МОДИФИКАТОР БУРОВЫХ РАСТВОРОВ Российский патент 2006 года по МПК C09K8/35 

Изобретение относится к нефтегазовой отрасли, в частности к добавкам для буровых растворов, используемых при бурении, вскрытии продуктивных пластов и заканчивании скважин.

Известен буровой раствор для вскрытия продуктивных пластов, в состав которого входят полиалкиленгликоли (ди-тетра-пентаэтиленгликоли) (Патент РФ №2163248, МПК⁷ С 09 К 7/02, опубл. 20.02.2001).

Буровой раствор имеет низкий коэффициент фильтруемости и оптимальную вязкость, однако эта композиция не способна в достаточной степени проявлять поверхностную активность, что негативно влияет на качество вскрытия пласта. Кроме того, такие промышленные смеси способствуют вспениванию бурового раствора.

Известна композиция, состоящая из моноалкиловых эфиров пропиленгликоля и полиалкиленгликолей (сополимеров окисей этилена и пропилена с содержанием окиси пропилена не более 50 мол.% с молекулярной массой 6000-40000 и/или сополимеров окиси этилена и окиси пропилена с содержанием окиси пропилена не менее 85 мол.% с молекулярной массой 300-6000) (Патент РФ №2169753, МПК С 09 К 7/02, опубл. 2001).

Приведенный состав обеспечивает существенное снижение показателя фильтрации в присутствии ионов щелочных и щелочноземельных металлов, но имеет низкую ингибирующую способность в буровых растворах.

Наиболее близким к предлагаемому является модификатор бурового раствора для бурения и заканчивания скважин, содержащий алкиленгликоли с молекулярной массой менее 800 у.е. и сополимер окисей этилена и пропилена с молекулярной массой менее 800 у.е. или смесь указанных сополимеров (Патент США №6080704, МПК⁷ С 09 К 7/02, опубл. 27.06.2000).

Однако подобные водорастворимые композиции также не обеспечивают эффективного снижения поверхностного натяжения на границе углеводородной и водной фаз и обладают недостаточно высокой ингибирующей способностью при повышении температуры бурового раствора.

Задачей изобретения является создание модификатора буровых растворов для бурения и заканчивания скважин, обеспечивающего буровому раствору необходимый уровень ингибирующих и поверхностно-активных свойств, в том числе и в условиях повышенной температуры.

Поставленная задача решается модификатором буровых растворов для бурения и заканчивания скважин, содержащим алкиленгликоль или смесь алкиленгликолей, сополимер окисей пропилена и этилена с молекулярной массой 1000-10000 у.е. или смесь указанных сополимеров и щелочной алкоголят полиалкиленгликоля при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Алкиленгликоль или смесь алкиленгликолей60,0-99,8Алкоголят полиалкиленгликоля0,1-30Сополимер окисей пропилена и этилена или смесь сополимеров окисей пропилена и этилена0,1-10,0

В качестве указанного сополимера окисей пропилена и этилена модификатор содержит сополимер на основе полиспиртов с числом гидроксильных групп 3-8.

В качестве таких сополимеров модификатор может содержать, например, статистические или блок-сополимеры окисей пропилена и этилена или их смеси на основе таких полиспиртов, как ксилит, тетраизопропанолэтилендиамин, глицерин, сорбит, сахароза и др., или смеси указанных сополимеров.

Предлагаемый модификатор буровых растворов в качестве алкиленгликолей может содержать диэтиленгликоль, триэтиленгликоль, тетраэтиленгликоль, дипропиленгликоль, трипропиленгликоль, тетрапропиленгликоль и др. или их смеси. Некоторые свойства этих алкиленгликолей представлены в таблице 1.

В качестве алкоголята полиалкиленгликоля модификатор буровых растворов может содержать алкоголяты натрия или калия таких выпускаемых в промышленности полиалкиленгликолей, как Лапрол-202-3-100 (ТУ 2226-017-10488057-94), Лапрол-402-2-100 (ТУ 2226-013-10488057-94), Лапрол-502 М (ТУ 2226-012-05766801-93) и др. Свойства указанных продуктов представлены в таблице 2.

Осуществление предлагаемого изобретения иллюстрируют следующие примеры.

Пример 1

В реактор объемом 1,0 л, снабженный перемешивающим устройством и терморубашкой, загружают стартовую систему, состоящую из 18,0 г ксилита и 1,2 г гидроксида калия, подают инертный газ азот и дважды продувают реактор азотом. Затем включают мешалку, обогрев реактора и доводят температуру реакционной массы до 110-120°С, после чего в реактор начинают подавать из мерника предварительно приготовленную смесь окиси пропилена и окиси этилена при массовом соотношении окись пропилена : окись этилена, равном 60:40. Процесс анионной сополимеризации окисей пропилена и этилена и оксипропилированного простого эфира на основе сорбита проводят при температуре реакционной массы 115-120°С и давлении 5,0-6,0 кг/см². После подачи 582,0 г смеси окисей пропилена и этилена реакционную смесь выдерживают в течение 1,0 ч при температуре 115-118°С до полного срабатывания окисей пропилена и этилена.

В результате опыта получают 600 г статистического сополимера окисей пропилена и этилена на основе ксилита со следующими характеристиками: динамическая вязкость при 50°С 450 сПз, гидроксильное число 47 мг КОН/г, содержание оксиэтильных блоков 39,0 мас.%, молекулярная масса 5000 у.е..

Примеры 2-5

Статистические сополимеры окисей пропилена и этилена получают так же, как описано в примере 1, используя в качестве стартовой системы тетраизопропанолэтилендиамин, глицерин, сорбит и сахарозу. Свойства полученных продуктов представлены в таблице 3.

Пример 6

В реактор объемом 1,0 л, снабженный перемешивающим устройством и терморубашкой, загружают стартовую систему, состоящую из 13,5 г сорбита и 1,2 г гидроксида калия, подают инертный газ азот и дважды продувают реактор азотом. Затем включают мешалку, обогрев реактора и доводят температуру реакционной массы до 110-120°С, после чего в реактор начинают подавать окись пропилена. Реакцию оксипропилирования проводят при температуре 115-120°С и давлении 5,0-6,0 кг/см². Общий расход окиси пропилена составляет 406,6 г. После подачи окиси пропилена осуществляют выдержку реакционной массы в течение 1,0 часа при температуре 115-118°С и начинают подачу окиси этилена. Процесс оксиэтилирования проводят аналогично оксипропилированию при температуре 115-120°С и давлении 5,0-6,0 кг/см². Общий расход окиси этилена составляет 180,0 г. После подачи расчетного количества окиси этилена осуществляют выдержку реакционной массы при температуре 110-115°С в течение 1,0 часа до полного срабатывания окиси этилена.

В результате опыта получают 600 г блок-сополимера окисей пропилена и этилена на основе сорбита со следующими характеристиками: динамическая вязкость при 50°С 570 сПз, гидроксильное число 26,7 мг КОН/г, содержание оксиэтильных блоков 45,0 мас.%, молекулярная масса 8100 у.е.

Пример 7

Блок-сополимер окисей пропилена и этилена получают так же, как описано в примере 6, используя в качестве стартовой системы глицерин. Свойства полученного продукта представлены в таблице 3.

Модификатор буровых растворов готовят путем смешения при температуре 40-50°С алкиленгликоля или алкиленгликолей (таблица 1), алкоголята полиалкиленгликоля (таблица 2) и сополимера окисей пропилена и этилена (таблица 3). Состав полученного модификатора буровых растворов приведен в таблице 4.

Оценка эффективности модификатора буровых растворов проводилась изучением изменения свойств модельного глинистого бурового раствора и бурового раствора, дополнительно содержащего ингибиторы фильтрации и набухания породы в виде хлористого калия, хлористого кальция и полианионной целлюлозы «КМЦ» в присутствии предлагаемого модификатора, при этом определялись следующие характеристики буровых растворов:

- величина фильтрации (Ф, см³) измерялась на фильтре-прессе фирмы "Baroid", США;

- реологические свойства - вязкость пластическая (η_пл, мПа*с) и динамическое напряжение сдвига (τ_o, дПа) - измерялись на приборе "Fann 35С", фирмы "Fann", США;

- статическое напряжение сдвига за 1 и 10 мин (СНС, дПа) - на приборе СНС-2;

- условная вязкость (УВ, с) - на вискозиметре ВБР-1.

Результаты испытаний приведены в таблице 5.

Поверхностно-активные свойства модификаторов буровых растворов оценивались по изменению значения поверхностного натяжения на границе раздела фаз фильтрата глинистого бурового раствора с керосином, определяемого на сталагмометре (по методике [Практикум по заканчиванию скважин. //Подгорня В.М., Ведищев И.А./ М.: Недра. -1985]). Полученные значения представлены в таблице 5.

Введение предлагаемого модификатора в состав глинистых буровых растворов (таблица 5) приводит к улучшению общетехнологических параметров, в том числе и для горячего бурового раствора. Так, отмечается повышение антифильтрационных свойств (Ф, см³), улучшение смазочных свойств (К_тр) и повышение ингибирующих свойств бурового раствора.

Композиция бурового раствора, содержащая предлагаемый модификатор, имеет низкое значение межфазного поверхностного натяжения (σ, мН/м) на границе фильтрата бурового раствора с керосином (таблица 5) при температуре 70°С, что обеспечивает более качественное вскрытие продуктивных пластов.

Таблица 1№ п/пНаименование алкиленгликоляГидроксильное число, мг КОН/гДинамическая вязкость при 20°С, сПзОтносительная плотность при 20°С, г/см³Содержание воды, мас.%Средняя молекулярная масса, у.е.1диэтиленгликоль1050361,120,051062триэтиленгликоль740481,1260,021503тетраэтиленгликоль598621,1250,011934дипропиленгликоль8301071,0240,031355трипропиленгликоль580871,0170,011936тетрапропиленгликоль4481031,0110,01250

Таблица 2№ п/пНаименование полиалкиленгликолевой основы алкоголятаКатион щелочного металла алкоголятаСодержание алкоголята полиалкиленгликоля в пересчете на соответствующий гидроксид щелочного металла, мас.%Динамическая вязкость при 100°С, сПзГидроксильное число, мг КОН/г1Лапрол 202-3-100Na⁺18,3152002142Лапрол 202-3-100К⁺25,0135001843Лапрол 402-2-100К⁺13,778002374Лапрол 502 МNa⁺6,0960080

Таблица 3№ примераНаименование стартового веществаЧисло гидроксильных групп в стартовом веществеДинамическая вязкость при 50°С, сПзГидроксильное число, мг КОН/гСодержание оксиэтильных блоковМолекулярная масса блок-сополимера, у.е.1Ксилит545047,039,050002Тетраизопропанолэтилендиамин438032,12.0,070003Глицерин332067,551,025004Сорбит68430328,935,010205Сахароза883045,160,099006Сорбит657041,545,081007Глицерин332026,730,06290

Таблица 4№ составаСостав модификатора бурового раствораКомпонент 1 - алкиленгликольКомпонент 2 - алкоголят полиалкиленгликоляКомпонент 3 - сополимер окисей пропилена и этилена№ по таблице 1мас.%№ по таблице 2мас.%№ по таблице 3мас.%1194,910,115,02169,9130,020,13281,019,0310,04390,530,5495472,5427,050,56593,540,566,07674,0225,071,081;241,0; 41,0315,05;31,0;2,092;55,0; 92,810,242,0101;2;33,0; 83,0; 13,020,430,6114;630,0; 31,0229,01; 68,7; 1,312488,036,06; 74,0; 2,0

Таблица 5№ п/пСостав раствора, мас.%Параметры бурового раствораГлина, мас.%КМЦ, мас.%KCl, мас.%CaCl₂, мас.%МодификаторУВ, сФ₃₀, см³СНС, дПаη_пл, мПа·сτ₀, дПаK_трσ, при 70°С мН/м№ по таб-лице 4мас.%при 20°Спри 70°С1 мин10 минпри 20°Спри 70°Спри 20°Спри 70°С19,00,355,02,0  2116251,03,012929340,1405629,00,355.02,011326,46,34,66,910624380,0952,639,00,355,02.013385,35,19,710,410532410,0902,149,00,355,02,015425,35,112,115,910530500,0851,659,00,355,02,023318,010,04,75,29529320,0954,969,00,355,02,031336,26,33,85,110630390,0901,879,00,355,02,043394,94,75,77,19531410,0859,889,00,355,02,055349,07,04,76,710544510,0851,599,00,355,02,063375,25,59.910,79631420,0902,5109,00,355,02,071296,36,54,35,110626390,0952,3119,00,355,02,085395,14,89,411,39630480,0801,7

Продолжение таблицы 5№ п/пСостав раствора, мас.%Параметры бурового раствораГлина, мас.%КМЦ, мас.%KCl, мас.%CaCl₂, мас.%МодификаторУВ, сФ₃₀, см³СНС, дПаη_пл, мПа·сτ₀, дПаК_трσ, при 70°С мН/м№ по таб-лице 4мас.%при 20°Спри 70°С1 мин10 минпри 20°Спри 70°Спри 20°Спри 70°С129,00,355,02.093375,75,58,710,210631400,0852,1139,00,355,02,0105426,56,08.910,39531480,0902,1149,00,355,02,0111345,35,05,16,310725370,0902,6159,00,355,02,0123335,75,75,06,810628390,0852,3

Изобретение относится к нефтегазовой отрасли, в частности к добавкам для буровых растворов, используемых при бурении, вскрытии продуктивных пластов и заканчивании скважин. Технический результат - обеспечение буровому раствору необходимого уровня ингибирующих и поверхностно-активных свойств, в том числе и в условиях повышенной температуры. Модификатор буровых растворов содержит, мас.%: алкиленгликоль или смесь алкиленгликолей 60,0-99,8, алкоголят полиалкиленгликоля 0,1-30, сополимер окисей пропилена и этилена с молекулярной массой 1000 - 10000 у.е. или смесь сополимеров окисей пропилена и этилена 0,1-10,0. Причем в качестве указанного сополимера окисей пропилена и этилена модификатор содержит сополимер на основе полиспиртов с числом гидроксильных групп 3-8. 1 з.п. ф-лы, 5 табл.

1. Модификатор буровых растворов для бурения и заканчивания скважин, содержащий алкиленгликоль, или смесь алкиленгликолей и сополимер окисей пропилена и этилена, или смесь сополимеров окисей пропилена и этилена, отличающийся тем, что он содержит сополимер окисей пропилена и этилена с молекулярной массой 1000-10000 у.е. или смесь указанных сополимеров и дополнительно содержит щелочной алкоголят полиалкиленгликоля при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Алкиленгликоль или смесь алкиленгликолей 60,0-99,8Алкоголят полиалкиленгликоля0,1-30Сополимер окисей пропилена и этилена или смесь сополимеров окисей пропилена и этилена0,1-10,0