РЕАГЕНТ ДЛЯ ОБРАБОТКИ БУРОВЫХ РАСТВОРОВ Российский патент 1998 года по МПК C09K7/02 

Изобретение относится к области бурения скважин на нефть, газ и воду, в частности, к реагентам для обработки буровых растворов, применяемых для промывки скважин в условиях, осложненных осыпями и обвалами глин и аргилитов и поступлением в ствол скважины высокоминерализованных пластовых вод, при вскрытии продуктивных пластов различной проницаемости, а также при капитальном ремонте скважин в качестве жидкости для гидроразрыва пластов.

Известен крахмальный реагент для обработки буровых растворов, включающий, мас.%: крахмал 5-10; гидроксид натрия 1-2; вода - остальное [1].

Содержание крахмального реагента в буровом растворе составляет 1,5-2,5% (в пересчете на сухой крахмал).

Готовится реагент путем смешения крахмала с водой с последующим добавлением щелочи.

Буровые растворы, обработанные указанным известным реагентом, имеют высокую устойчивость к солевой агрессии, т.е. сохраняют низкие значения показателя фильтрации при воздействии солей калия, натрия, магния вплоть до насыщения.

В то же время, буровые растворы, образованные известным крахмальным реагентом, имеют низкую стабилизирующую способность при воздействии выбуренной породы, в частности, глинистого и карбонатного типа, так как после удаления выбуренной твердой фазы из такого бурового раствора показатель фильтрации увеличивается.

Кроме того, безглинистый буровой раствор, обработанный вышеуказанным крахмальным реагентом, не обеспечивает высокого качества вскрытия продуктивного пласта, так как крахмальный реагент не обладает высокой кольматирующей способностью в отношении проницаемых пород продуктивного пласта и не препятствует глубокому проникновению вглубь пласта бурового раствора, что впоследствии затрудняет освоение скважин.

Кроме того, буровой раствор, приготовленный на основе известного реагента, характеризуется низкой ингибирующей способностью.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению по технической сущности является реагент для обработки бурового раствора, включающий крахмал, щелочной сток производства капролактама, минеральную соль (хлорид магния, или калия, или натрия) и воду при следующем соотношении ингредиентов, мас.%: крахмал 4,5-8,4; щелочной сток производства капролактама 6,4-46,2; хлорид магния и/или калия и/или натрия 14-11; вода - остальное [2].

При приготовлении бурового раствора расход известного реагента составляет 2% от объема бурового раствора.

При обработке буровых растворов известным реагентом повышается устойчивость технологических параметров, а именно, показатель фильтрации, к воздействию выбранной породы.

Кроме того, известный реагент повышает ингибирующую способность бурового раствора по отношению к терригенным породам.

Однако известный реагент не обладает высокими стабилизирующими свойствами и используется только как улучшающая добавка к буровому раствору, уже обработанному другими химическими реагентами.

Кроме того, известный реагент не обеспечивает повышения кольматирующих свойств бурового раствора по отношению к высокопроницаемым породам.

Для приготовления известного реагента требуется повышенный расход реагентов, а именно: щелочной добавки и минеральной соли, а процесс приготовления требует значительных затрат времени.

Целью настоящего изобретения является придание буровому раствору технологически необходимых параметров без дополнительной обработки другими химреагентами и обеспечение стабильности его технологических свойств в условиях солевой агрессии и при воздействии вырубленной породы, при одновременном увеличении скорости образования кольматирующего слоя при бурении этим буровым раствором и сохранении ингибирующих свойств.

Дополнительной целью изобретения является повышение ферментативной устойчивости реагента.

Поставленная цель достигается тем, что известный реагент для обработки буровых растворов, содержащий крахмал, щелочную добавку, минеральную соль и воду, в качестве щелочной добавки содержит метасиликат натрия и гидроксид натрия, а в качестве минеральной соли - сульфат алюминия или алюмокалиевые квасцы при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:
Крахмал - 4-8
Метасиликат натрия - 0,5-6,0
Гидроокись натрия - 0,1-0,5
Сульфат алюминия или Алюмокалиевые квасцы - 0,3-1,5
Вода - остальное
Благодаря использованию в составе заявляемого реагента, содержащего крахмал, щелочной добавки - метасиликата натрия и гидроксида натрия, а в качестве минеральной соли - сульфата алюминия или алюмокалиевых квасцов, в предложенном количественном соотношении способность реагента, обеспечив сохранение регламентированных показателей бурового раствора во времени как при воздействии выбуренной породы, так и при поступлении высокоминерализованных вод, а также повысить кольматирующие свойства бурового раствора за счет ускорения создания кольматационного слоя в проницаемых пластах, уменьшения его проницаемости по воде и сохранения проницаемости по нефти после воздействия буровым раствором при одновременном сохранении ингибирующих свойств и сокращении затрат на его приготовление.

Это обусловлено, по-видимому, тем, что при гидролизе крахмала метоксиликатом натрия и гидроксидом натрия с последующим его модифицированием сульфатом алюминия или алюмокалиевыми квасцами образуется водный раствор устойчивого комплексного соединения, которое и обеспечивает получение буровых растворов с вышеуказанными свойствами.

Для получения заявляемого реагента в лабораторных условиях были использованы следующие вещества:
техническая вода с жесткостью не более 3 мг.экв/л;
крахмал экструзионный, ТУ 13-8-14-85; крахмал модифицированный, ТУ 18-РСФСР-91-72; крахмал производства Голландия;
гидроксид натрия, ТУ 6-01-204847-06-90;
метасиликат натрия, ТУ 6-18-161-82 - натриевая соль метасиликатной кислоты-мелкокристаллический порошок серого цвета, температура плавления 42-80^oC, хорошо растворимый в воде; стекло натриевое жидкое каустическое, ТУ 6-18-68-75;
сульфат алюминия, ГОСТ 3758-75;
алюмокалевые квасцы, ГОСТ 4329-77.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется следующим примером.

Пример. Для получения заявляемого реагента к 458,5 г технической воды добавляли 15 г метасиликата натрия и 1,5 г гидроксида натрия, при перемешивании вводили 20 г крахмала, через 30 мин перемешивания вводили 5 г сульфата алюминия, после перемешивания в течение 0,5-1,0 ч получали заявляемый реагент со следующим содержанием ингредиентов, мас.%: крахмал 4,0; метасиликат натрия 3,0; гидроксид натрия 0,3; сульфат алюминия 1,0; вода - остальное.

Аналогичным образом готовили и другие составы заявляемого реагента с различным соотношением ингредиентов.

Для приготовления бурового раствора расход заявляемого реагента составляет 10-40%. В качестве основы для приготовления безглинистого бурового раствора можно использовать или минерализованную пластовую воду, или водные растворы солей хлоридов калия, натрия, кальция или их смеси.

В качестве основы для приготовления глинистого бурового раствора можно использовать водную суспензию бентонитового или альметьевого глинопорошка.

В ходе лабораторных исследований определяли следующие свойства буровых растворов, обработанных заявляемым реагентом: плотность ( ρ , кг/м³), условную вязкость (УВ₁₀₀, с), показатель фильтрации (Ф, см³ за 30 мин.), пластическую вязкость (η , мПа с), динамическое напряжение сдвига (τ , дПа), статические напряжения сдвига (СНС_1/10, дПа).

Стабилизирующую способность реагента оценивали по получению бурового раствора с регламентированными показателями фильтрационных и реологических свойств без дополнительного ввода других хим. реагентов, а также по изменению показателей бурового раствора через 5 суток и после ввода и осаждения вырубленной породы.

Кольматирующую способность безглинистых буровых растворов и скорость образования кольматационного слоя определяли с использованием стеклянных пористых пластинок (воронки Шотта) с диаметром пор 40,0, 100 и 160 мкм по следующей методике. Воронку Шотта вставляли в колбу Буизена, соединенную с вакуум-насосом, наливали исследуемый буровой раствор, обработанный заявляемым реагентом, и определяли количество фильтрата, отфильтровавшееся через 5; 10; 30; 60 мин. По изменению объема фильтрата судили о скорости образования кольматационного слоя.

В ходе лабораторных исследований изучали эти же показатели у буровых растворов, обработанных известными по аналогу и прототипу реагентами.

Данные об ингредиентном составе и свойствах буровых растворов, обработанных заявляемым и известным по аналогу и прототипу реагентами, приведены в табл.1.

Данные о кольматирующих свойствах и скорости образования кольматационного слоя при фильтрации буровых растворов, обработанных известными по аналогу и прототипу и заявляемым реагентом, приведены в табл.2.

Данные, приведенные в табл.1-3, показывают, что буровые растворы, обработанные предлагаемым реагентом, имеют низкие значения показателя фильтрации (Ф= 1, 0-4,5 см³ за 30 мин); технологически необходимые структурно-механические и реологические показатели (СНС_1/10= 2-32/3-35 дПа; η = 3,5-40 мПа с; τ = 4,0-109 дПа) независимо от минерализации бурового раствора: при этом буровой раствор, обработанный заявляемым реагентом, обладает высокой устойчивостью технологических параметров при воздействии выбуренной породы, так как после осаждения твердой фазы показатели бурового раствора остаются без изменений; наряду с этим, буровые растворы сохраняют низкие значения показателя фильтрации в течение длительного времени, не менее 5 сут, независимо от минерализации бурового раствора и содержания твердой фазы, т.е. он устойчив во времени и к ферментивному разложению крахмала.

Кроме того, заявляемый реагент обеспечивает буровому раствору высокие кольматирующие свойства (через фильтры с размером пор 40 мкм отфильтровывается 2-6 см³ за 30 мин, через 100 мкм - 3,4-8,2 см³ за 30 мин; через 160 мкм - 7-11,2 см³ за 30 мин), при этом образование кольматационного слоя заканчивается, в основном, в первые минуты фильтрации (в течение первых 3 мин отфильтровывается 60-87% от общего объема фильтрата, отфильтровавшегося в течение часа).

Буровые растворы, обработанные заявляемым реагентом, имеют высокие ингибирующие свойства по отношению к глинистым породам за счет присутствия двух ингибиторов - солей алюминия и метасиликата натрия.

Высокое качество вскрытия продуктивного пласта при использовании безглинистого бурового раствора, обработанного предлагаемым реагентом, подтверждают данные, приведенные в табл. 4.

Данные, приведенные в табл. 4, показывают, что фактический дебит скважин, пробуренных с использованием буровых растворов, обработанных предлагаемым реагентом, в 4-10 раз выше, чем средний дебит по скважинам на месторождении, пробуренных традиционно применяемыми буровыми растворами.

Заявляемый реагент может быть также использован для приготовления составов, применяемых для гидравлического разрыва пласта.

В ходе лабораторных исследований провели оценку пескоудерживающей способности технологической жидкости на основе заявляемого реагента по следующей методике.

В лабораторный стакан наливали 300 мл жидкости-песконосителя, полученной на основе предлагаемого реагента, добавляли при перемешивании 150 г кварцевого песку марки ГС-ПК(ТУ-39-982-84) с размером зерен 1-2 мм, перемешивали и наливали три мерных цилиндра объемом по 100 мл, через 0,5; 3 и 8 ч замеряли плотность состава верхней и нижней половин мерного цилиндра. По изменению плотности состава во времени судили о его стабильности, т.е. о его пескоудерживающей способности.

Данные об изменении стабильности жидкости-песконосителя, полученной на основе заявляемого реагента, при 50%-ном содержании песка, приведены в табл. 5.

Данные, представленные в табл.5, показывают, что предлагаемый реагент обеспечивает получение жидкостей для ГРП, имеющих высокую пескоудерживающую способность на время проведения технологических операций по гидроразрыву (в течение 8 ч, стабильность равна 0-0,008).

Указанные технические преимущества буровых растворов, обработанных предлагаемым реагентом, при его использовании в производственных условиях позволят:
- снизить в 2,5-5 раз затраты времени и средств на приготовление и обработку буровых растворов за счет сокращения времени на приготовление реагента, ускорения получения бурового раствора с заданными технологическими свойствами без использования других химреагентов, высокой стабильности технологических свойств во времени при солевой агрессии и при воздействии выбуренной породы, а также за счет высоких кольматирующих свойств, в результате чего сокращается число дополнительных обработок бурового раствора для поддержания необходимых показателей свойств;
- повысить качество вскрытия продуктивных пластов и увеличить продуктивность нефтяных скважин в 2,9-10 раз за счет ускорения кольматации пород в призабойной зоне и предупреждения проникновения бурового раствора в пласт на большую глубину;
- предупредить осложнения и аварии, связанные с осыпями и обвалами в неустойчивых глинистых породах, за счет высоких ингибирующих свойств бурового раствора, а также повышенных кольматирующих свойств и высокой выносной способностью бурового раствора;
- повысить качество строительства наклонно-направленных скважин и скважин с горизонтальными стволами за счет высокой выносной и удерживающей способности бурового раствора, обработанного предлагаемым реагентом;
- обеспечить качественный процесс гидроразрыва пластов, обладая высокой пескоудерживающей способностью и низкой фильтрацией.

Цель: придание буровому раствору технологически необходимых параметров без дополнительной обработки другими химреагентами и обеспечение стабильности его технологических свойств в условиях солевой агрессии и при воздействии выбуренной породы при одновременном увеличении скорости образования кольматационного слоя при бурении этим буровым раствором и сохранении ингибируюших свойств. Реагент для обработки буровых растворов содержит, мас.%: крахмал 4 - 8; метасиликат натрия 0,5 - 6,0; гидроксид натрия 0,1 - 0,5, сульфат алюминия или алюмокалиевые квасцы 0,3 - 1,5 и вода остальное. 5 табл.

Реагент для обработки буровых растворов, содержащий крахмал, щелочную добавку, минеральную соль и воду, отличающийся тем, что в качестве щелочной добавки реагент содержит метасиликат натрия и гидроксид натрия, а в качестве минеральной соли - сульфат алюминия или алюмокалиевые квасцы при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:
Крахмал - 4 - 8
Метасиликат натрия - 0,5 - 6,0
Гидроксид натрия - 0,1 - 0,5
Сульфат алюминия или алюмокалиевые квасцы - 0,3 - 1,5
Вода - Остальное-