БУРОВОЙ РАСТВОР И СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ Российский патент 2005 года по МПК C09K7/02 

Изобретение относится к технологии бурения глубоких скважин, в частности к способам получения буровых растворов и буровых реагентов.

Известен способ получения структурообразователя буровых растворов [SU, авторское свидетельство №1022982, кл. С 09 К 7/02, БИ 1983, №22], суть которого состоит в том, что для модификации поверхности асбеста его заливают 0.5...5.0%-ным раствором соли поливалентного металла (Al³⁺, Fe³⁺, Cr³⁺, Сu²⁺, Zn²⁺) и выдерживают в покое 5...20 часов, после чего полученную суспензию вводят в буровой раствор. Недостатком буровых растворов с таким структурообразователем является то, что после химической модификации волокна остаются скрепленными гелем поликремневой кислоты и представляют собой довольно крупные конгломераты, вследствие чего по прошествии некоторого времени структурообразователь седиментирует из бурового раствора, а промывка ствола скважины таким раствором при роторном способе бурения сопровождается интенсивным наматыванием нитей асбеста на бурильный инструмент.

Известен буровой раствор [SU, авторское свидетельство №1470757, кл. С 09 К 7/02, опубл. 07.04.89], содержащий ингредиенты при следующем массовом соотношении, %: асбест - 0.3...1.0; гидролизный лигнин - 0.2...1.0; каустическая сода - 0.02...0.10; карбоксиметилцеллюлоза - 0.8...1.0; хлорид натрия - 5.0...26.4, а в процессе его приготовления предусмотрено механическое измельчение асбеста и гидролизного лигнина с помощью дисковой мельницы с профилированной гарнитурой, имеющей зазор между дисками 1.0...0.06 мм.

Недостатком данного технического решения является то, что в составе бурового раствора отсутствуют реагент-ингибитор процесса гидратации глинистых минералов и антифрикционный реагент, обеспечивающий снижение липкости бурового раствора и межфазного натяжения на границе вода - углеводородная жидкость, а в качестве загустителя использована карбоксиметилцеллюлоза, образующая с катионами кальция и магния нерастворимые осадки, вследствие чего такой буровой раствор нельзя применять для вскрытия продуктивных коллекторов с высокоминерализованными остаточными водами. Кроме того, при подготовке структурообразователя (смесь асбеста с лигнином) не происходит химической активации поверхности асбестовых волокон, вследствие чего структурообразователь имеет плохое сродство с основой бурового раствора и быстро из него оседает.

Технический результат, достигаемый изобретением, заключается в том, что в состав предлагаемого бурового раствора входят: полисолестойкий загуститель - гидроксиэтилцеллюлоза, ингибитор набухания глин - хлорид калия и комплексный реагент “два-в-одном”, синтезируемый механохимическим способом в процессе получения бурового раствора и улучшающий его противофильтрационные, поверхностно-активные и антифрикционные свойства.

Для реализации поставленной цели буровой раствор содержит следующие компоненты, мас.%: гидроксиэтилцеллюлоза - 1.0...1.2; хлорид калия - 5...7; хризотил-асбест - 0.50...0.65; сульфат алюминия - 0.50...0.65; смазочная добавка ФК-2000⁺ - 1.0...1.2; вода - остальное, а для достижения технического результата в способе получения бурового раствора, включающем растворение, диспергирование и смешивание в воде химических реагентов, предназначенных для загущения и торможения фильтруемости бурового раствора в пористую среду, ингибирования процесса набухания глинистых минералов, снижения липкости бурового раствора и межфазного натяжения на границе фильтрат бурового раствора - углеводородная жидкость, способ получения бурового раствора включает в себя следующие операции:

- приготовление 1.0...1.2%-ного раствора гидроксиэтилцеллюлозы в водном 5...7%-ном растворе хлорида калия;

- приготовление суспензии №1, состоящей из смеси хризотил-асбеста, сульфата алюминия (в расчете на безводную соль) и воды в массовом соотношении 1:1:8, выдержанной в покое 12 часов и продиспергированной с помощью дискового, шарового диспергатора или другого аналогичного устройства;

- приготовление суспензии №2, состоящей из смеси суспензии №1 и смазочной добавки ФК-2000⁺ в массовом соотношении 5:1 и продиспергированной с помощью дискового, шарового диспергатора или другого аналогичного устройства;

- смешивание 1.0...1.2%-ного раствора гидроксиэтилцеллюлозы в водном 5...7%-ном растворе хлорида калия с суспензией №2 из расчета 60...77 кг суспензии на 1.0 т готового бурового раствора и перемешивание всего объема полученного бурового раствора до полного выравнивания его технологических параметров.

Существенным отличием предлагаемого изобретения является то, что структурообразователь (хризотил-асбест) сначала подвергают химической активации - замачиванию его в водном растворе сульфата алюминия, когда происходит набухание, размягчение и растворение поликремневой кислоты, цементирующей между собой индивидуальные микроволокна хризотил-асбеста. Затем под действием сдвиговых усилий, производимых диспергатором, конгломераты хризотил-асбеста разделяются на индивидуальные полые волоконца-цилиндрики длиной 200...400 мкм и диаметром 1...2 мкм, при этом удельная поверхность хризотил-асбеста резко возрастает и становится доступной для замещения катионов магния на катионы алюминия, имеющего более высокую валентность, вследствие чего поверхность хризотил-асбеста приобретает свойства поликатиона. Следующая за этим механохимическая обработка смеси катионоактивного хризотил-асбеста с карбоксилсодержащим органическим соединением - смазочной добавкой ФК-2000⁺ приводит к химическому взаимодействию нескомпенсированных валентностей катионов алюминия с карбоксильными группами жирных кислот, составляющих основу смазочной добавки ФК-2000⁺. Эти ионные связи обеспечивают химическую “прививку” длинноцепочных молекул органического вещества на поверхности жестких волокон хризотил-асбеста, благодаря чему в растворе образуются объемные органоминеральные агрегаты. Синтезированный таким образом буровой реагент “два-в-одном” выполняет в буровом растворе функции структурообразователя, поверхностно-активного вещества, антифрикционной и противофильтрационной добавки.

Частицы этого реагента благодаря анизотропной (длина волокон намного больше их диаметра) и полой структуре имеют хорошую “плавучесть”, а потому они обладают высокой седиментационной устойчивостью.

Вследствие значительных линейных размеров частицы данного бурового реагента не могут проникать в поровые каналы терригенных коллекторов, а накапливаясь на стенке скважины, образуют пленку из длинноцепочных органических веществ, армированную жесткими волокнами хризотил-асбеста. Такая пленка защищает породы околоскважинной зоны пласта от загрязнения шламом выбуренных пород и компонентами бурового раствора, а также играет роль сателлита между трущейся парой “порода - бурильный инструмент”.

Технология приготовления бурового раствора

1. В гидросмесителе готовят водный раствор хлорида калия из расчета 50...70 кг на 0.94...0.92 м³ воды. Затем в этот раствор вводят при перемешивании гидроксиэтилцеллюлозу (например, Сульфацелл 1 марка 30 по ТУ 66-55-221-1473-97) из расчета 10...12 кг на 0.94...0.92 м³ раствора. Перемешивают 3...4 часа до полного растворения полимера.

2. В емкости, обвязанной с буровым насосом и диспергатором в единую замкнутую систему, растворяют в воде сульфат алюминия и загружают туда хризотил-асбест в таком количестве, чтобы выдерживалось массовое соотношение асбест:сульфат алюминия (в расчете на сухую соль):вода = 1:1:8. Выдерживают суспензию №1 в покое в течение 12 часов и прокачивают ее (1 цикл) сквозь шаровый диспергатор. Добавляют к полученной суспензии №1 смазочную добавку ФK-2000⁺ в таком количестве, чтобы выдерживалось массовое соотношение суспензия №1: ФК-2000⁺=5:1. Прокачивают эту смесь в течение одного цикла сквозь шаровый диспергатор. Получают суспензию №2, состоящую из механохимически диспергированного и активированного хризотил-асбеста, волокна которого покрыты молекулами длинноцепочных жирных кислот.

3. В емкость с раствором, содержащим гидроксиэтилцеллюлозу и хлорид калия, вводят суспензию №2 из расчета 60...77 кг суспензии на 1.0 т готового бурового раствора. Перемешивают весь объем бурового раствора до выравнивания его технологических параметров.

В таблице приведены сведения о составе и свойствах буровых растворов, полученных в соответствии с предлагаемым изобретением, и данные о буровом растворе-прототипе. Видно, что данное техническое решение позволяет получить седиментационно-устойчивый буровой раствор, имеющий следующие преимущества перед его наиболее близким аналогом:

- обладает повышенными антифрикционными (антиприхватными) свойства, т.к. коэффициент липкости намного ниже этого показателя, чем у раствора-прототипа;

- седиментационно устойчив (до 90 суток);

- агрегативно устойчив после контакта с пластовыми водами, содержащими ионы двух- и трехвалентных металлов;

- обладает ингибирующими свойствами по отношению к набухающим глинистым минералам.

Изобретение относится к технологии бурения глубоких скважин, в частности, к способам получения буровых растворов и буровых реагентов. Техническим результатом является улучшение противофильтрационных, поверхностно-активных и антифрикционных свойств бурового раствора. Буровой раствор, включающий в себя компоненты, предназначенные для загущения и торможения фильтруемости бурового раствора в пористую среду, ингибирования процесса набухания глинистых минералов, снижения липкости бурового раствора и межфазного натяжения на границе фильтрат бурового раствора - углеводородная жидкость, содержит следующие компоненты, мас.%: гидроксиэтилцеллюлоза 1,0 – 1,2, хлорид калия 5 – 7, хризотил-асбест 0,50 – 0,65, сульфат алюминия 0,50–0,65, смазочная добавка ФК-2000⁺ 1,0-1,2, вода - остальное. Способ получения бурового раствора включает в себя следующие операции: приготовление 1,0–1,2%-ного раствора гидроксиэтилцеллюлозы в водном 5-7%-ном растворе хлорида калия; приготовление суспензии №1, состоящей из смеси хризотил-асбеста, сульфата алюминия (в расчете на безводную соль) и воды в массовом соотношении 1:1:8, выдержанной в покое 12 часов и продиспергированной с помощью дискового, шарового диспергатора или другого аналогичного устройства; приготовление суспензии №2, состоящей из смеси суспензии №1 и смазочной добавки ФК-2000⁺ в массовом соотношении 5:1 и продиспергированной с помощью дискового, шарового диспергатора или другого аналогичного устройства; смешивание 1,0 – 1,2%-ного раствора гидроксиэтилцеллюлозы в водном 5-7%-ном растворе хлорида калия с суспензией №2 из расчета 60-77 кг суспензии на 1,0 т готового бурового раствора и перемешивание всего объема полученного бурового раствора до полного выравнивания его технологических параметров. 2 н. п. ф-лы, 1 табл.

1. Буровой раствор, включающий в себя компоненты, предназначенные для загущения и торможения фильтруемости бурового раствора в пористую среду, ингибирования процесса набухания глинистых минералов, снижения липкости бурового раствора и межфазного натяжения на границе фильтрат бурового раствора - углеводородная жидкость, отличающийся тем, что буровой раствор содержит следующие компоненты, мас. %:

Гидроксиэтилцеллюлоза 1,0 – 1,2

Хлорид калия 5 – 7

Хризотил-асбест 0,50 – 0,65

Сульфат алюминия 0,50 – 0,65

Смазочная добавка ФК-2000⁺ 1,0 - 1,2

Вода Остальное

- приготовление 1,0–1,2%-ного раствора гидроксиэтилцеллюлозы в водном 5-7%-ном растворе хлорида калия;

- приготовление суспензии №1, состоящей из смеси хризотил-асбеста, сульфата алюминия (в расчете на безводную соль) и воды в массовом соотношении 1:1:8, выдержанной в покое 12 ч и продиспергированной с помощью дискового, шарового диспергатора или другого аналогичного устройства;

- приготовление суспензии №2, состоящей из смеси суспензии №1 и смазочной добавки ФK-2000⁺ в массовом соотношении 5:1 и продиспергированной с помощью дискового, шарового диспергатора или другого аналогичного устройства;

- смешивание 1,0–1,2%-ного раствора гидроксиэтилцеллюлозы в водном 5-7%-ном растворе хлорида калия с суспензией №2 из расчета 60-77 кг суспензии на 1,0 т готового бурового раствора и перемешивание всего объема полученного бурового раствора до полного выравнивания его технологических параметров.