Глинистые растворы с комбинированной химической обработкой

Комбинированная химическая обработка высокоминерализованных глинистых растворов заключается во введении нескольких солестойких химических реагентов одновременно или последовательно через небольшой интервал времени, что позволяет использовать положительные свойства каждого из химических реагентов. При этом недостатки одних химических реагентов исправляются за счет введения других и, кроме того, используется синергетический эффект, т. е. усиление действия каждого из реагентов в присутствии другого.

Комбинирование химических реагентов основано на их индивидуальном действии, которое в высокоминерализованных глинистых растворах проявляется в следующем:

КМЦ — снижает вязкость, резко снижает СНС, слабо снижает водоотдачу;

К-4, гипан, ГПАА — хорошо снижают водоотдачу, повышают вязкость, снижают СНС, неустойчивы к поливалентным катионам;

КССБ — слабо снижает водоотдачу, мало влияет на вязкость и СНС, устойчив к поливалентным катионам;

сунил — слабо снижает водоотдачу, повышает вязкость и СНС, устойчив к поливалентным катионам;

крахмал — хорошо снижает водоотдачу, повышает вязкость, мало влияет на СНС.

С учетом перечисленных свойств разработаны и нашли определенное распространение глинистые растворы, в основе регулирования свойств которых лежит комбинированная химическая обработка.

Глинистые растворы, обработанные KP и КМЦ. Одним из наиболее распространенных методов химической обработки насыщенных солью глинистых растворов является комбинирование крахмального реагента и КМЦ. При такой комбинации крахмальный реагент выполняет роль понизителя водоотдачи, а КМЦ — понизителя вязкости. Область применения этой системы химической обработки определяется в основном свойствами крахмального реагента, так как он менее термостоек (до 100—120°) и подвержен ферментативному разложению. Поэтому комбинированная обработка KP и КМЦ наиболее эффективна при температурах до 100°C и при полном насыщении промывочной жидкости солями. При недонасыщении солями химическая обработка несколько усложняется, так как требуется применение антиферментатора (формалина, крезола и т. п.).

Первичная химическая обработка крахмалом и КМЦ осуществляется следующим образом. За 50—60 м до вскрытия солей прекращают введение химических реагентов, которые использовались до этого. За 20—30 м до вскрытия солей вводят в промывочную жидкость 0,5—2% КМЦ (в виде 7—8%-ного раствора) и приступают к насыщению солью. Обычно соль вводят через гидравлическую или механическую мешалку. Растворение солей необходимо закончить до вскрытия соленосных пород, чтобы избежать образования каверн. В это же время заготавливают крахмальный реагент. В зависимости от качества крахмала в лаборатории предварительно определяется оптимальное соотношение между крахмалом, каустической содой и водой. Крахмальный реагент начинают вводить при повышении водоотдачи в период насыщения глинистого раствора солью. Расход KP на первичную обработку зависит от уровня водоотдачи, которая установлена программой химической обработки. Обычно на первичную обработку расходуется до 4% крахмала (в расчете на сухой).

Расход химических реагентов на 1 м обрабатываемого интервала при этой системе весьма велик. Так, расход химических реагентов на 1 м проходки при разбуривании соленосных пород на площади Памук в тресте Каршинефтегазразведка составил: крахмала 32 кг, каустической соды 6,4 кг, формалина 3,2 кг, КМЦ 2,15 кг.

Существенным недостатком рассматриваемой системы химической обработки является высокая щелочность, что не позволяет рекомендовать ее при наличии в разрезе набухающих глинистых пород.

Глинистые растворы, обработанные KP, КМЦ и гипаном. Отличием этой системы химической обработки от предыдущей является замена частиц КМЦ и крахмала гипаном, что приводит к достижению более низкой водоотдачи при меньшем суммарном расходе химических реагентов. Однако и в этом случае расход химических реагентов чрезвычайно высок.

Недостатком рассматриваемой системы химической обработки является низкая стойкость к полиминеральной агрессии. Катионы Ca2+ и Mg2+ образуют нерастворимые комплексы с акрилатами, вызывая повышенный расход химических реагентов и снижая их эффективность.

При первичной обработке глинистого раствора перед вскрытием соленосных пород вначале входят в промывочную жидкость примерно 0,5% КМЦ и столько Же гипана и приступают к насыщению солью. Крахмальный реагент, приготовленный заранее, вводят при повышении водоотдачи, происходящей при растворении солей.

При повторной химической обработке порядок введения химических реагентов обратный: вначале вводят крахмальный реагент, а затем КМЦ и гипан (или К-4).

Глинистые растворы, обработанные KP и КССБ. Комбинирование KP и КССБ позволяет поддерживать низкую водоотдачу в тех случаях, когда в промывочную жидкость поступает значительное количество (больше 0,2%) катионов Ca2+ и Mg2+. Кроме того, в этом случае отчетливо наблюдается синергетический эффект. Так, добавка 20% КССБ привела к снижению водоотдачи минерализованных глинистых растворов с 42 до 14 см3; добавка 20% KP (6%-ной концентрации) снизила водоотдачу растворов с 42 до 15 см3, а совместная добавка 10% КССБ и 10% KP — позволила снизить водоотдачу до 7 см3.

Порядок ввода химических реагентов и в этом случае имеет большое значение. Наиболее целесообразно сначала вводить КССБ, затем KP и после этого насыщать раствор солью. Если же производится химическая обработка минерализованного глинистого раствора, то вначале целесообразнее ввести KP, а затем КССБ.

Термостойкость глинистых растворов, обработанных KP и КССБ, обусловлена низкой термостойкостью крахмала, т. е. не превышает 100°С. Другим недостатком данной системы является необходимость применения антиферментатора для предупреждения разложения крахмала и пеногасителя для предупреждения образования пены, вызванного присутствием КССБ.

Глинистые растворы, обработанные KP и щелочной ССБ. При комбинированной обработке высокоминерализованных глинистых растворов крахмальным реагентом и щелочной ССБ по методу, разработанному Е.П. Охрименко и В.Д. Малеванским, большое значение имеет способ приготовления реагентов. По этому методу приготовление крахмального реагента осуществляют при подогреве до 60—70° С. В глиномешалку или другой смеситель наливают воду (2/3 от объема) и при перемешивании засыпают крахмал. Полученную суспензию подогревают до 40° С и вводят водный раствор каустической соды 20%-ной концентрации. Смесь продолжают перемешивать, доводя температуру до 60—70° С, и наблюдают за изменением цвета. Об окончании клейстеризации крахмала свидетельствует появление желто-соломенного цвета. В этот момент доливают смеситель водой и выключают подогрев. Приготовленный крахмальный реагент при охлаждении сильно загустевает, поэтому его вводят в глинистый раствор после охлаждения до 35—40° С. Соотношение между весовыми частями крахмала, каустической соды и воды 10:1:89. Щелочную ССБ готовят путем растворения в щелочной воде товарной ССБ при соотношении между весовыми частями ССБ (в расчете на сухое), каустической соды и воды 15:3,75:82.

При комбинированной обработке высокоминерализованных глинистых растворов крахмальным реагентом и щелочной ССБ расходы крахмала сокращаются в 1,5—2 раза. Для снижения водоотдачи до 4,5—5,0 см3 при нормальной вязкости (30—40 с) и удовлетворительном предельном статическом напряжении сдвига (30—70 мгс/см2) необходимо ввести в глинистый раствор 10% крахмального реагента и 15% щелочной ССБ. Комбинированную обработку крахмальным реагентом и щелочной ССБ можно производить и при обычном способе приготовления крахмального реагента.

Нефтеэмульсионные глинистые растворы, обработанные KP, КССБ и КМЦ. Комбинирование KP, КССБ, КМЦ позволяет получить промывочную жидкость, устойчивую к поливалентным катионам, уменьшить норму добавки КССБ, что приводит к уменьшению пенообразования, и уменьшить норму добавки КМЦ, что уменьшает опасность деструкции глинистых растворов. Добавка нефти к такой системе приводит к уменьшению количества растворенной в промывочной жидкости соли, что способствует уменьшению ка-вернообразования в солях. Кроме того, промывочная жидкость приобретает и другие положительные свойства, характерные для гидрофильных эмульсий.

Перевод ранее применявшегося глинистого раствора в систему КССБ—KP—КМЦ наиболее целесообразно начать с введения 4—5% КССБ, затем 10—30% нефти, после этого производят насыщение солью с одновременной обработкой до 20% KP (7%-ной концентрации). КМЦ вводится при повышении вязкости и СНС. Если производится химическая обработка минерализованных глинистых растворов, то наиболее целесообразно сначала снизить водоотдачу крахмальным реагентом и КССБ, а затем, при необходимости снизить вязкость и СНС, использовать КМЦ.

Глинистые растворы, обработанные гипаном и КМЦ. Сочетание гипана и КМЦ, где оба химических реагента весьма чувствительны к катионам Ca2+ и Mg2+, может применяться для химической обработки в тех случаях, когда в промывочной жидкости содержится менее 0,2% указанных солей. В этой паре химических реагентов наименее термостойкой является КМЦ. Поэтому оптимальная область их применения ниже 140° С. Гипан в минерализованных глинистых растворах повышает вязкость, а КМЦ снижает ее, и оба химических реагента снижают водоотдачу. На этом основано их комбинирование.

При первичной химической обработке сначала вводят гипан в количестве 1—2%, а затем КМЦ. Учитывая, что оба химических реагента, и особенно КМЦ, снижают СНС, последнюю необходимо добавлять небольшими порциями, опасаясь полной деструкции, приводящей к выпадению твердой фазы.

Глинистые растворы, обработанные сунилом и КМЦ. В минерализованных глинистых растворах сунил способствует поддержанию и даже некоторому повышению СНС, что позволяет избежать деструкции глинистых растворов, обычно происходящей при введении КМЦ. Кроме того, сунил относится к числу ограниченно термостойких химических реагентов, способствует повышению устойчивости глинистых пород и может быть использован при низких pH. Сочетание его с КМЦ позволяет получить достаточно низкую водоотдачу и оптимальные значения вязкости и СНС. Влияние сунила на показатели глинистого раствора, содержащего 0,75% КМЦ-350, показано в табл. 45.

Промышленные испытания комбинированной обработки глинистого раствора сунилом и КМЦ проводились в 1966 г. на скв. 7 площади Урта-Булак в тресте Бухаранефтегазразведка. Эта скважина долгое время находилась в консервации, ствол скважины осложнился, проработка при спуске нового долота увеличилась до 120 м, подъем колонны производился с затяжками на 8—15 делений сверх собственного веса бурильной колонны. Поэтому было принято решение перейти на химическую обработку глинистого раствора сунилом. Первичное введение сунила производилось в процессе бурения, начиная с глубины 2004 м. Сунил вводился в виде 12—23%-ного водного раствора порциями по 5—10 м3 за один рейс долота. Уже после второго рейса, когда содержание сунила в фильтрате глинистого раствора достигло 1,0%, прекратились проработки и исчезли осложнения при спуско-подъемных операциях, хотя параметры глинистого раствора изменились незначительно. Для снижения вязкости добавили 0,5% КМЦ. Бурение велось в чередующихся пачках ангидритов и солей со сплошным отбором керна роторным способом, что в значительной степени замедлило темпы бурения. До глубины 2571 м, когда был вскрыт продуктивный горизонт, скважина проходилась без осложнений. Параметры глинистого раствора при этом колебались в пределах: у = 1,36—1,40 гс/см3, T = 60—180 с, В = 12—22 см3, К = 1,5—2 мм, CHC = 170/176—58/64 мгс/см2. Последняя обработка глинистого раствора перед спуском 219-мм обсадной колонны была произведена препаратом K = 4, так как запас супила к этому времени кончился. Спуск 219-мм промежуточной колонны на проектную глубину и цементировочные работы прошли без осложнений.

Промышленные испытания комбинированной обработки глинистого раствора сунилом и КМЦ, проведенные в скв. 7 площади Урта-Булак, позволяют сделать следующие выводы,

1. Сунил способствует устойчивости глинистой части разреза скважины, что позволяет осуществлять спуск 219-мм промежуточной колонны в ствол, пробуренный 269-мм долотом на глубину 2400 м.

2. Обработка сунилом с добавками КМЦ позволяет поддерживать удовлетворительные параметры, промывочной жидкости и особенно сохранять ее структурно-механические свойства при полной минерализации.

3. Применение сунила для обработки глинистого раствора при разбуривании ангидрито-солевых отложений позволило сэкономить 69,5 кг пищевого крахмала на 1 м обрабатываемого интервала.

4. Благодаря применению системы обработки глинистого раствора сунилом и КМЦ достигнута экономия по расходу химических реагентов в среднем 22,5 руб. на 1 м бурения в солях.

5. Оптимальное содержание реагентов для нормальной работы при бурении в интервале ангидрито-солевой толщи составляет, сунила 2—3%, КМЦ или К-4 0,5—0,75% по весу сухого реагента к объему глинистого раствора.

6. Расход сунила на 1 м обрабатываемого интервала по скв. 7 Урта-Булак составил 27 кг.

Глинистые растворы, обработанные сунилом и К-4. Использование системы сунил — К-4 вместо сунил — КМЦ имеет следующие преимущества: не происходит резкого снижения CHC до нуля, промывочная жидкость всегда сохраняет хорошую удерживающую способность; термостойкость промывочной жидкости повышается до 150—160° С; достигается более низкая водоотдача промывочной жидкости; сокращается расход химических реагентов.

В системе сунил — К-4 основным химическим реагентом является сунил, а К-4 используется периодически, если водоотдача промывочной жидкости превысит величину, заданную программой химической обработки. Первичная обработка производится водным раствором сунила 20—25%-ной концентрации. После этого насыщают глинистый раствор солью, и окончательную доводку осуществляют с помощью реагента К-4. В процессе бурения следят за содержанием сунила в фильтрате промывочной жидкости, не допуская уменьшения его ниже 1%. Оптимальная концентрация сунила в фильтрате около 2%. Если при оптимальной концентрации сунила водоотдача превышает норму, то проводят дополнительную обработку К-4.