СПОСОБ ОБРАБОТКИ БУРОВОГО РАСТВОРА Российский патент 2000 года по МПК C09K7/00 

Изобретение относится к нефтяной промышленности и может быть использовано для повышения эффективности защиты химических реагентов, применяемых при бурении нефтяных и газовых скважин, от микробиологической деструкции и стабилизации параметров бурового раствора во времени.

Известно, что почти все природные органические вещества и большинство искусственно синтезированных соединений, не имеющих аналогов в природе, подвергаются разложению микроорганизмами. Исключением являются лишь некоторые низкомолекулярные вещества (ядохимикаты, детергенты) и синтетические высокомолекулярные полимеры, обладающие достаточно высокой устойчивостью к микробному разложению.

О масштабах биоповреждений, которым подвержены практически все изделия, сооружения и материалы, можно судить по величине причиняемого ими экономического ущерба: ежегодные потери от биоповреждений в США составляют около 1,5 миллиардов долларов, в Японии - до нескольких миллиардов иен, в Англии - около 10 миллионе фунтов стерлингов.

Экономический ущерб, вызываемый биодеструкцией органических компонентов бурового раствора, выражается в повышенном расходе материалов и химических реагентов (в т.ч. дорогостоящих импортных), увеличении непроизводительного времени вследствие возникновения осложнений и аварийных ситуаций (прихвата бурильного инструмента) и резком удорожании стоимости буровых работ.

Кроме того, активное размножение микроорганизмов и накопление их биомассы, особенно мицелия микроскопических грибов, отрицательно влияет на проницаемость продуктивных пластов, снижая ее по данным некоторых авторов до 12%, что приводит к ухудшению фильтрационных характеристик пород и резкому снижению нефтеотдачи пластов.

Известен способ увеличения нефтеотдачи пластов при эаводнении, в котором в качестве добавок к закачиваемой в пласт воде используют хлористый (2,3 эпокси-1-пропен) гексаметилен-тетраамин (авт. свид. СССР, N 1674563, E 21 B 43/22, 1989). Недостатком известного технического решения является узкий спектр бактерицидного действия - не подавляет развития микроскопических грибов, являющихся одним из основных агентов биоповреждения промышленных изделий и материалов.

Известно техническое решение, в котором в качестве ингибитора микробиологического разложения используется смесь хлорированных оксидифенилов с органическими растворителями (патент США N 3018242, кл. 252-8.5,1959). Недостатком известного технического решения является низкая технологичность, обусловленная многоступенчатой обработкой труднорастворимыми компонентами ингибитора, и слабая бактерицидная активность в отношении микроскопических грибов.

Наиболее близким аналогом является способ обработки бурового раствора путем введения химического реагента - ингибитора микробиологического разложения - 1,2-ди(бензилоамино)-пропан в массовых долях 0,5-1,0% (авторское свидетельство СССР N 911860, C 09 K 7/02, 07.11.1982).

Недостатками известного технического решения являются:
- низкая бактерицидная активность в отношении микроскопических грибов, обусловливающая резкое увеличение численности микроскопических грибов через три недели после обработки бурового раствора;
- высокая концентрация бактерицидной добавки для подавления роста микроорганизмов, в 3-5 раз превышающая концентрацию заявляемого бактерицидного реагента.

Задачей изобретения является повышение эффективности защиты химических реагентов, применяемых в бурении, от микробиологической деструкции и стабилизации технологических параметров бурового раствора во времени.

Поставленная задача решается тем, что в способе обработки бурового раствора путем введения химического реагента в буровой раствор вводят продукт взаимодействия отходов производства эпихлоргидрина и гексаметилентетраамина в концентрации 0,1-0,3 мас.%.

Отходы производства эпихлоргидрина образуются при промышленном получении синтетического глицерина. Компоненты отходов образуются на стадиях гипохлорирования хлористого аллила, омыления дихлоргидрина глицерина в эпихлоргидрин и выделяются при ректификации эпихлоргидрина - сырца перед подачей очищенного эпихлоргидрина на стадию гидролиза его в глицерин.

Отходы производства эпихлоргидрина образуются дистиллятом колонны ректификации эпихлоргидрина и имеют примерный состав:
2,3-эпокси-1-хлорпропан - 2,2%
Хлористый аллил - 28,6%
1,3- (и 2,3) дихлорпропены - 36,0
Насыщенные хлоруглеводороды - 32,7%
Состав продукта взаимодействия отходов производства эпихлоргидрина и гексаметилентетраамина - реагента ОПЭГ представляет собой смесь: хлористого N-(2,З-эпоксипропил)гексаметилентетраамина формулы
хлористого N-аллилгексаметилентетраамина формулы
[(CH₂)₆N₄-CH₂-CH= CH₂]⁺Cl^-;
хлористого N-(3-хлор-2-пропенил) гесаметилентетраамина формулы
[(CH₂)₆N₄-CH₂-CH= CHCl]⁺Cl^-
хлористого N-(2-хлор-2-пропенил) гексаметилентетраамина формулы
[(CH₂)₆N₄-CH₂-CCl= CH₂]⁺Cl^-
Кроме того, в составе продуктов взаимодействия присутствуют не прореагировавшие насыщенные хлоруглеводороды.

Экспериментально было выявлено новое свойство реагента ОПЭГ - подавлять жизнедеятельность бактерий и микроскопических грибов (бактерицидная и фунгицидная активность), а также улучшать стабильность бурового раствора во времени.

Примеры конкретного использования реагента ОПЭГ.

Примеры 1-33
Эффективность предлагаемого нами способа оценивали в лабораторных условиях по способности реагента ОПЭГ подавлять рост бактерий и микроскопических грибов.

В качестве тест-культур были использованы музейные культуры бактерий Pseudomonas BKM B-861, Mycobacterium flavum BKM B-866, Bacillus Subtilis BKM B-301; в качестве тест-культур микроскопических грибов были использованы представители родов Penicilliun и Aspergillus, выделенные из технических сред и идентифицированные как Penicillium cladosporium и Aspergillus niger.

Из испытуемого реагента готовили стерильные водные растворы в концентрации 0,05-0,5% и разливали в стандартные стерильные пробирки из расчета 5,0 мл в каждую. В пробирки добавляли по 0,5 мл суспензии тест-культур микроорганизмов и инкубировали 18 часов при комнатной температуре. Контролем служили пробы без добавления реагента ОПЭГ. По истечении срока инкубации с целью выявления бактерицидного эффекта содержимое каждой пробирки стерильной пипеткой пересевали в отдельную пробирку с 5 мл стерильного мясопептонного бульона. После инкубирования в течение 24 часов, трех и пяти недель в термостате при 26-30^oC оценивали рост микроорганизмов. О наличии бактерицидных свойств у испытуемого реагента судили по подавлению роста и развития микроорганизмов и отсутствию изменения питательных сред, которые оставались светлыми и прозрачными (стерильными) на протяжении всего срока наблюдения, в то время как в контрольных пробах без добавления реагента ОПЭГ отмечался интенсивный рост микроорганизмов, сопровождающийся изменением среды (помутнением и газообразованием).

Для необходимой воспроизводимости результатов опыты ставили в пяти повторностях. Эффективной считали ту дозу испытуемого реагента, которая вызывала 100-процентное подавление роста тест-культур.

Из таблицы 1, в которой представлены сравнительные результаты испытания биоцидных свойств реагента ОПЭГ и известного вещества, видно, что в концентрации 0,10-0,30% реагент ОПЭГ эффективно подавляет развитие как бактерий, так и микроскопических грибов - наиболее активных деструкторов органических компонентов бурового раствора - карбоксиметилцеллюлозы, крахмала, биополимера и др.

При концентрации ОПЭГ, меньшей нижнего предела 0,05% (пример 2), отмечался рост численности микроорганизмов, а при концентрации выше верхнего предела - 0,5% (пример 6), хотя и отмечается уменьшение численности микроорганизмов, имеет место перерасход бактерицида и, следовательно, увеличение затрат на химическую обработку раствора. В связи с этим оптимальной концентрацией бактерицида - продукта взаимодействия отходов производства эпихлоргидрина и гексаметилентетраамина - в буровом растворе является 0,1-0,3 мас. %.

Бактерицидные свойства заявляемого бактерицида ОПЭГ сохраняются в течение трех- и пятинедельной выдержки растворов (примеры 8-10 и 12-14), т.е. за этот период роста численности бактерий и микроскопических грибов не наблюдается.

Применение 1,2-ди(бензоламино)пропана (прототип) в массовых долях 0,75% способствует подавлению численности микроскопических грибов через 24 часа после обработки (пример 7). Однако через три недели в растворах, обработанных 1,2-ди(бензоламино)пропаном, наблюдается рост численности микроорганизмов (пример 11), который усиливается при пятинедельной выдержке растворов (пример 15), т.е. раствор теряет бактерицидные свойства.

В примерах 16-33 показано влияние заявляемого бактерицида ОПЭГ в сравнении с прототипом на развитие тест-культур микроорганизмов и показатели фильтрации и вязкости бурового раствора, стабилизированного карбоксиметилцеллюлозой (КМЦ) (примеры 16-21, таблица 2), крахмалом (примеры 22-27, таблица 3) и биополимером Кем-Х (примеры 28-33, таблица 4), через 24 часа, три и пять недель после обработки бактерицидом.

Из анализа приведенных данных видно, что добавки бактерицида ОПЭГ в заявляемых пределах 0,1-0,3 мас.% обеспечивают полное подавление численности бактерий и микроскопических грибов в буровых растворах, стабилизированных КМЦ, крахмалом и биополимером Кем-Х до 5 недель после обработки. Это в свою очередь способствует стабильности за этот же период времени фильтрационных и вязкостных свойств бурового раствора.

У растворов, обработанных известным бактерицидом (прототип), уже через три недели отмечается рост микроорганизмов, сопровождающийся биологической деструкцией органических реагентов (КМЦ, крахмала, биополимера) и связанной с этим потерей стабильности бурового раствора: резко возрастает показатель фильтрации и снижаются вязкостные свойства.

Пример 34.

Эффективность предлагаемого способа оценивали путем обработки в промысловых условиях бурового раствора продуктом взаимодействия отходов производства эпихлоргидрина и гексаметилентетраамина при бурении сверхглубокой скважины N 1 Леузинской площади (проектная глубина 4500 м). В таблице. 5 приведены динамика численности микроорганизмов в буровом растворе скважины N 1 - Леузинская и сведения об обработках реагентами и параметрах бурового раствора в зависимости от глубины скважины.

Для улучшения реологических параметров, в частности для придания буровому раствору псевдопластичных свойств, при глубине 942 м была проведена обработка раствора биополимером Кем-Х в концентрации 0,042%, что составило 90 кг биополимера. Однако спустя 4-5 суток после обработки появился специфический гнилостный запах, свидетельствующий о микробном разложении биополимера. Биоразложению подверглась также входящая в состав бурового раствора высокоочищенная КМЦ марки SL и RX, на что указывало возрастание показателя фильтрации до 7-9 см³, а в последующем до 10-14 см³. Для снижения показателя фильтрации в интервале 1000-1230 м было израсходовано реагентов-стабилизаторов КМЦ марки SL - 3250 кг, марки РХ - 405 кг, крахмала - 490 кг, что составило в целом 1,97%. Это почти в 4 раза превышает норму добавки реагентов-стабилизаторов (0,5%), заложенную в Техническом проекте на строительство скважины N 1 - Леузинская (в вышеупомянутом интервале). При этом обработка крахмалом положительного результата не дала, напротив, лишь способствовала усилению процессов микробной деструкции реагентов, поскольку крахмал является легкодоступным источником питания для большинства видов микроорганизмов. Поэтому даже при таком чрезмерном расходе карбоксиметилцеллюлозы и крахмала показатель фильтрации не только не снизился, но имел тенденцию к возрастанию и при глубине 1230 м достиг 14,5 см³, что вызвало угрозу осложнения. Проведенные микробиологические анализы бурового раствора выявили высокую численность микроорганизмов (бактерий и микроскопических грибов), суммарный показатель которой составил почти 300 • 10⁶ клеток в 1 мл раствора.

Для ингибирования микрофлоры в качестве бактерицидной добавки в буровой раствор при глубине 1233 м был введен продукт взаимодействия отходов производства эпихлоргидрина и гексаметилентетраамина в концентрации 0,24% (500 кг бактерицида на объем бурового раствора 210 м³). Введение бактерицида обеспечило полное подавление роста микроорганизмов. При этом, как показывают данные таблицы 5, даже через четыре недели после введения бактерицида ОПЭГ численность микроорганизмов в буровом растворе была равна нулю.

Обработка ОПЭГ в концентрации 0,24 мас.% способствовала тому, что в буровом растворе восстановилась восприимчивость к химической обработке. Это подтверждается тем, что после ввода бактерицида меньшими добавками химических реагентов (КМЦ) возможно было поддерживать показатель фильтрации на уровне 6,5 см³ и ниже. Эти же факты свидетельствуют о полной совместимости заявляемого бактерицида ОПЭГ с реагентами-стабилизаторами, применяемыми для обработки буровых растворов.

Таким образом, результаты проведенных лабораторных и промысловых испытаний показали высокую эффективность продукта взаимодействия отходов производства эпихлоргидрина и гексаметилентетраамина в качестве ингибитора микробиологической деструкции реагентов-стабилизаторов, применяемых для обработки буровых растворов.

Введение в состав буровых растворов, содержащих в качестве реагентов-стабилизаторов биополимер, крахмал, карбоксиметилцеллюлозу и их модифицированные аналоги, не устойчивые к воздействию микроорганизмов, реагента ОПЭГ обеспечивает полное подавление микрофлоры буровых растворов (бактерий и микроскопических грибов) и предотвращает микробиологическое разложение вышеуказанных реагентов-стабилизаторов. После введения бактерицидного реагента в буровой раствор сокращается расход дорогостоящих высокомолекулярных реагентов-стабилизаторов и устраняется опасность внесения микроорганизмов вместе с буровым раствором в продуктивные пласты.

Введение в буровой раствор реагента ОПЭГ способствует значительному улучшению таких показателей качества бурового раствора, как показатель фильтрации (Ф) и показателей структурно-реологических свойств - условной вязкости (УВ), пластической вязкости (η_пл) и динамического напряжения сдвига (τ_o), имеющих особо важное значение при бурении глубоких и сверхглубоких скважин, доля которых все более возрастает в практике поисково-разведочных работ.

Таким образом, введение в состав бурового раствора реагента ОПЭГ, обладающего бактерицидными свойствами, имеет следующие технико-экономические преимущества:
- высокая бактерицидная и фунгицидная активность, обеспечивающая длительную защиту от микробиологической деструкции реагентов-стабилизаторов, снижение частоты обработок и затрат на химическую обработку бурового раствора;
- низкий расход бактерицида ОПЭГ в 3-5 раз меньший по сравнению с известным бактерицидом 1,2-ди(бензоламино)пропаном, что будет способствовать снижению стоимости химической обработки бурового раствора;
- предотвращение микробного заражения продуктивных пластов, что очень важно с экологической точки зрения и охраны недр;
- совместимость с компонентами бурового раствора и улучшение его технологических параметров;
- доступность и низкая стоимость предлагаемого реагента за счет технологичности и простоты способа его получения на основе отходов производства.

Способ относится к нефтяной промышленности и может быть использован при бурении нефтяных и газовых скважин. Техническим результатом является повышение эффективности защиты химических реагентов, применяемых при бурении нефтяных и газовых скважин от микробиологической деструкции, и стабилизация параметров бурового раствора во времени. В способе обработки бурового раствора путем введения химического реагента в качестве последнего используют продукт взаимодействия отходов производства эпихлоргидрина и гексаметилентетраамина в концентрации 0,1 - 0,3 мас.%. 5 табл.

Способ обработки бурового раствора путем введения химического реагента, отличающийся тем, что в качестве химического реагента в буровой раствор вводят продукт взаимодействия отходов производства эпихлоргидрина и гексаметилентетраамина в концентрации 0,1 - 0,3 мас.%.