РЕАГЕНТ ДЛЯ ОБРАБОТКИ БУРОВЫХ РАСТВОРОВ Российский патент 1997 года по МПК C09K7/00 

Изобретение относится к области бурения нефтяных и газовых скважин, в частности к реагентам для обработки минерализованных буровых растворов.

При бурении скважин в сложных геологических условиях возникает необходимость регулирования фильтрационных свойств промывочной жидкости. Для придания промывочной жидкости требуемых значений фильтрации известны разнообразные реагенты-стабилизаторы. В практике строительства нефтяных и газовых скважин при разбуривании соленосных отложений широкое применение нашел крахмал. Крахмал применяется для обработки буровых растворов в виде водно-щелочного раствора 5-8%-ной концентрации при соотношении крахмал щелочь 10 2 10 4 (в расчете на сухое вещество) [1]
Однако количество данного реагента, выпускаемое промышленностью, не удовлетворяет нужды бурения. Кроме того, крахмал дорогостоящий реагент и относится к пищевым продуктам, использование которых необходимо исключить из процесса бурения.

Одним из доступных и дешевых источников приготовления реагентов-стабилизаторов минерализованных глинистых растворов являются промышленные отходы растительного происхождения, характеризующиеся значительным содержанием белковых веществ, несахароподобных полисахаридов, минеральных веществ и других ценных компонентов.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является дробино-щелочной реагент (ДЩР), содержащий отходы пивоварения пивную дробину, щелочь гидроокись натрия и воду при следующем соотношении компонентов, мас.

Пивная дробина 15 50
Гидроокись натрия 1 3
Вода Остальное [2]
Известный реагент обладает рядом серьезных недостатков:
невысокими ингибирующими свойствами, что ограничивает его применение в разрезе солей, чередующихся с высококоллоидальными хорошо гидратирующими глинами;
имеет высокую температуру замерзания (0^oC), что вызывает при использовании его в условиях низких отрицательных температур определенные технологические трудности.

Заявляемое изобретение решает задачу повышения качества минерализованных буровых растворов за счет снижения фильтрации и увеличения ингибирующей способности при одновременном улучшении технологичности в использовании реагента при отрицательных температурах.

Для решения указанной задачи реагент для обработки буровых растворов, включающий пивную дробину, регулятор щелочности и воду, дополнительно содержит хлорид натрия, а в качестве регулятора щелочности гидроокись калия при следующем соотношении компонентов, мас.

Пивная дробина 15 50
Гидроокись калия 1 3
Хлорид натрия 15 20
Вода Остальное
Новым в заявленном реагенте является то, что состав дополнительно содержит хлорид натрия, а в качестве регулятора щелочности содержит гидроокись калия при соотношении компонентов, мас.

Пивная дробина 15 50
Гидроокись калия 1 3
Хлорид натрия 15 20
Вода Остальное
Входящий в состав реагента компонент гидрооксиь калия используется для регулирования pH ингибирующих калиевых растворов, а также для приготовления щелочнорастворимых реагентов (УЩР, акриловых полимеров и др.) [1]
Используемый в реагенте хлорид натрия применяют для насыщения буровых растворов перед вскрытием соленосных отложений, для усиления структурно-механических свойств, а также как антиферментатор крахмала. С увеличением концентрации хлорида натрия в воде понижается температура замерзания его водных растворов.

Применение хлорида натрия при приготовлении реагента позволяет улучшить технологичность его использования в зимнее время за счет снижения температуры замерзания реагента до минус 16^oC.

Замена в составе реагента гидроокиси натрия на гидроокись калия придает обрабатываемому буровому раствору более высокие ингибирующие свойства. Ионы калия являются более активным ингибитором, чем ионы натрия и вследствие небольших размеров внедряются в кристаллическую решетку глинистых частиц и упрочняют ее. При этом снижаются осмотическая гидратация и гидрофильность, изменяются физико-химические свойства, что повышает прочность глинистых частиц.

Установлено, что использование в реагенте гидроокиси калия и хлорида натрия обеспечивают не только снижение фильтрации, но и более высокие ингибирующие свойства бурового раствора скорость и показатель набухания бентонита в фильтрате бурового раствора, стабилизированного данным реагентом в 1,3 1,45 раз меньше, чем в фильтрате раствора, стабилизированного известным реагентом. При этом температура замерзания предлагаемого реагента находится в пределах от минус 10^oC до минус 16^oC.

Для получения заявляемого реагента были использованы следующие реагенты:
пивная дробина отход производства пива, представляющая собой нерастворившиеся в воде затираемые зерноприпасы. Сырая дробина обладает густой консистенцией груборазмолотого зернового продукта;
гидроокись калия по ГОСТ 24363-80;
хлорид натрия по ГОСТ 4233-87;
техническая вода жесткостью 12 мг-экв/л.

В лабораторных условиях для приготовления заявляемого реагента использовали водяную баню. Для приготовления 100 г реагента в емкость, удобную для перемешивания, набирали 32 64 г воды, растворяли в ней 15 20 г хлорида натрия до плотности раствора 1,11 1,15 г/см³. В полученный раствор хлорида натрия вводили 1 3 г гидроокиси калия, перемешивая до полного растворения, после чего добавляли 15 50 г пивной дробины. Компоненты интенсивно перемешивали при нагревании до 70^oC в течение 3,5 5,0 ч.

Опытно-промышленную партию реагента получали в емкости с мешалкой и паровой рубашкой. Емкость на 1/3 объема заполняли водой, растворяли хлорид натрия до плотности раствора 1,11 1,15 г/см³, вводили 1 3% гидроокиси калия. Затем при интенсивном перемешивании добавляли расчетное количество пивной дробины и нагревали до 70^oC в течение 3,5 5 ч до получения однородной массы, после чего реагент готов к применению.

Полученный реагент-стабилизатор представляет собой пастообразный продукт темно-коричневого цвета, хорошо растворимый в воде.

Реагент вводится в циркулирующий через скважину раствор в течение 2 3-х циклов или в гидромешалку при приготовлении глинистого раствора.

В табл.1 приведен качественный и количественный состав реагентов для обработки буровых растворов.

Для определения температуры замерзания реагентов готовятся охлаждающие смеси. Наиболее распространенным и доступным рецептом изготовления охлаждающей смеси является смесь снега или толченого льда с поваренной солью [4] Смесь из 3 частей снега или толченого льда с 1 частью поваренной соли дает температуру 21^oC. Изменяя соотношения соли и льда, можно регулировать температуру. Результаты испытаний отражены в табл.1.

Для исследования эффективности стабилизирующего действия заявляемого реагента были приготовлены минерализованные растворы из различных типов глин, следующего состава, мас.

1. Бентонит 10
Na₂CO₃ 0,5
NaCl 20
Вода Остальное
2. Палыгорскит 15
Nа₂CO₃ 0,5
NaCl 20
Вода Остальное
3. Местная карьерная глина 20
Na₂CO₃ 0,5
NaCl 20
Вода Остальное
Для измерения технологических показателей, приготовленных растворов плотности p, условной вязкости УВ, статического напряжения сдвига СНС, водоотдачи В, пластической вязкости η, динамического напряжения сдвига t, и pH были использованы стандартные приборы и методики в соответствии с РД 39-2-45-82.

Результаты исследований отражены в табл.2.

После замера исходных показателей растворы делят на серию равных частей. Одну часть растворов обрабатывают известным реагентом, другую заявленным. Обработанные растворы перемешивают в течение 1 ч на мешалке при скорости 600 об/мин.

По сравнению показателей бурового глинистого раствора судят о качестве нового реагента.

Ингибирующие свойства известного и заявляемого реагентов оцениваются по влиянию фильтратов буровых растворов, обработанных данными реагентами на набухание бетонита и по степени диспергируемости глинистой фазы.

Набухание бетонита в фильтрате раствора измеряли на приборе конструкции Жигача-Ярова [3] Через 24 ч определяли показатель набухания K₂ см³/г и среднюю за весь процесс скорость набухания W_ср•10³, см³/г•ч.

Показатель набухания K₂ показывает, какое количество жидкости набухания (в см³) связывает 1 г глинистых минералов или глинистых пород и рассчитывается по формуле:

где V_ж объем жидкости набухания, см³;
m вес пробы, г.

Пример. Навеску бентонита в количестве 10 г в цилиндре прибора конструкции Жигача-Ярова помещают в фильтрат исследуемого бурового раствора, предварительно замерив денсиметром его плотность (плотность фильтрата данного раствора 1,1 г/см³) и выдерживают в течение 24 ч. По истечении указанного времени определяют вес бентонита после набухания. Вес бентонита после 24 ч набухания 14,62 г. Количество жидкости набухания в пробе составляет 14,62 г 10 г 4,62 г.

Объем жидкости набухания:

тогда,

(опыт 14 таблица 2).

Аналогичным образом определяли показатель набухания для остальных составов буровых растворов.

В табл. 2 приведены данные о влиянии на показатели глинистых растворов известного реагента (опыты 1 12), для удобства анализа известный реагент взят в равных количествах с предлагаемым; предлагаемого реагента (опыты 13 - 21), а также сравнительного реагента (опыты 22 35).

В реагенте Р-1, Р-2 и т.д. цифровой индекс обозначает номер реагента в табл.1.

В лабораторных условиях обработку известным и заявленным реагентами осуществляли следующим образом.

Пример 1. В емкость, удобную для перемешивания, набирали 500 г приготовленного минерализованного раствора на основе бентонита и вводили 66 г реагента Р4, что составляет 2% на основное вещество (табл.1), перемешивали в течение 1 ч на лабораторной мешалке (опыт 13, табл.2).

Пример 2. Набирали 500 г минерализованного глинистого раствора на основе палыгорскита, вводили 20 г реагента Р6, что составляет 2% на основное вещество (табл. 1), перемешивали в течение 1 ч на лабораторной мешалке (опыт 18, табл.2).

Аналогично осуществляли обработку растворов в остальных опытах, которые представлены в табл.2. Результаты испытаний показывают, что реагент, содержащий в своем составе, мас.

Пивная дробина 15 20
Гидроокись калия 1 3
Хлорид натрия 15 20
Вода Остальное
превосходит известное техническое решение.

При одинаковых добавках известного и заявляемого реагентов минерализованные растворы, обработанные предлагаемым реагентом, имеют меньшие значения фильтрации и более высокие ингибирующие свойства. Скорость набухания бентонита в фильтрате раствора, обработанного заявляемым реагентом 16,2 18,7 см³/г•ч, показатель набухания 0,39 0,449 см³/г (опыты 13 - 21, табл.2), скорость набухания в фильтрате раствора, стабилизированного известным реагентом 21 26 см³/г•ч, показатель набухания 0,504 - 0,625 см³/г (опыты 1 12, табл.2).

Степень диспергируемости глинистой фазы определяли по изменению условной вязкости и статического напряжения сдвига бурового раствора, обработанного известным и заявляемым реагентом, после контакта с 20% глинистого шлама в течение 1 ч и 24 ч, результаты отражены в табл.3.

Приведенные в табл.3 данные показывают, что введение к объему раствора 20% -ного глинистого шлама независимо от времени перемешивания не вызывает значительного роста условной вязкости и статического напряжения сдвига (опыты 13 21), что свидетельствует о резком уменьшении диспергирования глинистого шлама по сравнению с раствором, стабилизированным известным реагентом (опыты 2 12, табл.3).

Предлагаемый реагент, так же как известный, совместим с глинами различных минералогических групп (опыты 13 21, табл.2).

Опытами 22 35, табл.2 обоснованы верхние и нижние границы концентраций ингредиентов заявляемого реагента.

Содержания гидроокиси калия ниже 1% недостаточно для полного гидролиза пивной дробины, что приводит к потере стабилизирующих свойств реагента (опыты 22, 26, 30, табл.2).

Увеличение гидроокиси калия более 3% экономически нецелесообразно, так как приводит к увеличению водоотдачи и ослаблению эффективности реагента-стабилизатора (опыты 25, 29, 33, табл.2).

Содержание пивной дробины ниже заявляемого предела вызывает рост фильтрации бурового раствора и снижение его ингибирующих свойств (опыты 23, 27, 31, табл.2).

Содержание пивной дробины более 50% существенных улучшений качества реагента не вызывает (опыт 9, табл.1; опыты 24, 28, 32, табл. 2).

Использование при приготовлении реагента хлорида натрия ниже заявляемого предела вызывает рост температуры замерзания (опыт 12, табл.1), выше заявляемого предела экономически нецелесообразно, так как значительных улучшений качества реагента и обрабатываемого раствора не вызывает (опыт 11, табл.1, опыт 34, табл.2).

Указанные значения ингредиентов заявляемого реагента являются граничными, так как их изменение в большую или меньшую стороны не позволяют достичь поставленной задачи изобретения.

Заявляемый реагент для обработки буровых растворов по сравнению с известным (по прототипу) имеет следующие преимущества:
исключаются дополнительные затраты труда и времени, связанные с обработкой буровых растворов в зимнее время года;
более высокие ингибирующие свойства позволяют использовать растворы, стабилизированные данным реагентом, при бурении терригенных отложений.

Производство заявляемого реагента позволит расширить ассортимент недостающих реагентов-стабилизаторов минерализованных буровых растворов.

Внедрение данного реагента для обработки буровых растворов будет способствовать значительному повышению технико-экономических показателей бурения за счет повышения ингибирующей способности раствора и улучшения его фильтрационных показателей.

На базе заявляемого реагента возможна разработка рецептур безглинистых растворов для вскрытия продуктивных горизонтов.

Использование: бурение нефтяных и газовых скважин. Сущность: реагент для обработки буровых растворов содержит мас.%: пивную дробину 15-50, гидроокись калия 1-3; хлорид натрия 15-20 и вода - остальное. 3 табл.

Реагент для обработки буровых растворов, включающий пивную дробину, регулятор щелочности в воду, отличающийся тем, что он дополнительно содержит хлорид натрия, а в качестве регулятора щелочности гидроокись калия при следующем соотношении компонентов, мас.

Пивная дробина 15 50
Гидроокись калия 1 3
Хлорид натрия 15 20
Вода Остальноем