БУРОВОЙ РАСТВОР Российский патент 1995 года по МПК C09K7/02 

Изобретение относится к бурению нефтяных и газовых скважин, в частности к буровым растворам, применяемым для промывки бурящихся скважин.

Известно, что реагенты на основе крахмала используются для стабилизации буровых растворов в условиях полиминеральной агрессии при температурах не более 120^оС [1] Однако несмотря на увеличение объемов бурения в солях, применение крахмала сдерживается из-за ограниченных поставок пищевого сырья для технических целей, а также из-за ферментативной неустойчивости крахмала. Поэтому актуальным является вопрос о замене крахмала более стабильными синтетическими полимерными реагентами, устойчивыми к действию полиминеральной агрессии и высокой температуры.

Известен буровой раствор, содержащий глину, воду, карбоксиметилцеллюлозу (КМЦ), неорганическую соль и добавку второго полимера полиакриламида [2] В указанном авторском свидетельстве отсутствуют сведения о термо- и солеустойчивости бурового раствора, однако исходя из химического строения используемых полимеров можно заключить, что буровые растворы на их основе неустойчивы в условиях полиминеральной агрессии, так как карбоксилсодержащие полимеры образуют с ионами Са²⁺ и Mg²⁺ нерастворимые соли и теряют свои стабилизирующие свойства по отношению к глинистой дисперсии. Так, например, малоглинистый буровой раствор, стабилизированный КМЦ, сохраняет допустимую фильтрацию при максимальной концентрации СаСl₂, не превышающей 0,6-1,0 мас. [3]
Наиболее близким к предлагаемому является буровой раствор, содержащий глину, КМЦ, минеральную соль щелочного металла, воду и добавку полидиметилдиаллиламмонийхлорида в следующем соотношении, мас. Глина 2,0-3,0 КМЦ 1,5-2,0 Минеральная соль щелочного металла 2,0-27,0 Полидиметилдиалли- ламмонийхлорид 0,6-1,5 Вода Остальное
Недостатком данного бурового раствора является его ограниченная термоустойчивость (до 120^оС) при полиминеральной агрессии.

Целью изобретения является улучшение качества раствора за счет повышения его термоустойчивости до 140-180^оС в условиях полиминеральной агрессии.

Цель достигается тем, что в буровой раствор, включающий КМЦ, бентонит, воду и добавку, в качестве добавки вносят сополимер акриламида (АА) с винилсульфонатом (ВС) или 2-акриламидо-2-метилпропан-3-сульфоната (АМПС) натрия, состоящий из 99,6-70 мол. АА и 0,4-30 мол. ВС или АМПС, при этом компоненты входят в буровой раствор при следующем соотношении, мас. Бентонит 2-8 КМЦ 1,5-2,5 Сополимер 0,15-0,75 Вода Остальное
Положительный эффект, критерием которого служит сохранение значения показателя фильтрации (В₃₀) бурового раствора не менее 15 см³/30 мин после термообработки в условиях жесткой полиминеральной агрессии (25 мас. NaCl, 7 мас. СаСl₂) (табл.1), обеспечивается макромолекулярной реакцией между КМЦ и сульфосодержащими сополимерами при данной концентрации реагентов и образованием в растворе интерполимерного комплекса, стабилизированного системой водородных связей.

Устойчивость интерполимерного комплекса к действию полиминеральных солей обеспечивается присутствием в одном из его компонентов (сополимере) сульфогрупп в количестве 0,4-30 мол. и высокой молекулярной массой последнего.

Получение водорастворимых высокомолекулярных статистических сополимеров становится возможным, если полимеризация АА с ВС или АМПС проводится в водном растворе при значениях рН реакционной среды не менее 11,0, причем значение рН устанавливается добавлением водного раствора гидроксида натрия при общей концентрации сомономеров 3,5-4,0 моль/л (табл.2).

Сопоставительный анализ с прототипом и известными техническими решениями позволяет сделать вывод, что заявляемый буровой раствор отличается от известного введением новых компонентов, а именно: сополимера АА с ВС или сополимера АА с АМПС. Таким образом, заявленное техническое решение отвечает критерию "Новизна". Причем данный состав компонентов обеспечивает буровой раствор новыми свойствами, что позволяет сделать вывод о соответствии заявленного решения критерию "Изобретательский уровень".

Для экспериментальной проверки заявленного бурового раствора было приготовлено 17 буровых растворов, 4 из которых показали оптимальные результаты (табл. 1). В качестве полимерной добавки к буровому раствору использовали сополимеры АА с ВС или АМПС.

18 г бентонита (ТУ 39-043-74) перемешивают в 183,5 мл воды в течение 3-4 ч, вносят 12 г КМЦ-500 (ОСТ 6-05-386-80) и продолжают перемешивание до полного растворения полимера (3-4 ч), приливают постепенно при перемешивании 300 мл раствора сополимера, в котором содержится 3 г сополимера. Перемешивание продолжается 1-2 ч. Далее в буровой раствор при перемешивании вносят сухие соли NaCl (200 г) и CaCl₂ (45 г) и продолжают перемешивание в течение 1-2 ч до полного растворения солей. Буровой раствор подвергают анализу: измеряют показатель фильтрации (В₃₀), условную вязкость (Т₁₀₀) и статистическое напряжение сдвига (табл.1, графа до термообработки).

После анализа буровой раствор помещают в герметичные сосуды из нержавеющей стали, которые затем нагревают до заданной температуры (140-180^оС) со скоростью 7^оС/мин, выдерживают при этой температуре 3-6 ч и после этого оставляют на сутки охлаждаться до комнатной температуры и снова исследуют показатели бурового раствора (табл.1, графа после термообработки).

Из приведенных в табл.1 данных видно, что предлагаемый буровой раствор стабилен к действию полиминеральной агрессии и температуры, так как имеет удовлетворительные показатели водоотдачи в условиях одновременного воздействия полиминеральной агрессии и температуры (140-180^оС).

В табл.2 представлены условия получения 15 образцов полимерной добавки к буровым растворам, 9 из этих образцов обладают высокой молекулярной массой ([η] не менее 6,0 дл/г) и полностью растворимы в воде.

П р и м е р 1. К раствору, состоящему из 0,54 г винилсульфокислоты, 1,96 г водного 3,47 н раствора NaOH и 16,66 г бидистиллированной воды, добавляют 6,75 г АА и 0,5 г водного 0,002%-ного раствора персульфата калия. Смесь перемешивают до полного растворения АА. Значение рН реакционного раствора равно 11,0. Приготовленную смесь переливают в стеклянные ампулы и освобождают от воздуха многократным замораживанием и оттаиванием в вакууме. Ампулы запаивают и помещают в термостат. После 2,0 ч полимеризации при 35^оС сополимер выделяют и сушат в вакууме при комнатной температуре до постоянной массы.

Из данных, представленных в табл.2, видно, что предлагаемый способ проведения полимеризации в щелочной среде (при рН не менее 11) позволяет получать водорастворимые, высокомолекулярные сульфосодержащие сополимеры на основе АА, в то время как осуществление процесса в менее щелочной среде приводит к получению частично сшитых продуктов, не растворяющихся полностью в воде.

Данные табл. 1 показывают, что сополимеры, полученные по предлагаемому методу, улучшают качество бурового раствора, о чем свидетельствуют удовлетворительные показатели водоотдачи в условиях одновременного воздействия полиминеральной агрессии и высокой температуры (до 180^оС).

Использование: бурение нефтяных и газовых скважин, для приготовления буровых растворов с малым содержанием твердой фазы. Сущность: буровой раствор содержит глину, карбоксиметилцеллюлозу, полимерный флокулянт и воду. В качестве полимерного флокулянта используют сополимер акриламида и винилсульфоната натрия или сополимер акриламида и 2-акриламидо-2-метилпропан-3-сульфоната натрия с характеристической вязкостью не менее 6,2 дл/г. Сополимер содержит 70 99,6 мол. акриламида и 0,4 30 мол. винилсульфоната или 2-акриламидо-2-метилпропан-3-сульфоната натрия. Сополимер получают полимеризацией в водном щелочном растворе при рН менее 11,0 в присутствии пероксидных инициаторов и при нагревании при общей концентрации сомономеров от 3,5 до 4,0 моль/л. Сополимер используют в количестве от 0,15 до 0,75% от массы бурового раствора. 2 табл.

БУРОВОЙ РАСТВОР, включающий глину, карбоксиметилцеллюлозу, полимерную добавку и воду, отличающийся тем, что в качестве полимерной добавки он содержит сополимер акриламида и винилсульфоната натрия или сополимер акриламида и 2-акриламидо-2-метилпропан-3-сульфоната натрия, содержащий 70 - 99,6 мол. акриламида и 0,4 30 мол. винилсульфоната натрия или 2-акриламидо-2-метилпропан-3-сульфоната натрия, полученный полимеризацией в водно-щелочном растворе при pH не менее 11,0 в присутствии пероксидных инициаторов и при нагревании при общей концентрации сополимеров 3,5 4,0 моль/л, при этом характеристическая вязкость полимерной добавки не менее 6,2 дл/г при следующем соотношении ингредиентов, мас.

Глина 2 8
Карбоксиметилцеллюлоза 1,5 2,5
Сополимер акриламида и винилсульфоната натрия или сополимер акриламида и 2-акриламидо-2-метилпропан-3-сульфоната натрия 0,15 0,75
Вода Остальное