СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЛИЧЕСТВА РЕАГЕНТА ДЛЯ ОБРАБОТКИ БУРОВОГО РАСТВОРА Российский патент 1994 года по МПК C09K7/00 

Изобретение относится к области бурения нефтяных и газовых скважин и может быть использовано для повышения устойчивости стенок скважин при разбуривании глинистых пород.

Известно, что повысить устойчивость стенок скважин можно применением ингибированных буровых растворов, обработанных различными электролитами (NaCl, KCl, CaCl₂, CaSO₄ и др. ) и стабилизированных реагентами-стабилизаторами [1] .

Для повышения устойчивости стенок скважин важно определить требуемую концентрацию в буровом растворе как реагента-стабилизатора, так и электролита, а также поддерживать требуемую концентрацию их в растворе в процессе разбуривания неустойчивых отложений.

Известен способ определения количества реагента-стабилизатора для обработки бурового раствора, включающий отбор проб в процессе бурения, определение коллоидной глинистой составляющей в буровом растворе и коэффициента активности исследуемого реагента и оптимальной его концентрации в буровом растворе [2] по формуле:
C_p= n , (1) где C_k - требуемое содержание реагента-стабилизатора в буровом растворе, % ;
C_k - объемное содержание коллоидной глинистой составляющей в буровом растворе, % ;
K_p - коэффициент активности реагента-стабилизатора;
n - показатель, характеризующий отношение содержания органического коллоида к неорганическому.

Недостатком известного способа является малая точность определения количества реагента для обработки буровых растворов, так как в данном случае не учитываются физико-химические свойства разбуриваемых пород и время их контакта с раствором.

Определение количества реагента без учета указанных факторов приводит к перерасходу реагентов или осложнениям ствола скважин (осыпям и обвалам стенок скважин) в результате недостатка реагента в буровом растворе.

Кроме того, по данному способу невозможно определить требуемую концентрацию электролита в буровом растворе.

Цель - повышение устойчивости стенок скважин путем более точного определения требуемого количества реагентов для обработки бурового раствора.

Сущность способа состоит в том, что в процессе бурения отбирают пробы, определяют активность разбуриваемых пород и скорость их увлажнения в дистиллированной воде и определение количества реагента-стабилизатора, отличающийся тем, что количество реагента-стабилизатора определяют по формуле
C_p= (1-M) + Σ CZ - C_к (2) и дополнительно определяют количество электролита, при этом рассчитывают произведение C_pK_p, сравнивают его с заданной величиной, равной 3,0±0,5, и вводят электролит при C_pK_p > 3,0±0,5 в количестве, рассчитанном из условия:
Σ CZ′= (1-M) + Σ CZ-2C_к , (3) где C_р - количество реагента-стабилизатора в буровом растворе, % ;
K_р - коэффициент активности реагента-стабилизатора с учетом минерализации водной фазы бурового раствора;
M - объемное содержание твердой фазы в буровом растворе в долях единицы;
V_п - скорость увлажнения разбуриваемых пород в дистиллированной воде, м/ч;
C - минерализация поровой воды, моль/л;
Z″ - валентность катионов поровой воды;
C_k - объемное содержание коллоидной глинистой составляющей в буровом растворе, % ;
V_о - требуемая скорость увлажнения разбуриваемых пород, м/ч;
C- требуемая минерализация водной фазы бурового раствора, моль/л;
Z′- валентность катионов водной фазы бурового раствора.

Определение концентрации реагентов по предлагаемому способу является оптимальным, отвечающим требованиям устойчивости стенок скважин при минимальном расходе реагентов.

П р и м е р. Определяют оптимальное количество реагента в буровом растворе при бурении скважины на площади Западный Аладаг ПО "Туркменнефтегаз".

Исходные данные: интервал бурение под техническую колонну составляет 320-2400 м, диаметр скважины 0,394 м; время бурения скважины в рассматриваемом интервале t = 140 сут или 3360 ч, плотность бурового раствора ρ_p = 1360 кг/м³, пластическая вязкость ζ = 27 ОмП, содержание твердой фазы в буровом растворе в долях единицы M = 0,166. Буровой раствор обрабатывают реагентом-стабилизатором КМЦ-600, имеющим коэффициент коллоидальности K_р= 4,32.

В процессе бурения скважины отбирают шлам (керн) и определяют коэффициент активности разбуриваемых пород K_п(K_п = 0,25), градиент порового давления в эквиваленте плотности ( ρ_п = 1300 кг/м³) и минерализацию поровой воды (C_эл.''(C_эл.'' = 7,5% , в том числе CaCl₂ = 0,3% или 0,03 моль/л, NaCl = 7,2% или 1,24 моль/л).

Определяют показатели скорости увлажнения разбуриваемых пород в дистиллированной воде:
V_п = V_Б K_п, где V_Б - константа, равная 0,35;
K_п - коэффициент активности разбуриваемых пород;
V_п = 0,35 ˙ 0,25 = 0,0875 м/ч.

Определяют требуемое значение показателя скорости увлажнения разбуриваемых пород с учетом времени бурения скважины в интервале 320-2400 м
V_o= где R_с - радиус скважины, м;
ρ_p- плотность бурового раствора, кг/м³;
t - требуемое время устойчивого состояния, ч;
ρ_п - поровое давление в эквиваленте плотности, кг/м³;
в - коэффициент, равный 198,9.

V_o = = 0,0122 м/ч.

Определяют фактическое объемное содержание коллоидной глинистой составляющей в буровом растворе по адсорбции метиленовой сини - C_к = 2,32% .

Определяют требуемое содержание реагента-стабилизатора в буровом растворе по формуле (2):
+
Определяют произведение C_рK_р = 1,14 x 4,32 = 4,92, как видно C_рK_р = 4,92 > 3,0±0,5, следовательно, буровой раствор обрабатывают как реагентом-стабилизатором, так и электролитом.

Определяют требуемое содержание электролита в буровом растворе по формуле (3)

Определяют требуемое содержание реагента-стабилизатора (КМЦ-600) в буровом растворе по формуле (1) с учетом изменения активности КМЦ-600 при расчетной минерализации раствора ( (Σ CZ′= 2.64 моль/л) , т. е. K_р = K_р ˙ a, где a - коэффициент, характеризующий изменение активности реагента-стабилизатора, в результате действия электролита.

В соответствии с исследованиями, при требуемой концентрации электролита коэффициент a для КМЦ-600 равен a = 0,70, тогда требуемая концентрация КМЦ-600 будет равна:

Таким образом, при бурении скважин в интервале 320-2400 м на площади Западный Аладаг для обеспечения устойчивости стенок скважин в течение t = 140 сут должен использоваться минерализованный буровой раствор со следующими свойствами и составом:
Плотность ρ_p = 1360 кг/м³;
Пластическая вязкость ζ = 27,0 мПас;
Содержание коллоидной глинистой составляющей C_k = 2,32% ;
Содержание реагента-стабилизатора (КМЦ-600) - C_р = 0,17%
Содержание электролита - ^{Σмоль/л)} .

При бурении скважины N 2 Западный Аладаг состав раствора поддерживался в соответствии с расчетом. Так, состав фильтрата бурового раствора был следующим:
Ca²⁺ - C_эл.' = 0,03 моль/л; Z' = 2,0; C_эл.'Z' = 0,06;
SO₄^2- - C_эл.' = 0,11 моль/л; Z' = 2,0; C_эл.'Z' = 0,22;
Cl^- - C_эл.' = 0,46 моль/л; Z' = 11,0; C_эл.'Z' = 0,46;
HCO^3- - C_эл.' = 0,50 моль/л; Z' = 1,0; С_эл.^'Z' = 0,50;
Na⁺+K⁺ - C_эл. ' = 1,13 моль/л; Z' = 1,0; C_эл.'Z' = 1,13
Всего солей ΣCZ'= 2,37моль/л, что близко к данным, определенным по предлагаемому способу. (56) Городнов В. Д. Физико-химические методы предупреждения осложнений в бурении. - М. : Недра, 1984.

Резниченко И. Н. Приготовление, обработка и очистка буровых растворов. - М. : Недра, 1982, с. 67, 71.

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЛИЧЕСТВА РЕАГЕНТОВ ДЛЯ ОБРАБОТКИ БУРОВОГО РАСТВОРА, включающий отбор проб в процессе бурения, определение активности разбуриваемых пород и скорости их увлажнения в дистиллированной воде и определение количества реагента-стабилизатора, отличающийся тем, что количество реагента-стабилизатора C_p определяют по формуле
C_p= (1-M) + Σ C Z - C_к
и дополнительно определяют количество электролита, при этом рассчитывают произведение C_рK_р, сравнивают его с заданной величиной 3,0 ± 0,5 и вводят электролит при C_рK_р > 3,0 ± 0,5 в количестве, рассчитанном из условия
Σ C Z = (1-M) + Σ C Z-2C_к,
где C_р - количество реагента-стабилизатора в буровом растворе, % ;
K_р - коэффициент активности реагента-стабилизатора с учетом минерализации водной фазы бурового раствора;
M - объемное содержание твердой фазы в буровом растворе, доли единицы;
V_п - скорость увлажнения разбуриваемых пород в дистиллированной воде, м/ч;
C″э

_л - минерализация поровой воды, моль/л;
Z″э_л - валентность катионов поровой воды;
C_к - объемное содержание коллоидной глинистой составляющей в буровом растворе, % ;
C′э_л - требуемая минерализация водной фазы бурового раствора, моль/л;
Z′э_л - валентность катионов водной фазы бурового раствора;
V_о - требуемая скорость увлажнения разбуриваемых пород, м/ч.

Использование: бурение нефтяных скважин. Способ определения количества реагента для обработки бурового раствора осуществляют следующим образом. В процессе бурения отбирают пробы разбуриваемой породы. Определяют активность разбуриваемых пород, скорость их увлажнения в дистиллированной воде. Рассчитывают количество реагента-стабилизатора по формуле . Для определения количества электролита рассчитывают произведение C_pK_p , сравнивают его с заданной величиной, равной 3,0 ± 0,5. Электролит вводят при условии C_pK_p>3,0 ± 0,5 . Его количество рассчитывают из условия , где C_p - количество реагента-стабилизатора в буровом растворе, % ; K_p - коэффициент активности реагента-стабилизатора с учетом минерализации водной фазы бурового раствора; M - объемное содержание твердой фазы в буровом растворе в долях единицы; V_п - скорость увлажнения разбуриваемых пород в дистиллированной воде, м/ч; - минерализация поровой воды, моль/л; Z″ - валентность катионов поровой воды; C_к - объемное содержание коллоидной глинистой составляющей в буровом растворе, % ; V_o - требуемая скорость увлажнения разбуриваемых пород, м/ч; - требуемая минерализация водной фазы бурового раствора, моль/л; Z′ - валентность катионов водной фазы бурового раствора.

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЛИЧЕСТВА РЕАГЕНТОВ ДЛЯ ОБРАБОТКИ БУРОВОГО РАСТВОРА, включающий отбор проб в процессе бурения, определение активности разбуриваемых пород и скорости их увлажнения в дистиллированной воде и определение количества реагента-стабилизатора, отличающийся тем, что количество реагента-стабилизатора C_p определяют по формуле
C_p= (1-M) + Σ C Z - C_к
и дополнительно определяют количество электролита, при этом рассчитывают произведение C_рK_р, сравнивают его с заданной величиной 3,0 ± 0,5 и вводят электролит при C_рK_р > 3,0 ± 0,5 в количестве, рассчитанном из условия
Σ C Z = (1-M) + Σ C Z-2C_к,
где C_р - количество реагента-стабилизатора в буровом растворе, % ;
K_р - коэффициент активности реагента-стабилизатора с учетом минерализации водной фазы бурового раствора;
M - объемное содержание твердой фазы в буровом растворе, доли единицы;
V_п - скорость увлажнения разбуриваемых пород в дистиллированной воде, м/ч;
C″э

_л - минерализация поровой воды, моль/л;
Z″э_л - валентность катионов поровой воды;
C_к - объемное содержание коллоидной глинистой составляющей в буровом растворе, % ;
C′э_л - требуемая минерализация водной фазы бурового раствора, моль/л;
Z′э_л - валентность катионов водной фазы бурового раствора;
V_о - требуемая скорость увлажнения разбуриваемых пород, м/ч.