ОБЛЕГЧЕННЫЙ БУРОВОЙ РАСТВОР (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2019 года по МПК C09K8/08 

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к буровым растворам, промывочным и технологическим жидкостям, используемым для бурения и капитального ремонта скважин с низкими и аномально низкими пластовыми давлениями на сероводородсодержащих нефтяных, газовых и газоконденсатных месторождениях.

Актуальность применения облегченных буровых растворов обусловлена необходимостью разработки нефтяных, газовых и газоконденсатных месторождений на режиме истощения с низкими и аномально низкими пластовыми давлениями, которая предусматривает ведение работ по бурению и капитальному ремонту на скважинах в зонах пониженного пластового давления, где существует высокая вероятность катастрофических поглощений бурового раствора.

Анализ существующего уровня техники и технической литературы показал следующее.

Известен буровой раствор низкой плотности, содержащий мас. %: известь негашеная - 3-4; гидроксиэтилцеллюлоза - 0,3-0,5; сода каустическая - 0,3-0,5; вода пресная (техническая) или минерализованный рассол (рапа) - остальное.

Недостатками известного бурового раствора низкой плотности для сероводородсодержащих месторождений являются отсутствие возможности создания давления столба жидкости в скважине ниже гидростатического, а также отсутствие возможности применения в составе бурового раствора нейтрализатора сероводорода ввиду его высокой плотности. К дополнительным недостаткам известного бурового раствора можно отнести отсутствие возможности повторного применения бурового раствора после насыщения его сероводородом, что приводит к значительным затратам на складирование, транспортировку и утилизацию отработанного бурового раствора, увеличивает затраты времени на приготовление, дополнительную обработку бурового раствора в процессе бурения и капитального ремонта для поддержания необходимых параметров бурового раствора.

Наиболее близким аналогом, выбранным в качестве прототипа заявляемого решения, является облегченный минерализованный буровой раствор (патент РФ №2486224 «Облегченный минерализованный буровой раствор», С09К 8/20, опубликовано 27.06.2013), содержащий мас. %: глинопорошок - 4-6; стабилизатор - солестойкая карбоксиметилцеллюлоза - 0,3-1; модифицированный крахмал - 0,8-1,2; хлористый натрий - 1-20; хлористый калий - 3-7; щелочь - 0,01-0,02; лигносульфонатный реагент - 1-2; силикатные микросферы - 4,5-6; вода пресная (техническая) - остальное.

Несмотря на то, что указанный облегченный минерализованный буровой раствор имеет плотность меньше 1 г/см³ и необходимую морозостойкость, его состав не может считаться технологически целесообразным и экономически выгодным, так как для обеспечения стабильности этих показателей облегченный минерализованный буровой раствор содержит восемь компонентов кроме воды. Это усложняет способ приготовления, увеличивает затраты времени на приготовление, а также на дополнительную обработку в процессе бурения или капитального ремонта для поддержания необходимых параметров. Отсутствие в составе облегченного минерализованного бурового раствора нейтрализатора сероводорода ограничивает область его применения при бурении или капитальном ремонте скважин на сероводородсодержащих месторождениях в условиях низких и аномально низких пластовых давлениях.

Основной технической задачей заявляемого изобретения является повышение качества облегченного бурового раствора, проявляющееся в улучшении его структурно-реологических свойств, обеспечивающих предотвращение поглощения бурового раствора, морозостойкость, нейтрализацию сероводорода, входящего в состав пластовой смеси, снижение отрицательной экологической нагрузки на объекты природной среды.

Поставленная задача достигается тем, что облегченный буровой раствор, содержащий мел технический, крахмал модифицированный, ксантановый биополимер, натр едкий технический и воду или минерализованный рассол (рапа), дополнительно содержит специально разработанные полые стеклянные микросферы из натрий-боросиликатного стекла для снижения плотности облегченного бурового раствора меньше или равной 1 г/см³ и нейтрализатор сероводорода ЖС-7 при следующем соотношении компонентов, мас.%:

- по первому варианту облегченный буровой раствор содержит мел технический - 3; крахмал модифицированный - 4; нейтрализатор сероводорода ЖС-7 - 2; ксантановый биополимер - 0,1; натр едкий технический - 0,1; полые стеклянные микросферы из натрий-боросиликатного стекла - 5-10; вода пресная (техническая) - остальное;

- по второму варианту облегченный буровой раствор содержит мел технический - 3; крахмал модифицированный - 4; нейтрализатор сероводорода ЖС-7 - 2; ксантановый биополимер - 0,1; натр едкий технический - 0,1; полые стеклянные микросферы из натрий-боросиликатного стекла - 5-10; минерализованный рассол (рапа) - остальное;

- по третьему варианту облегченный буровой раствор содержит крахмал модифицированный - 4; нейтрализатор сероводорода ЖС-7 - 2; ксантановый биополимер - 0,1; натр едкий технический - 0,1; полые стеклянные микросферы из натрий-боросиликатного стекла - 5-10; вода пресная (техническая) - остальное.

В заявляемом изобретении в качестве коркообразователя облегченного бурового раствора используется мел технический (например, мел технический «МТД-2» по ТУ 5743-008-05120542-96). Мел технический представляет собой мелкозернистый порошок белого цвета, хорошо растворимый в воде. Увеличение процентного содержания мела технического свыше заявленного в изобретении способствует увеличению вязкости облегченного бурового раствора и количества содержания твердой фазы в нем, что приводит к увеличению высоты фильтрационной корки и увеличению плотности облегченного бурового раствора.

Возможно исключение из компонентного состава облегченного бурового раствора мела технического (состав облегченного бурового раствора по третьему варианту) в случае отсутствия необходимости в коркообразовании и наличии требований по применению бурового раствора без твердой фазы для минимизации отрицательного воздействия на коллекторские свойства пласта.

Для снижения водоотдачи облегченного бурового раствора используют модифицированный крахмал (например, «ФИТО-РК» по ГОСТ 32902-2014). Использование в составе бурового раствора модифицированного крахмала менее 4 мас. % приводит к увеличению водоотдачи. Увеличение же его значения более 4 мас. % приводит к значительному увеличению вязкости облегченного бурового раствора.

В качестве регулятора реологических свойств облегченного бурового раствора используют ксантановый биополимер (например, биополимер «Биоксан» по ТУ 2123-004-56864391-2009). Использование ксантанового биополимера в объеме 0,1 мас. % приводит к увеличению реологических параметров, таких как вязкость и стабильность облегченного бурового раствора. Содержание в облегченном буровом растворе ксантанового биополимера более 0,1 мас. % экономически и технологически нецелесообразно, так как существенного улучшения реологических свойств, при увеличении количества этого компонента не происходит.

Для поддержания требуемого рН в диапазоне 9-10 ед. используют натр едкий технический (например, натр едкий технический по ГОСТ Р 55064-2012). Оптимальная концентрация натра едкого технического составляет 0,1 мас. %. Уменьшение или увеличение концентрации натра едкого технического приводит соответственно к снижению или увеличению рН облегченного бурового раствора.

Величина рН характеризует кислотность или щелочность облегченного бурового раствора. Известно, что большинство химреагентов буровых растворов эффективно действует только при рН больше 7 ед.

Введение реагента ЖС-7 по ТУ 2123-004-56864391-2009 до 2 мас. % обеспечивает нейтрализацию сероводорода, входящего в состав пластовой смеси, при поступлении его в буровой раствор.

Реагент ЖС-7 представляет собой тонкодисперсный порошок, бурого цвета. Реагент активно взаимодействует в буровом растворе с сероводородом, образуя нерастворимые соединения, и предотвращает выход свободного сероводорода на дневную поверхность. Исходя из анализа применения реагента ЖС-7 на Астраханском ГКМ для нейтрализации сероводорода и сульфидов в облегченном буровом растворе, указанная выше концентрация удовлетворяет нормам безопасного ведения буровых работ в условиях сероводородной агрессии.

Для обеспечения морозостойкости - предотвращения замерзания облегченного бурового раствора в зимний период, в качестве дисперсионной среды (основы) облегченного бурового раствора применяют насыщенный хлоридом натрия минерализованный рассол (рапа).

Для снижения плотности предлагаемого облегченного бурового раствора используют полые стеклянные микросферы из натрий-боросиликатного стекла (например, HGS8000X или БРО-1МС по ТУ 2458-06-34356033-2016), имеющих насыпную плотность 0,12-0,63 г/см³, прочность на сжатие до 551,6 атм., термостабильность до 600°С.

Полые стеклянные микросферы - химически стойкие, нерастворимые в воде и углеводородах, экологически безопасные. Также возможно использование других микросфер близких по свойствам и составу.

Ввод полых стеклянных микросфер из натрий-боросиликатного стекла в объеме 5-10 мас. % обеспечивает оптимальную плотность

предлагаемого облегченного бурового раствора. Добавление полых стеклянных микросфер из натрий-боросиликатного стекла более 10 мас. % приводит к увеличению вязкости облегченного бурового раствора, вплоть до нетекучего состояния. Содержание полых стеклянных микросфер из натрий-боросиликатного стекла в облегченном буровом растворе меньше 5 мас. % приводит к несущественному снижению плотности раствора.

Применение полых стеклянных микросфер из натрий-боросиликатного стекла в качестве добавки к составам облегченных буровых растворов заявляемого изобретении, позволяет добиться плотности облегченного бурового раствора меньше или равной 1 г/см³, предотвратить поглощение облегченных буровых растворов при выполнении внутрискважинных работ за счет снижения гидростатического давления столба бурового раствора на пласт, что обеспечит сохранение фильтрационно-емкостных свойств продуктивного пласта за счет проведения внутрискважинных работ на балансе давления скважина - пласт.

В результате того, что предотвращается поглощение облегченного бурового раствора, снижаются затраты времени на его повторное приготовление.

Наличие в составах предлагаемого облегченного бурового раствора нейтрализатора ЖС-7 повышает безопасность проведения работ по бурению и капитальному ремонту скважин за счет нейтрализации сероводорода, который может высвобождаться и появляться на поверхности бурового раствора, что может привести к появлению в рабочей зоне технологического объекта (скважины) вредных для здоровья и жизни людей газообразных отравляющих веществ. Заявляемый облегченный буровой раствор экологически безопасен, так как включает ингредиенты 4 класса опасности.

Таким образом, предлагаемым в качестве изобретения облегченным буровым растворам (варианты) обеспечивается достижение заявляемого технического результата. Не выявлены по имеющимся источникам технические решения, имеющие признаки, совпадающие с отличительными признаками предлагаемого изобретения по заявляемому техническому результату. Заявляемый облегченный буровой раствор (варианты) соответствует условию изобретательского уровня. Что касается соответствия такому критерию, как «промышленная применимость», то проведенная опытно-промышленная проверка на семи скважинах Астраханского газоконденсатного месторождения, в процессе проведения капитального ремонта скважин, показала возможность применения изобретения с заявленной совокупностью существенных признаков.

Заявленный облегченный буровой раствор (варианты) низкой плотности для бурения и капитального ремонта нефтяных и газовых скважин с низкими и аномально низкими пластовыми давлениями на нефтяных, газовых, газоконденсатных и сероводородсодержащих месторождениях готовят следующим образом.

В воду пресную - техническую или минерализованный рассол (рапу) добавляют натр едкий технический, далее при постоянном перемешивании при необходимости вводят мел технический, затем добавляют модифицированный крахмал, ксантановый биополимер и нейтрализатор сероводорода ЖС-7. Полученный буровой раствор продолжают перемешивать до окончания взаимодействия компонентов, что фиксируется прекращением повышения вязкости бурового раствора. Далее в полученный буровой раствор при постоянном перемешивании добавляют полые стеклянные микросферы из натрий-боросиликатного стекла до получения однородного стабильного раствора требуемой плотности. Все компоненты вводят в сухом виде. Варианты составов заявляемого облегченного бурового раствора представлены в таблице 1.

В соответствии с приведенными вариантами готовят различные составы облегченных буровых растворов низкой плотности, отличающиеся следующими техническими параметрами, представленными в таблице 2.

Технический результат изобретения заключается в разработке состава облегченного бурового раствора с оптимальными структурно-реологическими свойствами для применения на сероводородсодержащих нефтяных, газовых и газоконденсатных месторождениях с низкими и аномально низкими пластовыми давлениями, обеспечивающего предотвращение поглощений облегченного бурового раствора при проведении внутрискважинных работ, морозостойкость, нейтрализацию сероводорода, а также минимизацию негативной экологической нагрузки на окружающую среду.

Группа изобретений относится к нефтегазодобывающей промышленности. Технический результат - оптимальные структурно-реологические свойства бурового раствора для применения на сероводородсодержащих нефтяных, газовых и газоконденсатных месторождениях с низкими и аномально низкими пластовыми давлениями, предотвращение поглощений бурового раствора при проведении внутрискважинных работ, морозостойкость, нейтрализация сероводорода, минимизация негативной экологической нагрузки на окружающую среду. Облегченный буровой раствор по первому варианту включает, мас.%: мел технический 3; крахмал модифицированный 4; нейтрализатор сероводорода ЖС-7 2; ксантановый биополимер 0,1; натр едкий технический 0,1; полые стеклянные микросферы из натрий-боросиликатного стекла 5-10; воду пресную техническую 80,8-85,8. Облегченный буровой раствор по второму варианту включает, мас.%: мел технический 3; крахмал модифицированный 4; нейтрализатор сероводорода ЖС-7 2; ксантановый биополимер 0,1; натр едкий технический 0,1; полые стеклянные микросферы из натрий-боросиликатного стекла 5-10; рапу 80,8-85,8. Облегченный буровой раствор по третьему варианту включает, мас.%: крахмал модифицированный 4; нейтрализатор сероводорода ЖС-7 2; ксантановый биополимер 0,1; натр едкий технический 0,1; полые стеклянные микросферы из натрий-боросиликатного стекла 5-10; воду пресную техническую 83,8-88,8. 3 н.п. ф-лы, 2 табл.

1. Облегченный буровой раствор, включающий крахмал модифицированный, натр едкий технический, полые стеклянные микросферы из натрий-боросиликатного стекла и воду пресную техническую, отличающийся тем, что дополнительно содержит мел технический, ксантановый биополимер и нейтрализатор сероводорода ЖС-7 при следующем соотношении компонентов, мас.%:

мел технический 3 крахмал модифицированный 4 нейтрализатор сероводорода ЖС-7 2 ксантановый биополимер 0,1 натр едкий технический 0,1 полые стеклянные микросферы из натрий- боросиликатного стекла 5-10 вода пресная техническая 80,8-85,8

2. Облегченный буровой раствор, включающий крахмал модифицированный, натр едкий технический, полые стеклянные микросферы из натрий-боросиликатного стекла и минерализованный рассол, отличающийся тем, что дополнительно содержит мел технический, ксантановый биополимер и нейтрализатор сероводорода ЖС-7, а в качестве минерализованного рассола содержит рапу при следующем соотношении компонентов, мас.%:

мел технический 3 крахмал модифицированный 4 нейтрализатор сероводорода ЖС-7 2 ксантановый биополимер 0,1 натр едкий технический 0,1 полые стеклянные микросферы из натрий- боросиликатного стекла 5-10 рапа 80,8-85,8

3. Облегченный буровой раствор, включающий крахмал модифицированный, натр едкий технический, полые стеклянные микросферы из натрий-боросиликатного стекла и воду пресную техническую, отличающийся тем, что дополнительно содержит ксантановый биополимер и нейтрализатор сероводорода ЖС-7 при следующем соотношении компонентов, мас.%:

крахмал модифицированный 4 нейтрализатор сероводорода ЖС-7 2 ксантановый биополимер 0,1 натр едкий технический 0,1 полые стеклянные микросферы из натрий- боросиликатного стекла 5-10 вода пресная техническая 83,8-88,8