БУРОВОЙ РАСТВОР Российский патент 1997 года по МПК C09K7/02 

Изобретение относится к области бурения скважин, в частности к составам буровых растворов на водной основе для проводки горизонтальных скважин.

Многие проблемы бурения скважин с горизонтальными стволами связаны с правильным выбором типа бурового раствора и его свойств. В настоящее время наиболее подходящими буровыми растворами считают буровые растворы на нефтяной основе и обращенные нефтяные эмульсии. Однако жесткие требования охраны окружающей среды препятствуют их широкому распространению. Сложные проблемы, возникающие в стволе при горизонтальном бурении, могут быть минимизированы за счет правильного выбора буровых растворов на водной основе. При этом необходимо уделять внимание прежде всего очищающей и смазывающей способности бурового раствора, а также обеспечению максимальной защиты пород в продуктивной зоне. Экспериментальными исследованиями установлено, что для лучшей очищающей способности промывочная жидкость должна обладать псевдопластичными свойствами и иметь показатель нелинейности менее 0,65.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому буровому раствору является раствор, разработанный фирмой Kelco Oil Group на основе природного биополимера кванвис в концентрации 4,3 кг/м³. Однако следует отметить, что при всех преимуществах этот раствор имеет высокое значение показателя фильтрации (18 см³/30 мин).

При бурении в глинистых отложениях высокая фильтрация бурового раствора нежелательна, так как это способствует излишнему диспергированию разбуриваемых пород, ухудшает условия вскрытия пласта.

Задачей изобретения является создание бурового раствора для разбуривания горизонтальных стволов с низким показателем фильтрации, в то же время отвечающего другим требованиям, предъявляемым к таким растворам (высокая несущая способность, псевдопластичность менее 0,65, улучшенные смазывающие свойства). Решение задачи достигается тем, что буровой раствор, состоящий из воды, мела, структурообразователя, полимера (в качестве полимера содержит смесь полиэтиленоксида (ПЭО м.м. 3-3,6•10⁶ у.е.) и гидролизованного полиакрилонитрила "унифлок" (м.м. 3,5•10⁷), в качестве структурообразователя коротковолокнистый асбест камерного сорта марки К-6-30, смоченный эксолом при следующем соотношении компонентов, мас.

мел 9
асбест 1-1,5
эксол (смесь предельных и непредельных жирных изоспиртов) 0,5-1,0
ПЭО (м.м. 3-3,6•10⁶) 0,4-0,5
унифлок (м.м. 3,5•10⁷) 0,3-0,5
вода остальное.

Сопоставительный анализ с прототипом позволяет сделать вывод, что заявляемый буровой раствор отличается от известного тем, что содержит другие компоненты.

Таким образом, заявляемое техническое решение соответствует критерию "новизны".

В предлагаемом изобретении при смешении полиэтиленоксида и унифлока происходит межмолекулярное взаимодействие, вероятно за счет образования комплексной связи. Образуется новая фаза, о чем свидетельствует увеличение вязкости водного раствора смеси, в отличие от вязкости водных растворов индивидуальных полимеров.

Характеристическая вязкость 1%-ного раствора, дл/г:
"унифлок" 84
ПЭО 10
смеси (унифлок+ПЭО) 110 в соотношении 1:1
(вязкость замерена на вискозиметре конструкции Новосибирского филиала "Пластполимер").

При действии смеси полимеров наблюдается синергизм действия, так как введение ПЭО и унифлока раздельно в суммарном количестве не обеспечивает буровому раствору необходимых свойств (см. табл. поз. 6 и 7).

Смесь полимеров в заявляемом соотношении придает буровому раствору псевдопластичность (показатель нелинейности 0,38-0,41), эффективно снижает фильтрацию. Введение в систему асбеста марки К-6-30, модифицированного высшими изоспиртами (эксол) и смеси полимеров обеспечивает повышение вязкости бурового раствора и его взвешивающей способности также благодаря образованию поперечных связей между молекулами. Молекулы асбеста с адсорбированными изоспиртами являются связующими мостиками в макромолекулярном взаимодействии. Введение асбеста также способствует увеличению противоизносных характеристик бурового раствора.

Таким образом, заявляемый состав компонентов придает буровому раствору новые качества, что позволяет сделать вывод о соответствии изобретения критерию изобретательский уровень.

"Унифлок" порошкообразный акриловый полимер, производимый в ПО "Навоиазот" (производство "Катализатор") путем неполного гидролиза щелочью (NaOH) полиакрилонитрила при температуре 95-98^oC с последующей сушкой в распылительной сушилке до остаточной влажности 20-30% Унифлок имеет длинную линейную молекулу, приблизительную формулу звена которой можно записать следующим образом:
.

Полиэтиленоксид (ПЭО) полимер высокого молекулярного веса неионогенной природы со следующим строением полимерной молекулы
Молекулярная масса ПЭО 3-3,6•10⁶ у.е.

Эксол побочный продукт, который образуется в производстве 2-этилгексанола. Представляет собой смесь предельных и непредельных высших изоспиртов (C₁₂-C₁₆), содержит 70-80% 2,4-диэтилоктанола, температура начала кипения около 200^oC.

Асбест камерного сорта марки К-6-30 является гидросиликатом магния и его химсостав может быть представлен следующим образом: SiO₂ 35-42% MgO 35-38% Al₂O₃ 1-1,5% Fe₂O₃ до 5,5% CaO 1,3-2,1% SO₃ 0,2-0,25% По гранулометрическому составу асбест камерного сорта характеризуется содержанием продукта преимущественно крупностью менее 1,35 мм, в т.ч. менее 0,25 мм в количестве 13-25% с объемным весом от 220 до 320.

Для экспериментальной проверки заявляемого бурового раствора были приготовлены 7 составов (табл. 1).

На первом этапе готовилась малоасбестовая суспензия. Измельченный мел и асбест, смоченный эксолом в заданном соотношении диспергируются в воде при перемешивании на миксере "Воронеж" при 3000 об/мин в течение 1 ч. Полученная пульпа обрабатывается смесью полимеров. 4-5 частей ПЭО смешивается в отдельном сосуде с 3-5 частями унифлока при 20^oC и слабом перемешивании на магнитной мешалке в течение 30 мин. Смесь полимеров вводится в исходную суспензию в количестве 0,7-1% и перемешивается в миксере в течение 15-30 мин.

Замер технологических параметров получаемого бурового раствора производился на стандартных приборах: плотность пикнометром; условная вязкость СПВ-5; фильтрация ВМ-6; оптическое напряжение сдвига СНС-2; водородный показатель pH-метр 340; коэффициент трения ФСК-2 (Уфимский нефтяной институт); реологические показатели ФАНН-35А фирмы "Baroid"; износ машиной трения МТ-2 (Уфимский нефтяной институт).

Раствор прототипа приготовлен также в лаборатории технологии бурения скважин с использованием XC-Polymer (шотландская фирма BWMud Ltd) с целью технологических параметров в одних и тех же условиях и с использованием одного и того же оборудования. XC-Polymer является биополимером, аналогом ксанвис со всеми свойствами, характерными для этого класса соединений.

Заявляемый состав бурового раствора при оптимальном соотношении компонентов (поз. 2, 3 табл. 1) в сравнении с прототипом (поз. 1) имеет более низкое значение фильтрации в 2,3-2,7 раза, коэффициент трения (на 1/3), в тоже время реологические параметры этих растворов отвечают требованиям хорошей очищающей способности (показатель нелинейности 0,6, хотя и несколько уступает раствору прототипа). В растворе заявляемого состава при оптимальном соотношении компонентов отмечается снижение скорости износа стального образца в сравнении с раствором прототипа (табл. 2) до двух раз при всех прилагаемых нагрузках также наблюдается снижение коэффициента трения сталь-сталь на 25%
Использование предлагаемого бурового раствора позволит утилизировать отходы производства (асбест камерного сорта, эксол), повысить износостойкость бурового оборудования за счет снижения фильтрации раствора, уменьшить его диспергирующую способность и условия вскрытия пласта при бурении горизонтальных стволов, что в конечном итоге приводит к снижению аварийности и увеличению скорости проводки скважины.

Использование: бурение скважин, предназначено для приготовления буровых растворов. Сущность: буровой раствор для горизонтальных скважин содержит (мас. %): мел 9; коротковолокнистый асбест камерного сорта марки К-6-30 1,0-1,5; эксол - смесь предельных и непредельных жирных спиртов 1,0-1,5; полиэтиленоксид м. м. 3,0 - 3,6^x • 10⁶ 0,4-0,5; гидролизованный полиакрилонитрил "унифлок" м.м. 3,5 • 10⁷ 0,3-0,5; вода - остальное. 2 табл.

Буровой раствор для горизонтальных скважин, содержащий воду, мел, структурообразователь и полимер, отличающийся тем, что он в качестве полимера содержит полиэтиленоксид мол. м. 3,0 3,5 • 10⁶ и гидролизованный полиакрилонитрил "унифлок" мол. м. 3,5 • 10⁷, а в качестве структурообразователя коротковолокнистый асбест камерного сорта марки К-6-30, модифицированный эксолом смесью предельных и непредельных жирных спиртов при следующем соотношении исходных компонентов, мас.

Мел 9
Коротковолокнистый асбест камерного сорта марки К-6-30 1,0 1,5
Эксол смесь предельных и непредельных жирных спиртов 1,0 1,5
Полиэтиленоксид мол.м. 3,0 3,5 • 10⁶ 0,4 0,5
Гидролизованный полиакрилонитрил "унифлок" мол.м. 3,5 • 10⁷ - 0,3 0,5
Вода Остальное[