Е.А. РОГОВ, В.В. ГРАЧЕВ
ВНИИГАЗ,
Е.Г. ЛЕОНОВ
РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина,
В.В. ВЯЛОВ, В.Ф. ЯНКЕВИЧ
Тюменбургаз
Рис. 1. Зависимость касательных напряжений т от объемного содержания % буферных жидкостей в глинистом и цементном растворах при скорости сдвига у = 1312 с-1:
1, 2, 3 — взаимодействие 5% МаИБО.. Н2О, 0,3% НТФ с глинистым раствором;
4, 5, 6 — взаимодействие 5% МаИБО., Н2О, 0,3% НТФ 2с цементным раствором
В статье приводятся результаты лабораторных качественных исследований двух основных технологических функций новой буферной жидкости. Проведены исследования консистенции смесей буферной жидкости с глинистым и цементным растворами. Получена оценка эффективности ее смывающей способности. Показано, что применение 5%-го водного раствора бисульфата натрия (ЫаИБО) в скважинах Ямбургского га-зоконденсатного месторождения (ЯГКМ) экономически выгоднее по сравнению с используемой жидкостью — 0,3%-м водным раствором нитри-лотриметилфосфоновой кислоты (НТФ).
Требования, предъявляемые к качеству разобщения вскрытых бурением горизонтов, предусматрива-
дами. При этом применение буферных жидкостей, эффективно смывающих фильтрационные корки, является одной из важных составляющих, улучшающих качество крепления скважин.
Буферная жидкость должна выполнять ряд функций, в том числе [1]: эффективно вытеснять буровой раствор, исключать его сильное загустевание при смешивании, препятствовать сокращению сроков схватывания цементных растворов. Она не должна уменьшать адгезии цементного камня по отношению к стенкам скважины и обсадной колонне, вызывать снижения устойчивости пород в стенках скважины, ухудшать коллекторские свойства продуктивных пластов; при оставлении в кольцевом зазоре вызывать коррозию обсадной колонны.
РАЗРАБОТКА НОВОЙ БУФЕРНОЙ ЖИДКОСТИ ДЛЯ ЦЕМЕНТИРОВАНИЯ СКВАЖИН
ют необходимость хорошей прокачиваемости и вытеснения бурового раствора из интервалов цементирования, в том числе, удаления фильтрационных корок со стенок скважины для обеспечения надежного сцепления цементного камня с горными поро-
■с, Па 50 т
30" -1
20""
ю--
4^2
1_1 1_1 1_1 1_1
\ X,
При таком разнообразии функций затруднительно выбрать из существующих или разработать новую буферную жидкость, которая одновременно удовлетворяла бы всем перечисленным выше требованиям. Поэтому при разработке состава буферной жидкости исходили из того, что, прежде всего, она должна обеспечивать следующие две основные функции: уменьшать загустевание смесей буферной жидкости с цементным и глинистым растворами и удалять фильтрационную корку со стенок скважины.
Снижение консистенции зон смешения буферной жидкости с буровым и цементным растворами не вызовет образование труднопрокачиваемых пробок, осложняющих процесс продавки цементного раствора. Повышение смывающей способности буферной жидкости позволит уменьшить вероятность образования флюидопроводящих каналов на контактах цементного раствора и камня со стенкой скважины и обсадной колонной.
В мировой практике применяются свыше 60 рецептур буферных жидкостей, 5 методик оценки удаления глинистых корок [1-5] и одна — для определения консистенции смесей [7]. Следует отметить, что все методики позволяют определить эффективность буферных жидкостей лишь в качественном плане. Поэтому для исследований из них были использованы наиболее простые, при тех же или близких составах тампонажного раствора, буферной и промывочной жидкостей, которые применяются при строительстве скважин на конкретной площади.
Смывающую способность буферной жидкости определяли с помощью устройства с неподвижным и вращающимся дисками [2], для оценки прокачи-
ваемости использовали метод вискозиметрии. Предполагалось, что наиболее прочными остатками бурового раствора в скважине является фильтрационная корка. Последняя имеет определенную прочность, уменьшение которой под воздействием различных буферных жидкостей характеризует эффективность их использования. Буферная жидкость, лучше удаляющая корку, будет также действовать и при удалении налипаний на колонну, сальники, при очистке застойных зон, каверн и т.п. Исследования на вискозиметре «Реотест-2М» и определение массы корки на диске являются разновидностью методов оценки прочности различных смесей и корки. Оба метода сводятся к изучению изменения касательных напряжений от физико-химического взаимодействия буферной жидкости с фильтрационной коркой или глинистым и цементным растворами. Первый метод позволяет изучить влияние на прокачиваемость смесей буферной жидкости с глинистым и цементным растворами, второй — определить эффективность удаления фильтрационной корки со стенок скважины.
Глинистый раствор готовили из бентонитового глинопорошка Константиновского завода, цементный раствор — из портландцемента ПЦТ 11 — СС — 50 ГОСТ 1581 — 96 Вольского завода с водоцемент-ным отношением 0,5. В качестве буферных жидкостей использовали водопроводную воду, 5%-й водный раствор МаИ804 и 0,3%-й водный раствор НТФ.
Лабораторные эксперименты по определению консистенции смесей готовили следующим образом. В известный объем глинистого или цементного раствора добавляли заданный объем воды, водного раствора НТФ или МаИ804. На лабораторной мешалке ЛРМ-1 смесь перемешивали в течение трех минут. Затем ее помещали в зазор ротационного вискозиметра «Реотест-2М» и определяли касательные напряжения т при постоянной скорости сдвига у = 1312 с-1. Опыты проводились при различных объемных соотношениях компонентов смесей х и повторялись три раза. Точки на рис. 1 соответствуют среднеарифметическим значениям т = т(х).
На рис. 1 приведены результаты исследований касательных напряжений смесей глинистого и цементного растворов при различных содержаниях х буферных жидкостей. Добавление в глинистый раствор плотностью 1070 кг/м3 0,3%-го водного раствора НТФ в объеме до 10% приводит к значительному уменьшению касательных напряжений смеси (кривая 3) и сравнительно небольшому при добавлении воды и 5%-го водного раствора МаИ804 (кривые 1 и 2). В отличие от водного раствора НТФ вода и раствор бисульфата натрия разжижают глинистый раствор слабее, при этом перемешивание глинистого раствора с водным раствором МаИ804 вызывает образование хлопьев глины, размер которых колеблется в пределах от 0,1 до 2 мм. Цементный раствор разжижается водой, а также водными растворами НТФ и МаИ804 практически в одинаковой степени (кривые 4, 5, 6).
Также были проведены две серии лабораторных качественных исследований по определению потерь
&1СР»
18т
Со
15"
13--
12
/' I
Т\ 2
3 \/ 4 \
1 1 щ\
5 /
[, мин
10
20
30
АО
50
60
70
массы глинистой корки, сформированной на неподвижном и вращающемся дисках, во времени. Массу корки на неподвижном диске определяли по следующей методике. Эксикатор наполнили водой в количестве 2500 г. При постоянном перемешивании в течение 10 минут добавили 800 г бентонитового глинопорошка и выдержали смесь трое суток. Приготовленную пасту плотностью 1300 г/м3 вручную наносили лопаточкой в виде глинистой корки на диск, изготовленный из фторопластового материала во избежание химического взаимодействия с буферной жидкостью. Диск диаметром 30 мм и высотой 10 мм с глинистой коркой после взвешивания на лабораторных весах ВЛК-500 подвешивали на капроновой нити к штативу и погружали в химический стакан, наполненный буферной жидкостью в объеме 300 мл, на глубину 3 см.
Начальная масса диска составляла 8,3 г, масса диска с коркой Э0 = 17,5 г. По истечении заданного времени испытания Дt = 10 мин диск с коркой извлекали из буферной жидкости и повторно взвешивали, находили текущую массу глинистой корки и неподвижного диска Э^). Измерения массы корки и диска проводили через каждые 10 мин в течение 1 ч. Для последующих опытов диск тщательно очищали, промывали ацетоном и после высушивания взвешивали.
На рис. 2 приведены зависимости изменения массы глинистой корки с диском Э от длительности испытания t в различных буферных жидкостях в статических условиях. Составы буферных жидкостей при проведении исследований использовали те же, что и в предыдущих опытах. Исследования показали, что при применении воды в качестве буферной жидкости уменьшение массы корки на ди-
Рис. 2.
Зависимость массы глинистой корки с диском от длительности испытания в неподвижных буферных жидкостях:
1 — вода;
2 — раствор 0,3% НТФ;
3 — раствор 5% МаИЭО4;
4 — общий вид диска;
5 — глинистая корка
Рис. 3.
Зависимость массы глинистой корки с диском от длительности испытания в различных буферных жидкостях при вращении диска: 1 — вода; 2 — раствор 0,3% НТФ;
3 — раствор 5% МаИЭО4; 4 — общий вид диска; 5 — глинистая корка
Табл. 1. Коэффициенты контакта тампонажного камня с колонной
&1tf, I
1ST
17"
13"'
12
/
/ 2
3
" \
1 • '■ • "V ' 5 /
- - -
ске не происходит (прямая 1). Раствор НТФ дает незначительное уменьшение массы корки (кривая 2). Буферная жидкость 5% водного раствора МаИБО^ оказывает более существенное воздействие на глинистую корку по сравнению с 0,3% раствором НТФ (кривая 3).
Для определения потерь массы глинистой корки на диске во времени в динамических условиях были проведены следующие исследования. К прибору «Реотест-2М» изготовили специальный стержень, на который навинчивали диск с глинистой коркой. Диск опускали в химический стакан, заполненный исследуемой буферной жидкостью. В промысловых условиях в зависимости от скорости прокачки и объема буферной жидкости время взаимодействия последней с фильтрационной коркой обычно не превышает 10 мин. Поэтому измерения уменьшения массы глинистой корки на диске проводили в течение 10 мин при постоянной скорости вращения. В этот период через каждые 2 мин вращение диска
Результаты АКЦ Коэффициент контакта Вi Величина
Жесткий В1 1,00
Частичный с участками жесткого В2 0,83
Частичный В3 0,66
Плохой с участками частичного В4 0,50
Плохой В5 0,33
Отсутствует с участками плохого В6 0,16
Отсутствует В7 0,00
останавливали и производили измерение массы корки с диском.
На рис. 3 представлены за
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.