БУРОВОЙ РАСТВОР НА УГЛЕВОДОРОДНОЙ ОСНОВЕ Российский патент 2005 года по МПК C09K7/06 

Изобретение относится к бурению и заканчиванию нефтяных и газовых скважин.

В мировой практике все более широкое распространение при бурении и особенно при заканчивании скважин находят растворы на углеводородной основе (РУО). Известны два класса РУО: безводные углеводородные растворы (известково-битумные растворы и загущенные нефти) и гидрофобно-эмульсионные буровые растворы (ГЭР) с большим содержанием водной фазы (см. А.И.Булатов, А.Г.Аветисов. Справочник инженера по бурению в двух томах. М.: Недра, 1985 г., том 1, стр. 360; В.И.Токунов, И.Б.Хейфец. Гидрофобно-эмульсионные буровые растворы. М.: Недра, 1983 - аналоги).

Основной проблемой использования буровых растворов на углеводородной основе (РУО) является их потенциальное отрицательное влияние на окружающую среду, особенно в экологически чувствительных зонах (морские акватории, поймы рек). Особую остроту этой проблеме придает тенденция к ужесточению требований к охране окружающей среды во всем мире.

Проблема снижения токсичности РУО была поставлена за рубежом в конце 70-х годов XX века и ее решение связано с использованием углеводородных жидкостей под объединенным общим названием «минеральные масла». Однако использование минеральных масел не решало до конца проблемы экологической безопасности РУО. Биологическая разлагаемость растворов на их основе не превышала 5 %, что не позволило снять ограничения на их сброс в море.

В связи с этим была выдвинута проблема создания биологически разлагаемых буровых растворов на синтетической неводной основе, являющихся альтернативой РУО и обладающих всеми их достоинствами.

Известен эмульсионный буровой раствор, содержащий касторовое масло, не загрязняющий окружающую среду, который представляет собой прямую эмульсионную систему, основой этого бурового раствора является сложный гель, биоразлагаемый в аэробных и анаэробных условиях, содержащий неполярную дисперсионную среду, жидкое полимерное поверхностно-активное вещество ПАВ, в кислой форме, растворенное или диспергированное в указанной неполярной среде, агент для нейтрализации полимерного ПАВ, содержащий от 0,2 до 5 молекул воды на молекулу ПАВ, эмульгатор и/или твердый наполнитель, растворимый или нерастворимый в неполярной среде.

Гель используется для приготовления бурового раствора на водной основе (см. пат. США № 5858928 А, С 09 К 7/02, 112.01.1999 г. - ПРОТОТИП).

Недостатком этого технического решения является то, что сам гидрофобный (неполярный) гель в качестве промывочной жидкости (согласно патенту US 5858928 А, С 09 К 7/02) не используется, а приготовленный из него буровой раствор является водным, т. е. в основе своей он содержит от 97 до 99,09% воды. Следовательно, несмотря на его высокую водоудерживающую способность Ф=18-20 см³/30 мин по API, выделившаяся влага может гидратировать и разупрочнять водочувствительные горные породы, слагающие стенки скважин, а также вызывать процесс набухания глинистой части скелета, нефтеносного пласта, что ведет к снижению его продуктивности или полной закупорке.

Техническим результатом изобретения является создание экологически безопасного бурового раствора на углеводородной основе (РУО) с требуемыми вязкостными и структурными показателями в широком диапазоне водосодержания путем применения новой широко доступной углеводородной основы.

Буровой раствор, содержащий касторовое масло, эмульгатор, хлористый кальций, бентонит и воду, содержит органофильный бентонит, в качестве эмульгатора - неонол АФ-9/12 и дополнительно - загуститель - кальциевый резинат канифоли при следующем соотношении компонентов, мас.%:

касторовое масло50,0 - 83,0кальциевый резинат канифоли4,0хлористый кальций10,0неонол АФ-9/120 - 0,3органофильный бентонит2,0 - 3,0вода0 - 30,0

Буровой раствор дополнительно может содержать гидрофобизатор - пенозолин 0 - 2,0 мас.%.

Совокупность заявленных компонентов в заявляемых соотношениях обеспечивает получение такой обратной эмульсии, которая при бурении, фильтруясь в горные породы, не вызывает их набухания и, как следствие, их разупрочнения. А при вскрытии нефтегазоносного пласта заявляемый буровой раствор не вызывает набухания глинистой части его скелета, что обеспечивает полное сохранение коллекторских свойств продуктивного пласта.

В ходе лабораторных исследований были приготовлены образцы РУО обоих классов - раствор, не содержащий водной фазы и гидрофобно-эмульсионные буровые растворы (ГЭР) с минимальным (10%) и 30%-ным содержанием водной фазы.

Образцы РУО готовили согласно способам и методикам, приведенным в работах «Гидрофобно-эмульсионные буровые растворы», В.И.Токунов, И.Б.Хейфиц. - М.: Недра, 1983 г. «Применение обратных эмульсий в нефтедобыче», Г.А.Орлов, М.Ш.Кендис, В.М.Глущенко. - М.: Недра, 1991 г.

При исследованиях использовались методики и аппараты согласно РД 39-2-645-81 «Методика контроля параметров буровых растворов», Краснодар: ВНИИКРнефть, 1981 г.

Результаты исследований растворов на углеводородной основе (РУО) по предлагаемому техническому решению представлены в таблицах 1 и 2.

Таблица 1Составы РУО на основе касторового маслаНаименование компонентовМарка, сорт, ТУ, ГОСТСодержание компонентов, мас.%Загущенное касторовое маслоГЭР-1ГЭР-2Касторовое маслоКоммерческое83,073,750,0Загуститель. Кальциевый резинат канифолиЭкологически безопасен4,04,04,0Хлористый кальцийГОСТ 540-7710,010,010,0Неонол АФ-9/12 (эмульгатор)ТУ 38.507-635-171-91-0,30,2Пенозолин (гидрофобизатор)ОП--2,0Водатехническая-1030,0Органофильный бентонитТУ 95-27-52-20003,03,02,0

Указанный технический результат достигается при любых значениях из указанного интервала, например, буровой раствор содержит в мас.%: касторовое масло 80, кальциевый резинат канифоли 4,0, хлористый кальций 10,0, неонол АФ-9/12 0,1, органофильный бентонит 2,5, воду 3,3, пенозолин 0,1 или касторовое масло 60, кальциевый резинат канифоли 4,0, хлористый кальций 10,0, неонол АФ-9/12 0,25, органофильный бентонит 2, воду 23,6, пенозолин 0,15.

Таблица 2Параметры буровых растворов (РУО) на основе касторового маслаПоказатели свойствЕдиница измеренияКлассы РУОЗагущенное касторовое маслоГЭР-1ГЭР-2Плотность(ρ)г/см³0,9970,8861,04Вязкость эффективная (η_эф.)мПа·с7064101Вязкость пластическая (η_пл.)мПа·с685581Динамическое напряжение сдвига (τ₀)дПа19,257,6196Статическое напряжение сдвига (СНС)
через 1 мин покоя через 10 мин покоя 
 
 
дПа 
 
 
1 
 
 
1 
 
 
3дПа216Показатель фильтрации (Ф₂₀)см³/30 мин5,41,10Глиноемкость%22,522,522,5Устойчивостьчасовне ограниченоне ограничено>340Электростабильность (Э)В (вольт)951375211Показатель фильтрации (Ф₉₀)см³/30 мин15,9719,171,27Ингибирующая способность (П₀)см/час0,1870,1870,187Поверхностное натяжение (σ) фильтратаμН/м7,807,826,52Термостабильность°С>120120120

Согласно экспериментальным данным, приведенным в таблицах 1 и 2, растворы (РУО) на основе касторового масла имеют технологические параметры отвечающие всем требованиям ведения буровых работ. Их реологические характеристики имеют достаточно низкие значения. Так эффективная вязкость (см. табл.2) у всех трех типов растворов находится в пределах 60-70 мПа·с, что соответствует величинам вязкости практически используемых растворов на нефтяной основе. Значения величин пластической вязкости в интервале 68-50 мПас, у растворов на основе касторового масла, практически идентичны величинам растворов на нефтяной основе. Динамическое напряжение сдвига в диапазоне 19-20 дПа у предлагаемых растворов согласуется с величинами классических РУО на нефтяной основе и обеспечивает им надежную выносящую способность. Показатель горячей фильтрации (Ф₉₀) в пределах 1,27-19,17 см³ за 30 минут позволяет растворам на касторовом масле иметь низкие потери раствора в процессе циркуляции в забойных условиях и по величине соответствует показателям классических РУО. Что касается таких показателей (у предлагаемых растворов), как глиноемкость, устойчивость, электростабильность, то их величины характеризуют предлагаемые жидкости как чрезвычайно устойчивые (см. табл.2). Термическая стабильность у предлагаемых систем соответствует 120°С.

Надо еще отметить как положительные качества их высокую ингибирующую способность (П₀=0,187 см/час) и низкое поверхностное натяжение их фильтратов (σ=6,52-7,82 μН/м), что предопределяет качественное вскрытие продуктивных пластов и высокие дебиты извлекаемого сырья.

Кроме того, предлагаемые буровые растворы на основе касторового масла являются экологически абсолютно безопасными и могут быть использованы при разбуривании шельфовых месторождений нефти и газа, так как допускают сброс отработанных буровых растворов непосредственно в акваторию без ущерба для природы. Ведь основа (касторовое масло) и загуститель являются биоразлагаемыми и полностью утилизируются микроорганизмами из окружающей среды.

Таким образом, поставленная задача данного изобретения решена путем загущения касторового масла кальциевым резинатом канифоли и созданием инвертных (обратных) эмульсий на его основе.

Изобретение относится к бурению и заканчиванию нефтяных и газовых скважин, в частности к буровым растворам на углеводородной основе. Техническим результатом является создание экологически безопасного бурового раствора на углеводородной основе с требуемыми вязкостными и структурными показателями в широком диапазоне водосодержания. Буровой раствор содержит в мас.%: касторовое масло 50,0 - 83,0, загуститель - кальциевый резинат канифоли 4,0, хлористый кальций 10,0, эмульгатор - неонол АФ-9/12 0 - 0,3, органофильный бентонит 2,0 - 3,0, воду 0 - 30,0, гидрофобизатор - пенозолин 0 - 2,0. 1 з. п. ф-лы, 2 табл.

1. Буровой раствор, содержащий касторовое масло, эмульгатор, хлористый кальций, бентонит и воду, отличающийся тем, что он содержит органофильный бентонит, в качестве эмульгатора - неонол АФ-9/12 и дополнительно загуститель - кальциевый резинат канифоли при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Касторовое масло50,0 - 83,0Кальциевый резинат канифоли4,0Хлористый кальций10,0Неонол АФ-9/120 - 0,3Органофильный бентонит2,0 - 3,0Вода0 - 30,0