БУРОВОЙ РАСТВОР ДЛЯ СТРОИТЕЛЬСТВА СКВАЖИН В УСЛОВИЯХ АНОМАЛЬНО ВЫСОКИХ ПЛАСТОВЫХ ДАВЛЕНИЙ И ПОВЫШЕННЫХ ТЕМПЕРАТУР Российский патент 2020 года по МПК C09K8/08 

Изобретение относится к строительству нефтяных и газовых скважин, а именно к буровым растворам на водной основе, применяемым при строительстве, заканчивании и капитальном ремонте скважин в условиях аномально высоких пластовых давлений и повышенных температур.

Известны буровые растворы, предназначенные для строительства скважин в условиях аномально высоких пластовых давлений и температур, содержащие формиаты щелочных металлов в качестве утяжеляющей добавки (патенты: RU 2215016, RU 2277570, RU 2277571, RU 2655276).

Недостатками указанных буровых растворов являются их недостаточная плотность (RU 2277570, RU 2277571) и/или высокие структурно-реологические свойства (RU 2215016, RU 2655276), что связано с большим содержанием формиата - 37,00-83,00 мас. % в зависимости от требуемой плотности раствора.

Состав бурового раствора по патенту RU 2215016, мас. %:

Полисахаридный реагент или смесь полисахаридных реагентов 0,10-7,00 Соль муравьиной кислоты щелочного металла 45,00-83,00 (плотность раствора 1,35-2,30 г/см³) Вода Остальное

Состав бурового раствора по патенту RU 2277570, мас. %:

Формиат натрия 9,00-44,00 (плотность раствора до 1,42 г/см³) Полимер Fito-PK 3,00-5,00 Мраморный порошок 0,00-10,00 Вода Остальное

Состав бурового раствора по патенту RU 2277571, мас. %:

Формиат натрия 13,00-4,00 (плотность раствора до 1,45 г/см³) Карбоксилметилкрахмал 3,00-5,00 Мраморный порошок 0-14,00 Вода Остальное

Состав бурового раствора по патенту RU 2655276, мас. %:

Формиат натрия 37,00-42,00 Полисахарид ксантанового типа 0,27-0,32 Модифицированный крахмал 0,84-1,06 Гидрофобизирующая жидкость 0,69-1,01 Смазывающая добавка 1,63-1,97 Галенитовый утяжелитель сверх 100 мас. % (плотность раствора до 1,90-2,60 г/см³)

Известен буровой раствор, содержащий в качестве основной утяжеляющей добавки поташ или формиат натрия, мраморный порошок для утяжеления и кольматации, баритовый утяжелитель для доутяжеления до требуемой плотности (патент RU 2440397).

Состав бурового раствора по патенту RU 2440397, мас. %:

Соль щелочного металла органической кислоты - поташ или формиат натрия 10,00-50,00 (достигаемая плотность раствора 1,22-1,80 г/см³) Биополимер КК Робус 0,40-0,45 Модифицированный крахмал КРЭМ 1,00-1,10 Гидрофобизирующая жидкость Основа-ГС 0,25-0,30 Комплексная смазочная добавка КСД 1,00-1,50 Вода 87,35-46,65 Мраморный порошок 30,00-65,00 сверх 100 Баритовый утяжелитель до 65,00 сверх 100

В известном буровом растворе (патент RU 2440397) формиат натрия применяется в большом количестве и в качестве основной утяжеляющей добавки. При этом максимальная плотность раствора составляет 1,60-1,80 г/см³ при содержании формиата натрия 40,00-50,00 мас. %.

Основными недостатками данного бурового раствора является недостаточная максимальная плотность и большое содержание формиата натрия, что приводит к увеличению стоимости раствора и ухудшению структурно-реологических свойств.

Наиболее близким к заявляемому технологическим решением является буровой раствор (RU 2291182), содержащий 1,00-3,00% глины, 10,00-60,00% барита, в качестве реагента-стабилизатора 10,00-30,00% формиата натрия, в качестве регулятора реологических и фильтрационных свойств 1,00-5,00% карбоксиметилированного крахмала, и воду - остальное. Этот буровой раствор предназначен для вскрытия бурением зон с аномально высокими пластовыми давлениями. Известный буровой раствор, по данным патентообладателя, обладает повышенными флокулирующими свойствами для удаления шлама при очистке, скоростями бурения и термостойкостью при вскрытии зон с аномально высокими пластовыми давлениями.

Недостатками данного бурового раствора являются высокие структурно-реологические свойства, в частности, высокая пластическая вязкость.

Аномально высоким пластовым давлениям зачастую сопутствуют повышенные пластовые температуры и минимальная разница между градиентами пластового давления и давления гидроразрыва пласта. По этим причинам применяемый буровой раствор должен обладать, кроме высокой плотности и термостабильности, еще и низкими гидравлическими сопротивлениями течению.

Известный буровой раствор не обеспечивает необходимые структурно-реологические свойства для строительства скважин в условиях аномально высоких пластовых давлений (таблица 2).

В таблице 1 приведены концентрации ингредиентов в заявленном и в известном буровых растворах.

В таблице 2 приведены параметры бурового раствора, измеренные у воспроизведенных составов, представленных в патенте прототипа, и параметры заявленного бурового раствора. Из данных таблицы 2 видно, что известный буровой раствор обладает неудовлетворительными структурно-реологическими свойствами.

Задачей изобретения является создание бурового раствора с высокой плотностью и термостойкостью, высокой ингибирующей способностью, обладающего реологическими свойствами, позволяющими производить строительство скважин в условиях минимальной разницы между градиентами пластового давления и давления гидроразрыва пласта.

Технический результат, достигаемый предлагаемым изобретением, заключается в обеспечении безаварийного строительства скважин в условиях аномально высоких пластовых давлений, за счет получения оптимальных структурно-реологических свойств утяжеленного баритом бурового раствора, достигаемых при совместном применении формиата калия и хлорида калия, высокой плотности и термостабильности бурового раствора, седиментационной устойчивости и высокой ингибирующей способностью бурового раствора по отношению к процессу гидратации глин, устойчивости к биодеструкции и хороших смазочных свойств.

Указанный технический результат достигается тем, что раствор включает полимеры полисахаридной природы и лигносульфонат, баритовый утяжелитель, молотый мрамор, формиат калия, хлорид калия при следующем содержании компонентов, мас. %:

Ксантановый биополимер - 0,08-0,22 Крахмальный реагент - 0,28-0,76 Лигносульфонат - 0,30-0,82 Хлорид калия- 2,38-6,56 Формиат калия - 8,06-22,18 Молотый мрамор - 1,98-5,46 Баритовый утяжелитель - до 63,70 Вода - 23,22-63,92

Формиат калия в оптимальной концентрации обеспечивает седиментационную стабильность и термостабильность свойств раствора до 150°С, помимо этого, формиат калия придает раствору высокую ингибирующую способность по отношению к процессу гидратации глин и хорошие смазочные свойства. Оптимизация содержания формиата калия также позволяет обеспечить невысокую стоимость бурового раствора. Низкие гидравлические сопротивления течению раствора достигаются за счет применения ксантанового биополимера и крахмального реагента, придающих раствору псевдопластичные свойства, при которых вязкость раствора уменьшается при увеличении скорости сдвига, за счет чего раствор обладает высокой удерживающий и выносящей способностью. Для снижения гидравлических сопротивлений раствора, повышающихся при добавлении формиата калия, в раствор входит добавка хлорида калия, эффективно пептизирующая раствор и снижающая негативное влияние формиата калия на структурно-реологические свойства баритового раствора.

В состав заявленного раствора входят химические реагенты, представленные в таблице 3.

Состав заявленного бурового раствора представлен в таблице 4.

На фиг. 1 представлена комбинированная диаграмма для определения содержания баритового утяжелителя и воды в заявленном буровом растворе требуемой плотности.

Источники информации:

1. RU 2215016, 11.03.2002 г., C09K 7/02, опубл.27.10.2003 Бюл.№30;

2. RU 2277571, 06.12.2004 г., C09K 8/08, опубл. 10.06.2006 Бюл. №16;

3. RU 2277570, 26.11.2004 г., C09K 8/04, опубл. 10.06.2006 Бюл.№16;

4. RU 2655276, 29.03.2017 г., C09K 8/20, опубл. 24.05.2018 Бюл.№15;

5. RU 2440397, 29.03.2017 г., C09K 8/08, опубл. 20.01.2012 Бюл.№2

6. RU 2291182, 28.06.2005 г., C09K 8/20, опубл. 10.01.2007 Бюл.№1

Изобретение относится к строительству нефтяных и газовых скважин. Технический результат - высокая седиментационная стабильность при повышенных температурах и возможность утяжеления бурового раствора до плотности 2,30 г/см³, термостабильность до 150°С, высокая ингибирующая способность процесса гидратации глин, устойчивость к биодеструкции, хорошие смазочные свойства. Буровой раствор для строительства скважин в условиях аномально высоких пластовых давлений и повышенных температур включает, мас.%: ксантановый биополимер 0,08-0,22; крахмальный реагент 0,28-0,76; лигносульфонат 0,30-0,82; хлорид калия 2,38-6,56; формиат калия 8,06-22,18; молотый мрамор 1,98-5,46; баритовый утяжелитель до 63,70; воду 23,22-63,92. 1 ил., 4 табл.

Буровой раствор для строительства скважин в условиях аномально высоких пластовых давлений и повышенных температур, включающий полимеры полисахаридной природы и лигносульфонат, баритовый утяжелитель, молотый мрамор, формиат калия, хлорид калия при следующем содержании компонентов, мас.%:

Ксантановый биополимер 0,08-0,22 Крахмальный реагент 0,28-0,76 Лигносульфонат 0,30-0,82 Хлорид калия 2,38-6,56 Формиат калия 8,06-22,18 Молотый мрамор 1,98-5,46 Баритовый утяжелитель до 63,70 Вода 23,22-63,92