облегченная инвертная дисперсия

Формула изобретения

Облегченная инвертная дисперсия, содержащая углеводородную жидкость, воду и алюмосиликатные микросферы, отличающаяся тем, что она содержит дополнительно масло- и водорастворимое поверхностно-активное вещество (ПАВ), а алюмосиликатные микросферы предварительно гидрофобизированы указанным ПАВ при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Углеводородная жидкость - 20 - 52

Алюмосиликатные микросферы - 2 - 30

Указанное ПАВ - 0,5 - 3,0

Вода - Остальное

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности и может быть использовано при бурении, заканчивании и глушении скважин.

Известны инвертные дисперсии для бурения, заканчивания и капитального ремонта скважин, содержащие углеводородную жидкость, водную фазу различной минерализации и поверхностьно-активные вещества ПАВ, выполняющие роль эмульгатора-стабилизатора [1, 2].

Наиболее близким аналогом для заявленной дисперсии является облегченная инвертная дисперсия, содержащая углеводородную жидкость, воду и тела, снижающие плотность раствора, в виде полых стеклянных микросфер, в том числе алюмосиликатные микросферы [3].

Недостатком известной дисперсии является недостаточно высокое качество дисперсии.

Задачей изобретения является повышение качества облегченной инвертной дисперсии.

Указанная задача решается тем, что облегченная инвертная дисперсия, содержащая углеводородную жидкость, воду и алюмосиликатные микросферы, содержит дополнительно масло- и водорастворимое поверхностно-активное вещество ПАВ, а алюмосиликатные микросферы предварительно гидрофобизированы указанным ПАВ при следующем соотношении компонентов, мас.%: углеводородная жидкость 20 - 52, алюмосиликатные микросферы 2 - 30, указанное ПАВ 0,5 - 3,0, вода - остальное.

Алюмосиликатные микросферы представляют собой правильные сферы диаметром 5-500 мкм со сплошными непористыми стенками толщиной 0,5-50 мкм и сопротивлением разрушению 10-30 МПа, внутренняя полость которых заполнена углекислым газом и азотом. Благодаря такому строению микросферы обладают повышенной прочностью. Микросферы получают из водной суспензии золы, образующейся при сжигании каменного угля по ТУ 21-22-37-94. Плотность микросфер колеблется от 200 до 400 кг/м³.

Простое введение в известную дисперсию алюмосиликатных микросфер с целью облегчения дисперсии вызывает трудности ее приготовления из-за плохого смачивания микросфер, а также приводит к ее неустойчивости и низкому качеству из-за большого различия ингредиентов по плотностям.

Гидрофобизация поверхности алюмосиликатных газонаполненных микросфер масло - и водомаслорастворимыми ПАВ повышает их сродство с несмешиваемыми компонентами (вода, углеводороды) и тем самым облегчает процесс приготовления инвертной дисперсии. Одновременно с этим ПАВ образуют на микрогетерогенной границе раздела фаз смешанные адсорбционные эмульсионно-сольватные слои, придающие эмульсионно-суспензионным системам повышенную устойчивость.

В качестве масло - и водомаслорастворимых ПАВ, выполняющих роль гидрофобизаторов поверхности микросфер и стабилизаторов дисперсий, могут быть использованы: эмультал - смесь сложных эфиров кислот таллового масла (олеиновая, линолевая, линоленовая, смоляные) и триэтаноламина (ТУ 6-14-1035-85), ЭС-2 - продукт взаимодействия кубовых остатков синтетических жирных кислот (СЖК) и декстрамина (ТУ 38201351-81), нефтехим-1 - продукт конденсации полиэтиленполиаминов и кислот легкого таллового масла (ТУ 38201463-86), СМАД-1 - окисленный пертолатум, получаемый окислением воздухом смеси высокомолекулярных твердых углеводородов (ТУ 38-1-192-68), тарин - пек таллового масла (ТУ 38 301425-84), АБДМ-II-алкилбензилдиметиламмонийхлорид, получаемый конденсацией бензилдиметиламина и СЖК фракции C_17-20 опытным заводом Волгодонского филиала ВНИИПАВ, СГ - смесь гудронов растительных и животных жиров, образующихся в результате дистилляции жирных кислот из соапстока растительных масел или животных жиров (многотоннажные отходы масложировых комбинатов), украмин - смесь сложных алкилоламидов, получаемых при взаимодействии моноэтаноламина с жирными кислотами гудронов растительных и животных жиров, ИКБ-2 - смесь оксиэтилалкилимидозолинов, получаемых оксиэтилированием этилендиамина с последующей конденсацией продукта с кубовыми остатками СЖК, пеназолин - продукт циклоконденсации СЖК фракции C_17-20 и полиэтиленполиамина, лецитины - сложные эфиры аминоспирта холина и диглицерилфосфорных кислот, выделяемые в больших количествах из побочных продуктов переработки растительных масел, СНПХ-6016 - смесь ЭС-2 с олеиновой кислотой и кубовыми остатками производства бутиловых спиртов (ТУ 39-576565-7-033-85), сульфонолы НП-1(ТУ 6-01-1816-75) и НП-3 (ТУ 84-509-74) - смесь натриевых солей алкилбензолсульфокислот и сульфата натрия, кремнийорганические жидкости ГКЖ-10 и ГКЖ-11 - соответственно, метил- и этилсиликонаты натрия в виде водно-спиртового раствора (ТУ 6-02-696-76).

В качестве углеводородной жидкости используют ациклические и ароматические углеводороды, газоконденсат и кубовые остатки от его переработки, нефтяные растворители типа нефрас, нефть, дизельное топливо и другие нефтепродукты.

Водной фазой гидрофобной эмульсии может служить пресная, пластовая или минерализованная вода, содержащая любые водорастворимые соли (NaCl, KCl, CaCl₂, MgCl₂, Ca(NO₃)₂, ZnCl₂, Zn(NO₃)₂ и многие другие) во всем диапазоне их растворимости.

Приведем пример приготовления предлагаемой дисперсии.

Для качественного и быстрого приготовления облегченной инвертной дисперсии важна последовательность и порядок введения реагентов. В промысловых условиях состав можно приготовить как на стационарном растворном узле, так и непосредственно на скважине. При этом придерживаются следующей последовательности операций.

Пример 1. В мерник 1 насосного агрегата 1 заливают 480 л (370 кг) дизельного топлива, добавляют 20 кг эмультала и перемешивают при циркуляции раствора в режиме работы агрегата "на себя" до полного растворения эмультала. Половину полученного раствора эмультала перекачивают в мерник 2 этого же агрегата. Затем в оставшийся раствор вносят 200 кг алюмосиликатных микросфер и перемешивание продолжают в течение 6 ч.

В мерник 1 насосного агрегата 2 заливают профильтрованную от механических примесей и органических взвесей воду и при необходимости растворяют в ней минеральные соли.

Оба агрегата через тройник обвязывают между собой и накопительной емкостью для хранения готовой дисперсии.

Настраивают работу агрегата 1 на подачу насосом углеводородного раствора эмультала из мерника 1 со скоростью 20 л/с, а работу агрегата 2 на подачу насосом водного раствора со скоростью 6-7 л/с. Для завершения процесса приготовления инвертной дисперсии циркуляцию продолжают агрегатом 2 на мерник 2 в течение 4 ч до полной гомогенизации и получения стабильной инвертной системы с величиной электростабильности, превышающей 120 В.

Полученную дисперсию из мерника 2 агрегата 2 смешивают "струя в струю" со скоростью 6-7 л/с с гидрофобизированной суспензией микросфер в углеводородном растворителе из мерника 2 агрегата 1, соединенных через тройник на накопительную емкость. Затем перемешивание продолжают в установившемся режиме в течение 4 часов до получения гомогенной предельно устойчивой инвертной дисперсии целевого назначения и скачивают в накопительную емкость для хранения готовой дисперсии.

Для установления параметров и оценки качества инвертной дисперсии стандартными методами измеряют плотность (пикнометрически), электростабильность на приборе ИГР-1 и фильтрацию на приборе ВМ-6 при комнатной температуре. Для примера 1 они оказались равными соответственно 560 кг/м³, 400 В и 0 см³/30 мин.

В таблице приведены примеры 2-17 аналогичного приготовления и результаты испытаний других составов для бурения, заканчивания и капитального ремонта скважин в граничных и оптимальных концентрациях компонентов.

Из сопоставительного анализа результатов, приведенных в таблице, следует, что плотность предлагаемых дисперсий уменьшается с 940-1000 кг/м³ до 450-560 кг/м³, а фильтрация снижается с 4-8 см³/30 мин до 0-2 см³/30 мин при увеличении стабильности систем в 1,6-2,5 раза.

Граничные концентрации ПАВ и алюмосиликатных микросфер выбраны из условий сохранения стабильности систем и достижения желаемых параметров инвертных дисперсий. Из таблицы видно, что при содержании ПАВ менее 0,5% (пример 6) и микросфер менее 2% (пример 11) происходит частичное расслоение дисперсии с выделением прямой эмульсии и увеличением фильтрации до величин, сопоставимых с прототипом. При концентрации микросфер более 30% (пример 9) и ПАВ, превышающего 3%, (пример 8) параметры дисперсии остаются постоянными и дальнейшее их увеличение нецелесообразно из экономических соображений. Кроме того, в опыте 9 наблюдается переход жидкости к пастообразному состоянию, что затрудняет их закачку в скважину.

Облегченная инвертная дисперсия для бурения, заканчивания и капитального ремонта скважин может применяться как в виде вязких пачек, подаваемых на забой для перекрытия поглощающего интервала, так и в виде маловязких растворов для заполнения всего ствола скважины в качестве бурового раствора.

Источники информации

1. Авт. св. СССР N 570626 кл C 09 K 7/02, опуб. 77 г.

2. Авт. св. СССР N 861386 кл С 09 К 7/02, опуб. 81 г.

3. Патент США N 4530402, 23.07.1985 г.