Инвертные эмульсии

  Главная        Учебники - Техника         Технологические свойства буровых растворов (Михеев В. Л)

 поиск по сайту     

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

содержание   ..  50  51  52  53  54  55 

 

 

Инвертные эмульсии

Многие из присущих растворам на нефтяной основе недостатков устраняются применением инвертных эмульсий типа «вода в нефти». Такие эмульсии могут быть получены из тех же компонентов, которые служат для приготовления РНО или ИБР с помощью специальных эмульгаторов. Эмульгаторами для этих целей могут служить вещества со сложной дифильной молекулой, включающей гидрофильные и гидрофобные группы или же смесь эмульгаторов, из которых один должен быть хорошо растворим в масляной фазе, а другой — в водной. В сущности пока не установлено четкой границы между растворами на нефтяной основе н инвертными эмульсиями. Поэтому те и другие относят к буровым растворам на углеводородной основе.

В. Ф. Роджерс [72] считает, что условной границей, отделяющей растворы на нефтяной основе от инвертных эмульсий, является повышенное содержание в них воды. Инвертные эмульсии выгодно отличаются от РНО тем, что они содержат значительное количество воды. Современная техника и средства эмульгирования позволяют получать инвертные эмульсии с водосодержанием до 60—95%, не меняя гидрофобных свойств системы. Устойчивость таких эмульсий зависит от свойств применяемого эмульгатора.

В качестве эмульгаторов используют смеси солей щелочноземельных и тяжелых металлов, сложные эфиры, амиды, амины и т. д. Эмульгатором может служить твердая7фаза, обладающая высокой дисперсностью и поверхностной энергией, которая может создать в системе необходимый гидрофильно-гидрофобный баланс. Так, бентонитовая глина, обработанная аминосоединениями (третичными аминами), гидрофобизируется и тем самым предотвращает образование фаз в эмульсиях. Для этих целей стали применять аминированный бентонит, который гидратируется в углеводородных средах, повышая их структурно-механические свойства и устойчивость.

Для приготовления инвертных эмульсий в США предложен ряд специальных эмульгаторов. К ним относятся смеси оксаминов с олеиновой кислотой, оксамиды, производные оксазола, сложные четвертичные аммониевые соли, амиды жирных кислот, технический лецитин, соли и эфиры таллового масла, ангидросорбит-моноолеат и др. [35].

Во ВНИИБТ были разработаны рецептуры инвертных эмульсий, в которых в качестве эмульгаторов были испытаны пентол, кислан-0, сорбитанолеат, эмульфор-ФМ, сорбитан-С, препарат ОС-20, ксилиталь 0-10, рицинокс-150, оксамин-6, 12, 24, сорби-таль С-15, выравниватель-А, алкамон ОС-2, ализариновое масло, эмульсионные воски, ОПСБ, стеарокс-6, сульфонат, ГКЖ-94, олеат натрия и др. [35]. Исследование большого класса эмульгаторов показало, что наиболее перспективны моно(ди-)олен новые эфиры многоатомных спиртов.

На основе полученного эмульгатора —эмультала во ВНИИБТ были разработаны рецептуры высококонцентрированных инвертных эмульсий (ВИЭР) 1351.

ВИЭР предназначен прежде всего для качественного вскрытия н освоения продуктивных пластов, отбора керна с сохранением естественной водонасыщенноети и проницаемости, а также для бурений в неустойчивых глинистых и хемогенных породах. Такая система обладает низкой фильтрацией (фильтрат — углеводородная среда), повышенной прокачиваемостью, высокой устойчивостью и инертностью к разбуриваемой п выбуренной породе, в том числе к глинам и солям, минерализованным пластовым водам.

Высокая тиксотропность ВИЭР обеспечивает возможность его утяжеления баритом до плотности 2,0 г/см3. Плотность неутяжеленного ВИЭР в зависимости от соотношения углеводородной и водной фаз, степени ее минерализации может составлять от 0,9 до 1,15 г/см3. Термостабильность такого раствора составляет 90—100° С Содержание воды может быть увеличено до 80%, когда необходимо повысить вязкость и структурно-механические свойства ВИЭР. Такая необходимость может возникнуть, например, при бурении в поглощающих пластах. Если необходимо утяжелить ВИЭР баритом, то содержание воды должно быть снижено до 30%. ВИЭР легко приготовить в промысловых условиях. Для этого указанные компоненты вводят в определенной последовательности (дизельное топливо ->- эмультал ->- смад-1 глинопоро-шок-»-вода) и интенсивно перемешивают в емкости, в которую компоненты могут подаваться центробежным насосом или же непосредственно буровыми насосами. ВИЭР можно приготовить и в обычной двухвальной глиномешалке МГ-4. Продолжительность перемешивания компонентов ВИЭР зависит от объема приготовляемого раствора, скорости перемешивания и типа перемешивающего устройства. Например, с помощью двух буровых насосов гидравлическим перемешиванием можно за 4ч-5 ч приготовить 100—120 м3 ВИЭР.

Одним из важных компонентов ВИЭР является эмультал, который представляет собой смесь сложных эфиров жирных и смоляных кислот таллового масла и триэтаноламина. Эмультал — вязкая жидкость темно-коричневого цвета с температурой кипения выше 200° С и температурой плавления 30° С; он хорошо растворим в нефти, дизельном топливе и других нефтепродуктах или маслах, не теряет эмульгирующей способности в присутствии хлоридов натрия, кальция, магния вплоть до полного насыщения ими водной фазы эмульсий. Гарантийный срок хранения — 12 мсс. При более длительном хранении возможно изменение его качества, что вызывает увеличение его добавок к ВИЭР. При бурении на ВИЭР расход эмультала составляет обычно 5—10 кг на 1 м бурения [351.

С промывкой ВИЭР вскрыты терригенные и карбонатные коллектора на глубинах от 700 до 4000 м при забойных температурах от 20 до 90° С более чем на 100 скважинах, пробуренных в различных районах [36].

Промышленные испытания ВИЭР на основе эмультала были проведены в объединениях Татнефть, Белоруснефть, Пермнефть, Мангышлакнефть, в Восточно-Сибирском геологоразведочном управлении и получены положительные результаты. Так, при бурении скважин на ВИЭР в объединении Татнефть были получены следующие результаты: механическая скорость бурения 11,2— 26 м/ч, сокращение расхода долот в 2—2,5 раза, вынос керна 85-f-100%, среднее время освоения продуктивного пласта 14 ч, увеличение коэффициента удельной продуктивности пласта в 2,5—10 раз, сокращение времени на борьбу с осложнениями, включая промывку и проработки ствола, в 10—15 раз. Экономический эффект при вскрытии и освоении продуктивных пластов на одну скважину составляет от 12 до 17 тыс. руб. [36].

В МИНХиГП разработаны обращенные эмульсии на основе битума, стабилизированные окисленным петролатумом. Эти эмульсип состоят из следующих компонентов: 3-5% мела, гидрофоби-зированного карбоновыми кислотами, 4-f-5% окисленного петро-латума к объему жидкой фазы эмульсии. Соотношение фаз в эмульсии рекомендуется поддерживать в пределах 1 : 1 (нефть — 50%, вода — 50%) [53].

Эта рецептура битуминозной эмульсии прошла промышленное испытание в Белоруснефти, на Украине и дала положительные результаты при закачивании скважин. Как ВИЭР, так и битумные обратные эмульсии, стабилизированные окисленным петролату-мом, в ближайшие годы найдут широкое применение в практике промывки скважин при бурении в глинах, солевых отложениях, вскрытии и освоении продуктивных горизонтов, содержащих нефть и газ.

При вскрытии и освоении продуктивных пластов с применением ВИЭР, ИБР, битумной эмульсии повысилась продуктивность коллекторов, но при цементировании тампонажными растворами на водной основе их свойства и продуктивность ухудшаются. С целью исключения этого фактора Л. К- Мухин предложил там-понажный раствор на углеводородной основе — ОНЭЦР, который по своим свойствам близок к буровым растворам на углеводородной основе 153 ]. ОНЭЦР представляет собой тампонажную эмульсию второго рода, в которой внешней фазой является дизельное топливо или нефть, а внутренней — частицы цемента, смоченного водой, и эмульгированные капельки воды. ОНЭЦР приготовляют эмульгированием водной суспензии вяжущего материала (цемента) в углеводородной жидкости, а затем отделяют и удаляют из этой системы раствора часть воды. Последние две операции выполняют для получения необходимого соотношения внешней и внутренней фаз, при котором система ОНЭЦР приобретает требуемые реологические показатели и прочность гидрофобного цементного камня. Содержание воды в такой системе раствора не должно превышать 18—20% (от массы цемента). При затвердевании цемента весь объем воды связывается вяжущим материалом. Свойств ОНЭЦР (загустевание, сроки схватывания, прочность, проницаемость цементного камня) регулируют добавками электролитов и ПАВ [53].

Исследованиями Л. К. Мухина было показано, что пропластки глин при контакте с ОНЭЦР не увлажняются, способствуя устойчивости стенок скважин [53 ].

Эту систему раствора можно использовать для крепления обсадных колонн в хемогенных отложениях, засолоненных глинах и т. д. Фильтратом ОНЭЦР является углеводородная жидкость, не оказывающая отрицательного влияния на нефтепроницаемость продуктивных пластов, что определяет его эффективность при цементировании эксплуатационных колонн в продуктивной толще.

ОНЭЦР прошел промышленные испытания в различных районах бурения Краснодара, Грозного, Узбекистана, Полтавы, Крыма, Белоруссии, Оренбурга при цементировании обсадных

колонн в скважинах, пробуренных растворами на углеводородной основе. Качественное цементирование продуктивных пластов, содержащих нефть и газ, растворами ОНЭЦР способствует охране окружающей среды и недр Земли от загрязнения [53].

Такие системы буровых растворов эффективны при проходке набухающих и осыпающихся пород, устойчивы ко всем видам солевой агрессии; при использовании этих растворов повышаются технические показатели бурения, улучшается качество вскрытия и освоения нефтегазосодержащих пластов.

Однако необходимо усовершенствовать свойства растворов на углеводородной основе с целью их использования при высоких температурах и давлениях.