas forcing through the sample, at the outlet (no more than 0.2 cm ^{3 of} gas displaced into the capillary is displaced) is detected.

Пример реализации изобретения (табл.1 и 2, опыт 5)
Использовали ТПФН (триполифосфат натрия) по ГОСТ 13493-86E, ГМФН (гексаметафосфат натрия) по ГОСТ 20291-80, неонол АФ 9-12 - ТУ 38.103625-87. Взвешивают 3,75 г ГМФН, 1,25 г ТПФН (всего 5 г) 1 г сульфата натрия и 5 г неонола АФ_9-12, разбавляют водой до 1 л. Перемешивают до полного растворения. На шероховатом стержне формируют пленку из бурового раствора массой 1,5 г. Затем раствор буферной жидкости заливают в лабораторную установку и в течение 10 мин обрабатывают глинистую пленку фиксированным потоком буферной жидкости. Масса оставшейся части пленки составила 0,03 г.An example implementation of the invention (table 1 and 2, experiment 5)
Used TPFN (sodium tripolyphosphate) according to GOST 13493-86E, GMPH (sodium hexametaphosphate) according to GOST 20291-80, neonol AF 9-12 - TU 38.103625-87. 3.75 g of HMFN, 1.25 g of TPFN (5 g total) 1 g of sodium sulfate and 5 g of neonol AF _{9-12 are} weighed, diluted with water to 1 l. Stir until completely dissolved. A film of drilling fluid weighing 1.5 g is formed on a rough rod. Then, the buffer fluid solution is poured into the laboratory unit and the clay film is treated for 10 minutes with a fixed stream of buffer fluid. The mass of the remaining part of the film was 0.03 g.

Моющая способность буферной жидкости составила

.The washing ability of the buffer fluid was

.

Далее в буферный раствор вводят 1,5% глины в пересчете на сухое вещество, что соответствовало 21% глинистого раствора (в 14 г модельного глинистого раствора содержится 1 г сухого вещества) и по той же методике в течение 10 мин обрабатывали глинистую пленку фиксированным потоком буферной жидкости. Масса оставшейся части пленки составила 0,48 г. Моющая способность буферной жидкости составила

Для проведения экспериментов на герметичность контакта цементный камень - обсадная труба на внутренней поверхности трубы прокачиванием модельного бурового раствора формировали глинистую пленку. Затем последовательно прокачивали буферную жидкость и портландцементный раствор с оставлением последнего в трубе для затвердевания. Через 24 часа определяют герметичность зацементированных секций трубы продавливанием через них газа при градиенте давления до 8 МПа/м. Из общего количества образцов (25) герметичными оказались 25 образца. Доля герметичных образцов составляет 100%.Then 1.5% clay in terms of dry matter is introduced into the buffer solution, which corresponds to 21% clay solution (14 g of model clay solution contains 1 g of dry substance) and the clay film was treated for 10 min with a fixed buffer flow liquids. The mass of the remaining part of the film was 0.48 g. The washing ability of the buffer liquid was

To conduct experiments on the tightness of the contact between the cement stone and the casing, a clay film was formed on the inner surface of the pipe by pumping a model drilling fluid. Then, the buffer liquid and Portland cement solution were pumped sequentially, leaving the latter in the hardening tube. After 24 hours, the tightness of the cemented pipe sections is determined by forcing gas through them at a pressure gradient of up to 8 MPa / m. Of the total number of samples (25), 25 samples were leakproof. The proportion of sealed samples is 100%.

Данные табл.1 и 2 подтверждают высокую эффективность буферной жидкости, а также то, что имеет место значительное повышение доли герметичных образцов. The data in Tables 1 and 2 confirm the high efficiency of the buffer fluid, as well as the fact that there is a significant increase in the proportion of sealed samples.

Буферная жидкость не образует высоковязких коагуляционных паст на границе с любыми типами водных буровых и тампонажных растворов и не ускоряет сроков загустевания тампонажных растворов. Buffer fluid does not form highly viscous coagulation pastes at the border with any type of aqueous drilling and grouting fluids and does not accelerate the thickening time of grouting grouts.

Claims

1. A buffer liquid containing a water-soluble polyphosphate or a mixture thereof and / or alkali metal metaphosphate, hydroxyethylated alkyl phenol and water, characterized in that it contains hydroxyethylated alkyl phenol with a degree of hydroxyethylation of 9 to 25 and additional sodium sulfate in the following ratio, wt. %:
Water-soluble polyphosphate or a mixture thereof and / or alkali metal metaphosphate - 0.05 - 3.0
Specified alkyl phenol - 0 - 3.0
Sodium Sulfate - 0.05 - 3.0
Water - Else
2. The buffer fluid according to claim 1, characterized in that it contains pyrophosphate, tripolyphosphate as a water-soluble polyphosphate, and hexametaphosphate as the specified metaphosphate.