ПОЛИМЕРНОГИДРОГЕЛЕВЫЙ БУРОВОЙ РАСТВОР Российский патент 2002 года по МПК C09K7/02 

Изобретение относится к области бурения и эксплуатации нефтяных и газовых скважин и может быть использовано при бурении на континентальном шельфе.

Существует ряд экологически безопасных эмульсионных буровых растворов на основе синтетических эфиров жирных кислот, которые удовлетворяют экологическим требованиям при бурении и добыче нефти и газа на море и на суше, а также снижают стоимость морского бурения.

Известен разработанный фирмой British Petroleum Development буровой раствор, не загрязняющий окружающую среду, который представляет собой инвертную эмульсионную систему на основе синтетического сложного эфира, биоразлагаемую в аэробных и анаэробных условиях (см. Новый буровой раствор, не загрязняющий окружающую среду, "Защита от коррозии и охрана окружающей среды". 1994, 10, с. 32-33).

Недостатком этого раствора является то, что он не позволяет проводить каротажные и геофизические исследования с целью определения запасов углеводородного сырья в залежи. Кроме того, он пожароопасен и взрывоопасен, так как его углеводородной основой являются эфиры жирных кислот, способные к горению. В этой связи, у него более низкая, чем у водных растворов охлаждающая способность, что резко сокращает время отработки долот. Согласно литературным данным (см. описание аналога) стоимость этого раствора на 75% больше, чем бурового раствора на водной основе.

Известен также полимерно-гидрогелевый буровой раствор, содержащий оксиэтилцеллюлозу, структурообразователь - соль трехвалентного металла (уксуснокислый хром), щелочь и воду различных степеней минерализации (а.с. СССР 1724674, С 09 К 7/02, 07.04.92 - прототип).

Недостатком этого раствора является то, что в его состав входит трехвалентный хром, представляющий опасность для биологических объектов, как тяжелый металл, а следовательно, серьезный загрязнитель окружающей среды.

Задачей изобретения является создание полимерногидрогелевого бурового раствора на водной основе, незагрязняющего окружающую среду и отвечающего всем требованиям ведения буровых работ на море и на суше.

Сущность изобретения состоит в том, что полимерногидрогелевый буровой раствор, содержащий оксиэтилцеллюлозу, структурообразователь - водорастворимую уксуснокислую соль трехвалентного металла, каустическую соду и воду, в качестве структурообразователя содержит уксуснокислый комплекс железа III, полученный из мас.ч.: хлорида железа I и уксуснокислого натрия 2, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Оксиэтилцеллюлоза - 0,8 - 3,0
Уксуснокислый комплекс железа III - 1,5 - 4,5
Вода - 92,5 - 97,7
Каустическая сода сверх 100% - До рН 10-12
Входящий в состав полимерногидрогелевого раствора уксуснокислый комплекс железа III не является уксуснокислым железом (т.к. такового в природе не существует), а представляет собой органокомплекс, строение которого слабо изучено (см. Реми. "Курс органической химии", том 2, из-во "Мир", М., 1974, с. 283).

Полимерногидрогелевый раствор предложенного состава проявляет новое свойство - экологическую безопасность для окружающей среды. Раствор получил собственное название "ЭКОРИШ" (аббревиатура от "экологически безопасный раствор и шлам").

При проведении исследований токсичности различных буровых растворов Мурманским морским биологическим институтом (ММБИ) раствор был представлен под шифром "ЭКОРИШ " и состав его не раскрывался (см. ДАН, 1998 г., том 361, 6, с. 851).

В примерах использованы следующие материалы:
оксиэтилцеллюлоза (ОЭД) - ТУ 6-55-221 -1407-95 "Сульфацелл "
хлорид железа III - ТУ 6-00-129-91
уксуснокислый натрий - ГОСТ 199-79
каустическая сода - ГОСТ 2263-79
уксуснокислый комплекс
железа III
Уксуснокислый комплекс железа III приготавливают путем смешения 1 мас. ч. хлорида железа III и 2-х мас.ч. уксуснокислого натрия. Продукт их реакции имеет ярко красный цвет, что указывает на образование необходимого комплекса.

Комплекс можно готовить как непосредственно на буровой, так и в заводских условиях.

Экологически безопасный буровой раствор "ЭКОРИШ" готовится следующим образом.

Пример 1. К 185 г морской воды при перемешивании добавляют 6 г ОЭЦ марки "сульфацелл " и диспергируют до перехода мутной суспензии в прозрачный вязкий раствор ОЭЦ. Затем в систему вводят 9 г уксуснокислого комплекса железа III. Далее, после получения гомогенного светло-коричневого вязкого продукта в него добавляют 1,75 мл 40%-ного раствора каустической соды до рН 12 и увеличивают скорость перемешивания. В течение 10 минут система переходит в бордовый гидрогель с параметрами, величины которых представлены в табл.2 (опыт 1).

Пример 2. К 195,4 г морской воды при перемешивании добавляют 1,6 г ОЭЦ и диспергируют до перехода мутной суспензии в прозрачный вязкий раствор ОЭЦ. Затем в систему вводят 3 г уксуснокислого комплекса железа III. Далее, после получения гомогенного светло-коричневого вязкого продукта в него добавляют 1,5 мм 40%-ного раствора каустической соды до рН 10 и увеличивают скорость перемешивания. В течение 10 минут система переходит в бордовый гидрогель с параметрами, величины которых представлены в табл.2 (опыт 6).

Приведенные в табл. 2 показатели растворов определяли на стандартных приборах согласно отраслевому РД 39-2-645-81. Так, плотность определяли с помощью рычажных весов марки ВРП-1, ТУ 25-04-2782-78, CHC₁/₁₀ и реологические показатели - на ротационном вискозиметре ФАН (модели Fann -35SA, производство США), фильтрацию - на приборе ВМ-6, рН - с помощью универсального иономера ЭВ-74.

Приготовленный экологически совместимый с окружающей средой буровой раствор "ЭКОРИШ " допускает применение карбонатных, кислоторастворимых утяжелителей: доломита, мела, мраморной крошки и их смесей в количестве до необходимой плотности, что обеспечивает высококачественное вскрытие и освоение продуктивных пластов (параметры утяжеленного доломитом раствора представлены в табл.2 (опыт 2).

Для бурения наклонных и горизонтальных стволов скважин раствор допускает ввод смазочных добавок типа ФК-2000, ТУ 2458-001-26089145-95 изм. 1. Параметры раствора, содержащего 2,0% смазки, приведены в табл.2 (опыт 3).

С целью усиления ингибирующих свойств раствора "ЭКОРИШ" допускают ввод в него хлорида калия. Параметры раствора, содержащего 3,0% КС1, приведены в табл.2 (опыт 4).

Анализ опытных данных, приведенных в табл.2, показывает, что технологические показатели различных по составу растворов "ЭКОРИШ " соответствуют требованиям к безглинистым буровым растворам (см. Требования к растворам безглинистым и с низким содержанием твердой фазы, НХ, 5, 1981 г., с. 26) Так, исходя из величин CHC_1/10 и τ₀, которые у приведенных растворов находятся соответственно в пределах 9-24/10-25 и 220-596 дПа, можно заключить, что эти растворы при псевдопластичном характере течения имеют высокую выносящую способность.

Показатели же фильтрационных свойств (Ф=4,3-6,0) удовлетворяют требованиям для безаварийной проводки скважин.

Низкие показатели толщины корки и коэффициента трения (К=0,1-0,5 мм; К_тр=0,04-0,19) позволяют успешно применять эти растворы для бурения наклонных и горизонтальных стволов скважин.

Что же касается экологической безопасности, то согласно результатам исследований ММБИ, приведенным в табл.1 "Сравнительная токсичность буровых растворов и их компонентов для литоральных гаммарид Gammarus oceanicus", буровой раствор "ЭКОРИШ" может ("должен") применяться при поисково-оценочном и промышленном бурении в морях континентального шельфа России и прибрежных зонах (см. ДАН, 1998, том 361, 6, с. 851).

Удельное электрическое сопротивление (УЭС) экологически безопасного раствора "ЭКОРИШ" не менее 0,5 Ом•м (в забойных условиях) и 1,0-3,0 Ом•м при 20^oС.

Применение этого раствора позволит:
- сохранить в чистоте и безопасности природные объекты в местах ведения буровых работ при снижении их стоимости;
- проводить каротажные и геофизические исследования с целью определения объема запасов углеводородов в залежи, а также работы, связанные с проводкой скважины;
- полностью исключить расход глинопорошка и пресной воды, так как экологически безопасный раствор "ЭКОРИШ" приготавливают на морской и пластовой воде;
- снизить затраты времени на работы, связанные с приготовлением и химической обработкой бурового раствора, что обусловлено устойчивостью показателей раствора "ЭКОРИШ";
- повысить качество крепления скважин за счет отсутствия на стенках скважины глинистой корки;
- повысить качество вскрытия продуктивных пластов за счет высоких ингибирующих свойств раствора "ЭКОРИШ";
- применение экологически совместимого с окружающей средой бурового раствора, никаких дополнительных капитальных вложений не требует.

Суммарный годовой экономический эффект от применения раствора "ЭКОРИШ" складывается из годового эффекта экономии в бурении, креплении и добыче нефти и газа, а также за счет его экологической безопасности, позволяющей сбрасывать отработанный буровой раствор и отходы бурения в акваторию и другие объекты окружающей среды континентального шельфа.

Как следует из табл.1, выгодно отличаются рецептуры буровых растворов фирмы "Baker Hughes Inc.", а также отечественный раствор "Экориш" на основе сульфацелла (реагент ОЭЦ) и органической соли железа, которые не вызывали гибели гидробионтов, каких-либо нарушений пищевого и репродуктивного поведения в течение 7 суток при концентрации 20-30 г/л. Очевидно, только подобные буровые растворы должны применяться при поисково-оценочном и промышленном бурении в морях континентального шельфа России и прибрежных зонах.

Изобретение относится к области бурения и эксплуатации нефтяных и газовых скважин и может быть использовано при бурении на континентальном шельфе. Техническим результатом является получение полимерногидрогелевого бурового раствора на водной основе, не загрязняющего окружающую среду и отвечающего всем требованиям ведения буровых работ на море и на суше. Полимерно-гидрогелевый буровой раствор, включающий оксиэтилцеллюлозу, структурообразователь - водорастворимую уксусно-кислую соль трехвалентного металла, каустическую соду и воду, в качестве структурообразователя содержит уксусно-кислый комплекс железа III, полученный из мас.ч.: хлорида железа I и уксусно-кислого натрия 2, при следующем соотношении компонентов, маc.%: оксиэтилцеллюлоза 0,8-3,0, уксусно-кислый комплекс железа III 1,5-4,5, вода 92,5-97,7, каустическая сода сверх 100% до рН 10-12. 2 табл.

Полимерно-гидрогелевый буровой раствор, содержащий оксиэтилцеллюлозу, структурообразователь - водорастворимую уксусно-кислую соль трехвалентного металла, каустическую соду и воду, отличающийся тем, что в качестве структурообразователя содержит уксусно-кислый комплекс железа III, полученный из мас. ч. : хлорида железа I и уксусно-кислого натрия 2, при следующем соотношении компонентов, маc. %:
Оксиэтилцеллюлоза - 0,8-3,0
Уксусно-кислый комплекс железа III - 1,5-4,5
Вода - 92,5-97,7
Каустическая сода сверх 100% - до рН 10-12