ВЫСОКОМИНЕРАЛИЗОВАННЫЙ УТЯЖЕЛЕННЫЙ БУРОВОЙ РАСТВОР НА ВОДНОЙ ОСНОВЕ Российский патент 2014 года по МПК C09K8/12 

Предлагаемое изобретение относится к области бурения нефтяных и газовых скважин, в частности к высокоминерализованным утяжеленным буровым растворам на водной основе.

Известен безглинистый буровой раствор для вскрытия продуктивных горизонтов (патент РФ №2179568, C09K 7/02, опубликовано 20.01.2002 г.), который содержит, мас.%:

крахмал (полимерный понизитель фильтрации) - 1,0-1,5;

биополимер - 0,2-0,3;

карбонатный утяжелитель - 5,0-10,0;

спирт (полигликоль) - 3,0-5,0;

гидрофобизирующее поверхностно-активное вещество (ПАВ) ГКД-515 - 1,5-2;

смазочную добавку (реагент ДСБ-4ТТ - продукт конденсации моноэтаноламина и сырых талловых масел в смеси с керосином, моноэтаноламином и флотореагентом-оксалем) - 0,5-1,0;

вода - остальное.

В безглинистом буровом растворе для вскрытия продуктивных горизонтов для обеспечения ингибирующих, смазывающих, фильтрационных и противоприхватных свойств используется гидрофобизирующее ПАВ - ПКД-515 - для сохранения проницаемости коллектора; добавка ДСБ-4ТТ - продукт конденсации моноэтаноламина и сырых талловых масел в смеси с керосином, моноэтаноламином и флотореагентом-оксалем, применяется для снижения противоприхватных свойств и улучшения смазочных свойств; спирт (полигликоль) применяется в качестве ингибитора глин и бактерицида. Однако указанные компоненты являются высокотоксичными веществами. Кроме того, недостатком данного состава является невозможность достижения структурно-механических и фильтрационных показателей утяжеленных буровых растворов, обеспечивающих безаварийное бурение скважин.

Известен биополимерный буровой раствор (патент РФ №2289603, C09K 8/10, опубликовано 20.12.2006 г.), включающий полимерный понизитель фильтрации, биополимер ксантанового типа, поверхностно-активное вещество, смазочную добавку и воду. Раствор содержит в качестве поверхностно-активного вещества и смазочной добавки этилендиамиды жирных кислот - продукт конденсации этилендиамина и фосфатидного концентрата, в качестве полимерного понизителя фильтрации - полианионную целлюлозу, или карбоксиметилцеллюлозу, или карбоксиметилоксиэтилцеллюлозу, или оксиэтилцеллюлозу, или гидролизованный полиакрилонитрил и дополнительно - гуматы щелочных металлов - углещелочной реагент УЩР или гуматно-калиевый реагент ГКР и соли щелочных и/или щелочноземельных металлов - KCl, NaCl, CaCl₂, MgCl₂, бишофит.

Недостатком данного состава является невозможность приготовления раствора плотностью выше 1,35 г/см³, что связано с природой растворимых солей. Также рассмотренный раствор обладает низкой термостойкостью, определяемой природой реагентов-стабилизаторов. Это ограничивает применимость данного раствора при аномально высоких пластовых давлениях (АВПД), где требуются растворы с большей плотностью.

Известны безглинистые утяжеленные промывочные системы, представляющие собой композиции солей различного состава, а также вододиспергируемого гидроколлоидного компонента, представляющего собой неионогенные ПАВ или производные полисахаридов. Так известен высокоминерализованный безглинистый буровой раствор для вскрытия продуктивных коллекторов, а также бурения глин, склонных к разупрочнению при бурении растворами на водной основе (патент РФ №2297435, C09K 8/08, опубликовано 20.04.2007). Этот раствор обладает высокими флокулирующими свойствами и используется для удаления шлама при очистке. Высокоминерализованный безглинистый буровой раствор, включающий в качестве утяжелителя формиат натрия, мраморный порошок и воду, содержит в качестве регулятора реологических свойств (пластической вязкости, динамического напряжения сдвига) и показателя фильтрации (Ф при 20°C, см³) сульфацелл.

Недостатком данного состава являются низкие структурно-механические характеристики (статическое напряжение сдвига (СНС) - τ₀) при чрезмерно высокой пластической вязкости раствора (η_пл), определяющей высокие гидродинамические сопротивления при его циркуляции в стволе скважины.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является биокатионный буровой раствор без твердой фазы с плотностью 1070-1520 кг/м³, обладающий высокими смазочными свойствами, характеризуемыми коэффициентом трения (К_тр) (патент РФ №2272824, C09K 8/08, опубликовано 27.03.2006). Биокатионный буровой раствор на водной основе, содержащий катионную гамму и полимерную присадку, в качестве катионной гаммы содержит хлориды кальция и натрия, а в качестве полимерной присадки - биополимер ксантанового ряда.

Недостатком данного состава является глубокое проникновение фильтрата биокатионного бурового раствора в продуктивные пласты, сопровождаемое образованием толстой фильтрационной корки, что обуславливает высокую вероятность прихватов бурового инструмента.

Проникновение фильтрата в пласт характеризует показатель фильтрации (Ф).

Решаемой задачей и ожидаемым техническим результатом предлагаемого изобретения является уменьшение показателя высокотемпературной фильтрации (Ф при 100°C, см³) высокоминерализованного утяжеленного бурового раствора на водной основе, в котором стабилизация системы бурового раствора обеспечивается термосолестойким реагентом - гидролизованным цианэтилированным поливиниловым спиртом с оксиэтилцеллюлозой, а утяжеление до плотности 1600 кг/м³ рассолами минеральных солей (CaCl₂, Ca(NO₃)₂, CaBr₂ в различных сочетаниях). При этом достигаются показатели высокотемпературной фильтрации раствора (Ф при 100°C, см³), обеспечивающие его работоспособность при температурах до 100°C.

Поставленная задача решается тем, что высокоминерализованный утяжеленный буровой раствор на водной основе включает воду, биополимер, смесь двух или трех солей кальция одноосновных кислот, карбонат кальция, смазочную добавку и полимерную композицию ЦЭПС-С, содержащую 80-90% мас. гидролизованного цианэтилированного поливинилового спирта, синтезируемого путем взаимодействия акрилонитрила с поливиниловым спиртом в водно-щелочной среде, и 10-20% мас. оксиэтилцеллюлозы, при следующем соотношении компонентов бурового раствора, мас.%:

биополимер 0,2-0,3 ЦЭПС-С указанного состава 0,2-0,3 смазочная добавка 0,5-1,0 карбонат кальция 3-5 смесь двух или трех солей кальция одноосновной кислоты 24-52 вода остальное

Указанная смесь солей кальция может содержать хлорид кальция в количестве 5-25 мас.% от массы бурового раствора и нитрат кальция в количестве 10-40 мас.% от массы бурового раствора, причем количества выбираются из указанных интервалов с учетом того, что указанная смесь солей кальция составляет 24-52 мас.% от массы бурового раствора.

Указанная смесь солей кальция может содержать хлорид кальция в количестве 5-25 мас.% от массы бурового раствора и бромид кальция в количестве 5-30 мас.% от массы бурового раствора, причем количества выбираются из указанных интервалов с учетом того, что указанная смесь солей кальция составляет 24-52 мас.% от массы бурового раствора.

Указанная смесь солей кальция может содержать нитрат кальция в количестве 10-40 мас.% от массы бурового раствора и бромид кальция в количестве 5-30 мас.% от массы бурового раствора, причем количества выбираются из указанных интервалов с учетом того, что указанная смесь солей кальция составляет 24-52 мас.% от массы бурового раствора.

Указанная смесь солей кальция может содержать нитрат кальция в количестве 10-40 мас.% от массы бурового раствора, хлорид кальция в количестве 5-25 мас.% от массы бурового раствора и бромид кальция в количестве 5-30 мас.% от массы бурового раствора, причем количества выбираются из указанных интервалов с учетом того, что указанная смесь солей кальция составляет 24-52 мас.% от массы бурового раствора.

Высокоминерализованный утяжеленный буровой раствор на водной основе готовится с применением следующих компонентов:

биополимер XG Polimer - по ТУ 2235-003-97176409-09, или Biosin - ТУ 2458-002-89193842-2008, или КЕМ-Х - производства американской фирмы «Kem-Tron», или Rhodopol 23Р - производство Франция;

ЦЭПС-С представляет собой гидролизованный цианэтилированный поливиниловый спирт, синтезируемый путем взаимодействия акрилонитрила (ГОСТ 11097-86) с поливиниловым спиртом (ГОСТ 10779-78) в водно-щелочной среде и содержащий оксиэтилцеллюлозу (ТУ 2231-013-32957739-01), при следующем соотношении компонентов, мас.%:

гидролизованный цианэтилированный поливиниловый спирт - 90-80;

оксиэтилцеллюлоза - 10-20;

смазочная добавка - ССД-2М по ТУ 2257-001-57029687-2006, или ATREN-FK по ТУ 2458-003-57258729-2004, или Глитал по ТУ 2458-019-32957739-01;

карбонат кальция - по ТУ 5743-001-53346358-98;

хлорид кальция - по ТУ 6-09-5077-83;

нитрат кальция - по ТУ 2181-039-324-96445-2010;

бромид кальция - по ТУ 6-09-186-75.

Также в качестве утяжеляющей добавки могут использоваться смеси нитратов, хлоридов и бромидов кальция следующих торговых наименований: Flosalt (ТУ 2235-001-91176400-12), Юнисалт-А (ТУ 2458-002-60370134-2011), КТЖ-1600 (ТУ 2458-001-41959430-2008), СГС-18 (ТУ 2458-002-84422077-2008).

Суть предлагаемого изобретения в создании высокоминерализованного утяжеленного бурового раствора на водной основе указанного выше состава, плотностью от 1300 до 1600 кг/м³ (таблицы 1, 2 и 3), который обеспечивает минимальный показатель высокотемпературной фильтрации (Ф при 100°C, см³) и приемлемые для безаварийного бурения реологические характеристики (η_пл, τ₀), смазочную способность бурового раствора (К_тр), минимальный показатель увлажняющей способности глин (П₀) для строительства пологих и горизонтальных скважин, сложенных высококоллоидальными глинистыми породами в пределах:

показатель высокотемпературной фильтрации (Ф при 100°C, см³)=3-5 см³, влияющий на глубину проникновения фильтра высокоминерализованного утяжеленного бурового раствора на водной основе в продуктивные пласты; при этом остальные параметры изменяются в пределах:

пластическая вязкость (η_пл) при 20°C=8-50 мПа·с;

динамическое напряжение сдвига (τ₀) при 20°C=40-150 дПа;

увлажняющая способность глин (П₀)=0,01-0,03 м/ч;

благодаря использованию смазочной добавки ССД-2М или ATREN-FK, или Глитал коэффициент трения изменяется в пределах (К_тр)=0,017-0,034 ед., что иллюстрируется приведенными ниже таблицами.

В таблицах 4 и 5 приведены примеры тестовых испытаний высокоминерализованных утяжеленных буровых растворов на водной основе.

Результаты, приведенные в таблице 5, подтверждают, что лучшими по сравнению с прототипом показателями фильтрации обладает разработанный высокоминерализованный утяжеленный буровой раствор на водной основе.

Приготовление высокоминерализованного утяжеленного бурового раствора на водной основе производилось следующим образом. Сначала, исходя из требующейся плотности раствора, к расчетному количеству воды добавлялось расчетное количество соли (смеси солей), после перемешивания до полного растворения (5-10 мин) в раствор также с перемешиванием до полного растворения (5-10 мин) вводились реагенты: биополимер, ЦЭПС-С, смазочная добавка (ССД-2М), карбонат кальция.

Результаты измерений параметров растворов, производившиеся на стандартном оборудовании по методикам ANSI/API RP 13В-1/ISO 10414-1 и РД 39-00147001-773-2004, показали, что разработанный высокоминерализованный утяжеленный буровой раствор на водной основе обеспечивает решение поставленной задач, что дает основание использовать его для бурения нефтяных и газовых скважин.

Изобретение относится к области бурения нефтяных и газовых скважин. Технический результат - уменьшение показателя высокотемпературной фильтрации бурового раствора. Высокоминерализованный утяжеленный буровой раствор на водной основе включает воду, биополимер, смесь двух или трех солей кальция одноосновных кислот и дополнительно - карбонат кальция, смазочную добавку и полимерную композицию ЦЭПС-С, содержащую 80-90 мас.% гидролизованного цианэтилированного поливинилового спирта, синтезируемого путем взаимодействия акрилонитрила с поливиниловым спиртом в водно-щелочной среде, и 10-20 мас.% оксиэтилцеллюлозы, при следующем соотношении компонентов бурового раствора, мас.%: биополимер 0,2-0,3, ЦЭПС-С указанного состава 0,2-0,3, карбонат кальция 3-5, смазочная добавка 0,5-1,0, смесь двух или трех солей кальция одноосновных кислот 24-52, вода остальное. 4 з.п. ф-лы, 5 табл.

1. Высокоминерализованный утяжеленный буровой раствор на водной основе, включающий воду, биополимер, смесь двух или трех солей кальция одноосновных кислот и дополнительно карбонат кальция, смазочную добавку и полимерную композицию ЦЭПС-С, содержащую 80-90 мас.% гидролизованного цианэтилированного поливинилового спирта, синтезируемого путем взаимодействия акрилонитрила с поливиниловым спиртом в водно-щелочной среде, и 10-20 мас.% оксиэтилцеллюлозы, при следующем соотношении компонентов бурового раствора, мас.%:
биополимер 0,2-0,3 ЦЭПС-С указанного состава 0,2-0,3 смазочная добавка 0,5-1,0 карбонат кальция 3-5 смесь двух или трех солей кальция одноосновных кислот 24-52 вода остальное

2. Раствор по п.1, отличающийся тем, что смесь солей кальция содержит хлорид кальция в количестве 5-25 мас.% от массы бурового раствора и нитрат кальция в количестве 10-40 мас.% от массы бурового раствора, причем количества выбирают из указанных интервалов с учетом того, что указанная смесь солей кальция составляет 24-52 мас.% от массы бурового раствора.

3. Раствор по п.1, отличающийся тем, что смесь солей кальция содержит хлорид кальция в количестве 5-25 мас.% от массы бурового раствора и бромид кальция в количестве 5-30 мас.% от массы бурового раствора, причем количества выбирают из указанных интервалов с учетом того, что указанная смесь солей кальция составляет 24-52 мас.% от массы бурового раствора.

4. Раствор по п.1, отличающийся тем, что смесь солей кальция содержит нитрат кальция в количестве 10-40 мас.% от массы бурового раствора и бромид кальция в количестве 5-30 мас.% от массы бурового раствора, причем количества выбирают из указанных интервалов с учетом того, что указанная смесь солей кальция составляет 24-52 мас.% от массы бурового раствора.

5. Раствор по п.1, отличающийся тем, что смесь солей кальция содержит нитрат кальция в количестве 10-40 мас.% от массы бурового раствора, хлорид кальция в количестве 5-25 мас.% от массы бурового раствора и бромид кальция в количестве 5-30 мас.% от массы бурового раствора, причем количества выбирают из указанных интервалов с учетом того, что указанная смесь солей кальция составляет 24-52 мас.% от массы бурового раствора.