4.9.2.7. Инвертные эмульсионные растворы (иэр)

ИЭР представляют собой гидрофобно-эмульсионно-суспензион-ные системы.

Дисперсионная среда ИЭР: дизельное топливо марок «Л» или «З»; разгазированная нефть (с температурой вспышки > 70 °С).

Дисперсная фаза ИЭР: жидкая – минерализованная CaCl₂ (NaCl, MgCl₂) техническая или пластовая вода (содержание соли 180 - 240 кг/м³); твердая – молотая негашеная известь (гидроокись кальция СаО), глинопорошок (ПББ, ПБВ), железный купорос, хлорное железо, мел (утяжелитель), барит (утяжелитель).

Для эмульгирования воды в углеводородной среде используют следующие ПАВ: эмультал, окисленный петролатум, СМАД-1, украмин (или его аналог ИКБ-2), высокоокисленный битум, АБДМ-хлорид.

ИЭР по свойствам и условиям применения близки к РУО, но выгодно отличаются от них тем, что содержат значительное количество воды, а, следовательно, существенно дешевле.

Соотношение водной и углеводородной фаз в ИЭР изменяется в диапазоне от 60 : 40 до 40 : 60. Содержание твердой фазы (без утяжелителя) составляет при этом 5–30 кг/м³.

Различают несколько видов ИЭР: ВИЭР (высококонцентрированный ИЭР), ТИЭР (термостойкий ИЭР), эмульжел (ИЭР, содержащий железный купорос), ГЭР (гидрофобно-эмульсионный раствор).

Перечисленные виды ИЭР отличаются между собой номенклатурой используемых ПАВ и активных твердых веществ.

Рецептура ГЭР, кг/м³ (в качестве примера): дизтопливо – 400–420; украмин – 40, техническая вода – 420, CaCl₂ (MgCl₂) – 240, мел – 40.

Основным недостатком ИЭР (кроме общих недостатков с РУО) является их обратимость при повышенном содержании твердой фазы.

Оперативным показателем устойчивости ИЭР к фазовому обращению является величина глиноемкости, определяемая по количеству бентонитового глинопорошка (ПББ, ПБВ), которое может быть введено в ИЭР при перемешивании в течение 0,5 ч без снижения исходного значения электростабильности (U = 150–600 В).

Величина глиноемкости должна быть не ниже 22,5 % мас.

Ниже приведено краткое описание нескольких современных инвертных эмульсионных систем.

Система Versa-Pro («Верса-Про») относится к классу инвертных эмульсий с соотношением нефть : вода от 90 : 10 до 60 : 40 и предназначена для вскрытия продуктивных горизонтов с давлениями, близкими к гидростатическим.

В качестве дисперсионной углеводородной среды может быть использовано дизельное топливо, минеральное масло, парафины, линейные олефины, полиальфаолефины и др. Дисперсная фаза – 25–35 %-ный раствор хлорида кальция. Плотность раствора регулируется в интервале 880–1150 кг/м³ без использования утяжелителей.

Специальный пакет эмульгаторов NovaMul (известный также как VersaPro P/S) оказывает минимальное воздействие на смачиваемость породы коллектора. Органофильная глина VersaVert HT позволяет увеличить вязкость и дополнительно стабилизировать эмульсию раствора хлорида кальция. Понизитель фильтрации Ecotrol RD позволяет удерживать фильтратоотдачу раствора на минимальном уровне в условиях высоких температур и давлений. Серия специализированных добавок Versa (VersaThin, VersaMod, VersaWet, HRP, SWA и др.) позволяет регулировать реологические свойства раствора в широком диапазоне.

В качестве углеводородной основы «Верса-Про» рекомендуется использовать низковязкое минеральное масло или линейные альфаолефины. По сравнению с более дешевым дизельным топливом это обеспечивает следующие преимущества: низкую горючесть, высокую температуру вспышки и высокую пожаробезопасность; меньшую токсичность и экологическую опасность, меньшую вязкость (вязкость дизельного топлива и РУО, приготовленного на его основе, в 1,5–2 раза выше, чем минерального масла, особенно при низких температурах).

Система VERSADRIL («Версадрил») – инвертно-эмульсионный раствор на основе дизельного топлива (ДТ) (таблица 4.26).

Таблица 4.26 Компонентный состав системы «Версадрил»
Наименование	Функция / назначение	Типовая концентрация, кг/м3
ДТ	Углеводородная дисперсионная среда
Раствор CaCl2	Дисперсная фаза
VERSAMUL	Первичный эмульгатор	17,5–28,5
VG-69	Структурообразователь	9–28,5
VERSACOAT	ПАВ	3–9
VERSATROL	Контроль фильтрации (при необходимости)	10–11,5

Продолжение табл. 4.26

Наименование	Функция / назначение	Типовая концентрация, кг/м3
VERSAMOD	Контроль реологических свойств (при необходимости)
LIME	Контроль щелочности	17,5–29

В зависимости от условий бурения система может быть сформирована при соотношении ДТ : вода от 70 : 30 до 90 :10 в диапазоне значений плотности от облегченного раствора до 2160 кг/м³.

Система FAZE-PRO («Фэйз-Про») – обратимая инвертная эмульсия, специально разработанная для первичного вскрытия и заканчивания скважин открытым забоем. Особенностью системы является возможность изменения вида эмульсии с инвертной или гидрофобной («вода в масле») на гидрофильную («масло в воде») и обратно (таблица 4.27).

Таблица 4.27 Компонентный состав системы «Фэйз-Про»
Наименование	Функция / назначение	Типовая концентрация, кг/м3
ДТ или минеральное масло	Углеводородная дисперсионная среда
Вода	Дисперсная фаза
FAZE-MUL	Основной эмульгатор	25–35
FAZE-WET	Вспомогательный эмульгатор, ПАВ	5–12
SAFE-CARB	Кольматант, утяжелитель	60–120
VERSAGEL	Органофильная глина, структурообразователь	3–14,5
LIME	Активатор	17,5–29
CaCl2	Минерализация, ингибирование	14,5–26

Во время бурения «Фэйз-Про» используется как инвертная эмульсия, которая после окончания бурения обращается в гидрофильную эмульсию. Обратимость эмульсии достигается использованием специально разработанного пакета эмульгаторов и присадок, которые позволяют изменить характер эмульсии при изменении рН. При снижении рН ниже 7 добавлением лимонной или соляной кислоты, эмульсия из гидрофобной превращается в гидрофильную. Это позволяет выполнить требуемый комплекс ГИС, очистить ствол скважины от фильтрационной корки, провести тампонирование и др. работы с тем же качеством, что и при использовании растворов на водной основе. После заканчивания скважины раствор может быть снова превращен в инвертный эмульсионный увеличением щелочности до рН = 8 или более и использован при бурении следующей скважины (таблица 4.28).

Для обеспечения обратимости эмульсии соотношение нефть : вода должно составлять 65 : 35–60 : 40. Минимальная плотность раствора около 1020–1040 кг/м³, максимальная – до 2150 кг/м³. Максимальная забойная температура – 120 °С.

Таблица 4.28 Значения показателей свойств системы «Фэйз-Про» (API)
Плотность, кг/м3	1020–2150
Пластическая вязкость, мПа·с	15–35
Динамическое напряжение сдвига, фнт/100фт2	15–25
СНС 10 с, фнт/100фт2	6–10
СНС 10 мин., фнт/100фт2	10–20
Электростабильность, В	500–800
Показатель фильтрации при ВТВД, см3 / 30 мин	3–5

Система SIGMADRIL™ («Сигмадрил») представляет собой инвертный эмульсионный раствор на основе дизельного топлива или минерального масла с соотношением основа : вода равным 85 : 15. Компонентный состав системы приведен в таблице 4.29. Использование специальной органической соли, способной диссоциировать на ионы в углеводородной среде и обеспечивать проводимость раствора на уровне 60–1500 мкСм/м (600–16000 Ом/м), позволяет проводить ГИС с тем же успехом, что и при использовании промывочных жидкостей на водной основе. Для справки: система «Сигмадрил» разрабатывалась специально для использования с геофизическими инструментами FMI-Formation Micro-Imaging или RAB-Resistivity At The Bit компании Schlumberger, включаемыми в КНБК для измерений в процессе бурения.

Таблица 4.29 Компонентный состав системы «Сигмадрил»
Наименование	Функция / назначение	Типовая концентрация, кг/м3
ДТ или минеральное масло	Углеводородная дисперсионная среда
Вода	Дисперсная фаза
VERSAMUL	Основной эмульгатор	28–32
VERSACOAT	Вспомогательный эмульгатор, ПАВ	10–12
LIQUITROL	Стабилизатор эмульсии, понизитель фильтратоодачи (при необходимости)	10–12
SIGMASALT	Органическая соль	28–30
SIGMASOLV	Поляризатор углеводородной среды, вспомогательный реагент для SIGMASALT	50–60
TRUVIS HT	Реологический модификатор (при необходимости)	20–25
SIGMASURF	ПАВ, вспомогательный реагент для SIGMASALT	15–18
LIME	Активатор эмульгирующих добавок, контроль щелочности	7–9
TRUFLO 100	Понизитель фильтрации, загуститель (при необходимости)	5–6
CaCl2	Минерализация и ингибирование	35–38
M-I BAR	Утяжелитель (при необходимости)
CaCO3	Кольматант и утяжелитель (при необходимости)

Для приготовления «Сигмадрил» необходимо использовать ДТ или минеральное масло с минимальным содержанием соединений серы и минимальной концентрацией ароматических углеводородов. Плотность можно варьировать в диапазоне от ~ 960 до 1700 кг/м³ добавлением карбоната кальция или барита в качестве утяжелителя (таблица 4.30).

Максимальная забойная температура – 140 °С. Максимальное содержание выбуренного шлама в растворе – 10 %. Систему нельзя использовать для разбуривания цементного камня.

Таблица 4.30 Значения показателей свойств неутяжеленной системы «Сигмадрил» (API)
Плотность, кг/м3	980–1020
Пластическая вязкость, мПа·с	15–30
Динамическое напряжение сдвига, фнт/100фт2	8–12
3RPM	9–12
СНС 10 с, фнт/100фт2	6–8
СНС 10 мин., фнт/100фт2	7–10
Показатель фильтрации, см3 / 30 мин	0
Показатель фильтрации при ВТВД, см3 / 30 мин	2–4