БЕЗГЛИНИСТЫЙ БУРОВОЙ РАСТВОР ДЛЯ ВСКРЫТИЯ ПРОДУКТИВНЫХ ПЛАСТОВ Российский патент 1994 года по МПК C09K7/02 

Изобретение относится к буровым растворам, в частности к безглинистым буровым растворам, предназначенным для вскрытия продуктивных пластов.

Известно применение для вскрытия продуктивных пластов малоглинистых и безглинистых буровых растворов. Эти растворы обладают рядом преимуществ по сравнению с растворами, содержащими в качестве активной (коллоидной) дисперсной фазы глину [1]. Недостатком малоглинистых и безглинистых буровых растворов является невысокая седиментационная устойчивость их при высоких температурах и высокая водоотдача, что отрицательно сказывается на состоянии коллекторов продуктивных пластов, снижая их продуктивность.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является раствор, включающий бентонит, углещелочной реагент, карбоксиметилцеллюлозу, запечную пыль, уловленную электрофильтрами цементообжигательных печей, и воду, причем ингредиенты взяты в следующем соотношении, мас.%: Бентонит 6,0-9,0 Углещелочной реагент 1,0-2,0 Карбоксиметил- целлюлоза 0,1-0,5 Запечная пыль, уловленная электро- фильтрами цементо- обжигательных печей (ЗПЦП) 1,0-5,0 Вода Остальное
Параметры такого состава: плотность 1,04-1,07 г/см³, вязкость 25-60 с, водоотдача 4-14 см³ за 30 мин при 20^оС. Этот раствор имеет ряд существенных недостатков. Бентонит, содержащийся в составе раствора и имеющий малые размеры 0,01-1,5 мкм, глубоко проникает в пласт, диаметр вскрываемых коллекторов колеблется от 1 до 100 мкм. Закупорка коллекторов глинистыми частицами носит необратимый характер, снижая продуктивность пластов на 30-60%. Раствор имеет низкую седиментационную устойчивость и высокие значения показателя фильтрации в динамических условиях при повышенных температурах.

Техническим результатом изобретения является повышение седиментационной устойчивости раствора с одновременным снижением показателя динамической фильтрации при повышенных температурах до 160^оС.

Буровой раствор для вскрытия продуктивного пласта, включающий карбоксиметилоксиэтилированную целлюлозу, запечную пыль, уловленную электрофильтрами цементообжигательных печей, и воду, дополнительно содержит борную кислоту (H₃BO₃) или тетраборат натрия (Na₂B₄O₇) при следующем соотношении компонентов, мас. % : Карбоксиметилокси- этилированная цел- люлоза (КМОЭЦ) 0,8-1,2 Запечная пыль, уловленная электро- фильтрами цементо- обжигательных печей 16,8-37,5 Борная кислота (H₃BO₃) или тетраборат натрия (Na₂B₄O₇) 0,1-0,8 Вода Остальное
В предлагаемой рецептуре бурового раствора запечная пыль является не только утяжелителем, а компонентом, играющим важную роль в процессах структурообразования, повышения термодинамической стабильности и снижения показателя динамической фильтрации при повышенной температуре. Реагентом-стабилизатором цементной суспензии является борная кислота (ГОСТ 18704-78) или тетраборат натрия (бура, ГОСТ 8429-77Е). Механизм действия боратов изучен недостаточно. Известно, что при нагревании борная кислота, так же как тетроборат натрия, легко растворяет окислы металлов с образованием комплексных малорастворимых солей, так с окисью кремния она образует боросиликаты, с окисью алюминия - бороалюминаты, с окисью кальция - борокальциты (Реми Г. Курс неорганической химии. - М.: Мир, 1972, с. 335-338). Данные окислы имеются в составе запечной пыли, уловленной электрофильтрами, в следующем составе, мас.%: CaO 45-50; SiO₂ 15-16; SO₃ 4,5-7,0; Fe₂O₃ 3,0-4,0; Al₂O₃ 3,0-3,5 и др. При высокой температуре малорастворимые комплексные микрочастицы вероятно способны к химическому взаимодействию с соседними кристаллами, образованию большого количества полиморфных модификаций различного состава. Образующиеся микрочастицы способствуют упрочнению структуры бурового раствора, повышению его седиментационной устойчивости, обеспечивают низкую проницаемость фильтрационной корки.

Предлагаемый раствор имеет высокую седиментационную устойчивость и низкие значения показателя фильтрации до 160^оС.

Технология приготовления безглинистого бурового раствора для вскрытия продуктивного пласта на водной основе, содержащего карбоксиметилоксиэтилированную целлюлозу (КМОЭЦ), борную кислоту или тетраборат натрия, запечную пыль и воду, заключается в следующем. Приготовление раствора в лабораторных условиях производится на мешалке типа "Миксер". Скорость вращения лопастей мешалки 50 с^-1. В воду при температуре 20^оС вводится борная кислота или тетраборат натрия, растворяется при перемешивании в течение 10 мин, затем в раствор вводится КМОЭЦ и перемешивается 30 мин, за это время происходит полное растворение КМОЭЦ и начинается набухание, после этого утяжеляют запечной пылью, перемешивая 20 мин. Раствор оставляют на сутки для окончательного созревания. Через сутки производит замер технологических параметров.

П р и м е р 1. В 493,8 мл (82,3%) воды вводится 0,6 г (0,1%) борной кислоты и перемешивают 10 мин, затем вводят 4,8 г (08%) КМОЭЦ, перемешивают на миксере в течение 30 мин, утяжеляют запечной пылью 100,8 г (16,8%), перемешивают 20 мин. После приготовления раствор оставляют на сутки в покое до полного созревания. Через сутки раствор имеет следующие технологические параметры: удельный вес 1,19 г/см³, условная вязкость по малой воронке 17 с, по СПВ-5 400 с, статическое напряжение сдвига 7,4/14,8 мг/см² через 1 и 10 мин, фильтрация на ВМ-6 5,0 см³ за 30 мин (раствор 2, табл. 1). Стабильность раствора через сутки определяют по цилиндру стабильности ЦС-2 и она составляет 0,00 г/см³. Устойчивость раствора к термодинамическому воздействию определяют при температуре 160^оС на приборе ФП-200. Стабильность раствора, выдержанного при 160^оС, Р= 40 ат, в течение 2 ч, составляет 0,01 г/см³. Показатель фильтрации, замеренный при этой температуре, 13,0 см³ за 30 мин.

П р и м е р 2. В 420,6 мл (70,1%) воды вводят 1,8 г (0,3%) борной кислоты, перемешивают 10 мин, затем вводят 6,0 (1%) КМОЭЦ, перемешивают на миксере 30 мин, утяжеляют запечной пылью 171,6 г (28,6%), перемешивают 20 мин. После приготовления раствор оставляют на сутки в покое до полного созревания. Через сутки раствор имеет следующие технологические параметры: удельный вес 1,30 г/см³, условная вязкость по малой воронке 19 с, вязкость по СПВ-6 - 460 с, СНС 11,2/15,0 мг/см² через 1 и 10 мин рН=11,6. Показатель фильтрации по ВМ-6 при 20^оС 4,0 см³ за 30 мин (раств. 3, табл. 1). Стабильность раствора через сутки определяют по ЦС-2 и она составляет 0,00 г/см³. Устойчивость раствора к термодинамическому воздействию определяют при 160^оС на приборе ФП-200. Стабильность раствора, выдержанного при 160^оС, Р=40 ат в течение 2 ч, составляет 0,00 г/см². Показатель фильтрации, замеренный при этой температуре, 12,0 см³ за 30 мин.

П р и м е р 3. В 383 мл (60,5%) воды вводят 4,8 г (0,8%) борной кислоты, перемешивают 10 мин, затем вводят 7,2 г (1,2%) КМОЭЦ, перемешивают на миксере 30 мин, утяжеляют запечной пылью 225 г (37,5%), перемешивают 20 мин. Раствор оставляют на сутки до полного созревания. Через сутки раствор имеет следующие технологические параметры: (раствор 4, табл. 1) удельный вес 1,43 г/см³, условная вязкость по малой воронке 23 с, вязкость по СПВ-5 550 с, СНС 21,0/34,6 мг/см², рН 12,0, показатель фильтрации по ВМ-6 при 20^оС - 4,0 см³ за 30 мин. Стабильность раствора через сутки определяют по ЦС-2 и она составляет 0,00 г/см³. Устойчивость раствора к термодинамическому воздействию определяется при 160^оС на приборе ФП-200. Стабильность раствора, выдержанного при 160^оС, Р=40 ат в течение 2 ч, составляет 0,00 г/см³. Показатель фильтрации, замеренный при этой температуре, 14,5 см³ за 30 мин.

П р и м е р 4. В 493,8 мл (82,3%) вводят 0,6 г (0,1%) тетрабората натрия, перемешивают 10 мин, затем вводят 4,8 г (0,8%) КМОЭЦ, перемешивают 30 мин, утяжеляют запечной пылью 100,8 г (16,8%), перемешивают 20 мин. Через сутки после окончательного созревания раствора замеряют технологические параметры (раствор 2, табл. 2): удельный вес 1,20 г/см³, условная вязкость по малой воронке 24 с, вязкость по СПВ-5 460 с, СНС 5,2/6,8 мг/см², рН 11,8, показатель фильтрации при 20^оС - 4,0 см³ за 30 мин седиментационная стабильность - 0,00 г/см³ при 20 ^оС. Устойчивость раствора к термодинамическому воздействию определяется при 160^оС на приборе ФП-200. Стабильность раствора при 160^оС, Р=40 ат составляет 0,01 г/см³. Показатель фильтрации, замеренный при этой температуре; 13,0 см³ за 30 мин.

П р и м е р 5. В 420,6 мл (70,1%) воды растворяют 1,8 г (0,3%) тетрабората натрия, перемешивают 10 мин, затем вводят 6,0 г (1,0%) КМОЭЦ, перемешивают 30 мин, утяжеляют запечной пылью 171,6 г (28,6%), перемешивают 20 мин. Через сутки замеряют технологические параметры (раствор 3, табл. 2). Удельный вес 1,35 г/см³, условная вязкость по малой воронке 29 с, по СПВ-5 580 с, СНС 5,0/8,75 мг/см³, рН 12,1, показатель фильтрации при 160^оС - 12,5 см³ за 30 мин.

П р и м е р 6. В 363 г (60,5%) воды растворяют 4,8 г (0,8%) тетрабората натрия, перемешивают 10 мин, затем вводят 7,1 (1,2%) КМОЭЦ, перемешивают 30 мин, утяжеляют запечной пылью 225 г (37,5%), перемешивают 20 мин. Через сутки замеряют технологические параметры (раствор 4, табл. 2). Удельный вес 1,42 г/см³, условная вязкость по малой воронке 45 с, по СПВ-5 620 с, СНС 18,7/22,5 мг/см³, рН 12,1, показатель фильтрации при 20^оС на ВМ-6 3,0 см³ за 30 мин. Стабильность раствора при 160^оС Р=40 ат составляет 0,00 г/см³, показатель фильтрации - 14,8 см³ за 30 мин.

В табл. 1 представлены составы безглинистого бурового раствора со средним минимальным и максимальным значением ингредиентов, входящих в состав данного раствора с борной кислотой, а также составы, выходящие за пределы указанных соотношений; в табл. 2 представлены составы безглинистого бурового раствора с тетраборатом натрия. Тетраборат натрия Na₂B₄O₇ в предлагаемом растворе проявляет свойства, близкие тем, какие оказывает борная кислота в составе безглинистого бурового раствора. Как видно из данных табл. 2, седиментационная устойчивость при 160^оС, значения показателя фильтрации при этой температуре, а также рН, вязкость и СНС по своим значениям близки к свойствам растворов с борной кислотой. Минимальные, максимальные, оптимальные значения ингредиентов, входящих в состав данного раствора, также находится в пределах указанных соотношений с борной кислотой. Из данных таблиц 1 и 2 видно, что самые низкие значения показателя фильтрации при 160^оС имеют растворы, в состав которых входит карбоксиметилоксиэтилированная целлюлоза в интервале - 0,8-1,2%, запечная пыль - 16,8-37,5%, борная кислота или тетраборат натрия - 0,1-0,8%, вода - остальное. Показатель фильтрации растворов данного состава при 160^оС составляет за 30 мин 13-14,8 см³ (растворы 2-4, табл. 1, 2), седиментационная устойчивость 0,00-0,01 г/см³. Остальные примеры, приведенные в таблицах, свидетельствуют о том, что:
снижение концентрации борной кислоты или тетрабората натрия, а также КМОЭЦ приводит к снижению седиментационной устойчивости и увеличению показателя фильтрации при 160^оС (таблица 1, 2, раствор 1);
увеличение концентрации борной кислоты или тетрабората натрия, а также КМОЭЦ, загущает раствор, что нежелательно, без улучшения таких показателей, как седиментационная устойчивость, показатель фильтрации (таблица 1, 2, раствор 5);
исключение из состава раствора борной кислоты или тетрабората натрия, КМОЭЦ или запечной пыли приводит к резкому ухудшению качества бурового раствора, повышается показатель фильтрации при повышенных температурах, снижается седиментационная устойчивость (таблицы 1, 2, растворы 6, 7, 8).

На основании приведенных результатов можно сделать вывод, что оптимальным составом, обладающим при 160^оС минимальной фильтрацией 13-14,8 см³, седиментационной устойчивостью при этой температуре, равной 0,00-0,01 г/см³, является безглинистый буровой раствор следующего состава: КМОЭЦ - 0,8-1,2%, борная кислота или тетраборат натрия - 0,1-0,8%, запечная пыль, уловленная электрофильтрами цементообжигательных печей, - 16,8-37,5, вода - остальное.

Использование: бурение нефтяных и газовых скважин, в частности, составы для бурения и вскрытия продуктивных пластов. Сущность: в состав безглинистого бурового раствора вводят, мас. %: карбоксиметилоксиэтилированную целлюлозу (КМОЭЦ) 0,8-1,2;запечную пыль, уловленную электрофильтрами цементообжигательных печей, 16,8-37,2, борную кислоту или тетраборат натрия 0,1-0,8 и воду - остальное. Безглинистый буровой раствор имеет хорошие структурные свойства, высокую седиментационную устойчивость и низкие значения показателя фильтрации при повышенных температурах до 160°С. Низкие значения показателя фильтрации и высокая седиментационная устойчивость бурового раствора, отсутствие в его составе глины, отрицательно влияющей на продуктивность коллекторов, позволяет широко использовать его для вскрытия продуктивных пластов. 2 табл.

БЕЗГЛИНИСТЫЙ БУРОВОЙ РАСТВОР ДЛЯ ВСКРЫТИЯ ПРОДУКТИВНЫХ ПЛАСТОВ, содержащий карбоксиметилоксиэтилированную целлюлозу, запечную пыль, уловленную электрофильтрами цементообжигательных печей, воду, отличающийся тем, что дополнительно содержит борную кислоту или тетраборат натрия при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:
Карбоксиметилоксиэтилированная целлюлоза 0,8 - 1,2
Запечная пыль, уловленная электрофильтрами цементообжигательных печей 16,8 - 37,2
Борная кислота или тетраборат натрия 0,1 - 0,8
Вода Остальное