СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КАЧЕСТВА БУРОВЫХ БИОПОЛИМЕРНЫХ РЕАГЕНТОВ НА ОСНОВЕ КАМЕДЕЙ Российский патент 2023 года по МПК E21B21/00 G01N11/02 

Изобретение относится к бурению, а именно к буровым растворам на основе биополимерных реагентов, включающим камедь.

При бурении горизонтальных скважин широкое применение получили реологически сконструированные системы буровых растворов на основе биополимерного реагента на основе камедей. Практически все биополимерные реагенты на основе камедей обладают небходимыми реологическими и псевдопластичными свойствами для обеспечения эффективной очистки горизонтального ствола от частиц выбуренной породы, улучшают смазочные свойства раствора и не оказывают загрязняющего действия на продуктивный пласт.

Однако не всегда подтверждаются результаты лабораторных исследований псевдопластичных свойств биополимерных реагентов на основе камедей. Некоторые из них утрачивали псевдопластичные свойства после 70-100 м бурения горизонтальными стволами, что приводило к резкому ухудшению реологических характеристик бурового раствора, соответственно, могло повлечь аварийную ситуацию, так как низкие значения реологии бурового раствора способствуют образованию шламовых «подушек», неэффективному выносу выбуренной породы на поверхность, затяжкам и посадкам бурильного инструмента. Кроме того, для достижения проектных значений реологии и псевдопластики биополимерных растворов необходимо регулярно обрабатывать их биополимерными реагентами на основе камедей, что приводит к дополнительному незапланированному расходу реагентов и, как следствие, удорожанию работ по строительству нефтегазовых скважин.

Технической проблемой, решаемой изобретением, является разработка способа отбора биополимерных реагентов на основе камедей, псевдопластичные свойства которых были бы стабильны в течение всего интервала бурения (70-100 м), до их применения в промысловых условиях.

Технический результат - обеспечение стабильных псевдопластичных свойств биополимерных реагентов на основе камедей в процессе бурения во всем интервале бурения (70-100 м).

Проблема решается, а технический результат достигается способом определения качества буровых биополимерных реагентов на основе камедей, включающим приготовление минимум двух водных растворов разных камедей концентрацией 0,3% на технической воде, перемешивание в течение 3-4 часов, после которого проводят измерения на 6 или 12-ти скоростном ротационном вискозиметре псевдопластичных параметров каждого полученного раствора, а именно, коэффициента нелинейности, показателя консистенции, пластической вязкости при низких скоростях сдвига (ВНСС), после чего создают сдвиговую нагрузку для каждого раствора на смесителе при 15000 об/мин в течение 5-10 мин, измеряют псевдопластичные параметры растворов после сдвиговой нагрузки, отбирают растворы с параметрами, лежащими в пределах:

Коэффициент нелинейности 0,3-0,45; Показатель консистенции 6-9 Па⋅cⁿ; ВНСС 25000-30000 мПа⋅с.

Технический результат достигается следующим.

Приготовленный в лабораторных условиях буровой раствор биополимерных реагентов на основе камедей подвергают интенсивным сдвиговым нагрузкам на перемешивателе-миксере при 15000 об/мин в течение 5-10 мин, что аналогично процессу бурения в интервале 50-100 м, поскольку при турбинном способе бурения вращение долота, при выходе из которого буровой раствор претерпевает наибольшие сдвиговые нагрузки, составляет в среднем 150-250 об/мин. При бурении 70-100 м со средней скоростью 9-10 м/час буровой раствор будет испытывать в течение 7,8-10,0 часов сдвиговые нагрузки 70200-150000 об/мин, что соответствует сдвиговым нагрузкам на перемешивателе-миксере при 15000 об/мин в течение 5-10 мин. Сравнение псевдопластичных параметров биополимерных растворов до и после претерпевания ими интенсивных сдвиговых нагрузок позволяет отобрать более качественные и стабильные биополимеры на основе камедей на этапе проведения лабораторных экспериментальных исследований до их применения в промысловых условиях. Выбирают растворы, показатели которых не меняются в худшую сторону после испытаний и находятся в указанных пределах, необходимых для обеспечения стабильных псевдопластичных свойств биополимерных реагентов на основе камедей в процессе бурения во всем интервале бурения (70-100 м). Диапазоны значений реологических параметров n, К и ВНСС, характеризующих необходимые для бурового раствора псевдопластичные свойства, обосновываются Национальным стандартом Российской федерации (ГОСТ Р 56946-2016).

Способ осуществляют следующим образом.

Готовят водные растворы биополимерных реагентов на основе камедей различных производителей концентрацией 0,3%. На 1000 мл воды вводится 3 грамма реагента, данная концентрация является «рабочей» концентрацией биополимерных реагентов на основе камедей в составе буровых растворов, применяемых в промысловых условиях согласно Программам промывки при бурении нефтегазовых скважин или согласно Национальному стандарту Российской федерации (ГОСТ Р 56946-2016). Водные 0,3% растворы отличаются друг от друга вводимыми в них биополимерными реагентами на основе камедей различного производства, которые должны в сухом порошкообразном виде в количестве 3 гр вводиться в техническую воду объемом 1000 мл и перемешиваться (при комнатной температуре).

Далее измеряют на 12-ти или 6-ти скоростном ротационном вискозиметре (например, на вискозиметре Брукфильда) псевдопластичные параметры каждого полученного раствора, а именно, коэффициент нелинейности, показатель консистенции, пластической вязкости при низких скоростях сдвига (ВНСС). Создают сдвиговую нагрузку для каждого раствора на смесителе (например, Multi-Mixer Hamillton) при 15000 об/мин в течение 10 мин, измеряют псевдопластичные параметры растворов после сдвиговой нагрузки и отбирают растворы с параметрами, лежащими в пределах:

Коэффициент нелинейности 0,3-0,45; Показатель консистенции 6-9 Па⋅cⁿ; ВНСС 25000-30000 мПа⋅с.

Представленные ниже примеры показывают результаты испытаний растворов и показывают изменение значений коэффициента нелинейности, показателя консистенции, пластической вязкости в зависимости от скорости сдвига водных растворов биополимерных реагентов №1, №2, №3 «рабочей» концентрации 0,3% до и после интенсивного перемешивания в течение 10 мин.

Пример 1. Водный раствор биополимерного реагента №1 на основе камеди (пресная техническая вода 997 мл +3 г камеди Робу с («Промсервис-РБС», Республика Чувашия) с «рабочей» концентрации 0,3% подвергался сдвиговой нагрузке в течение 10 мин.

Из таблицы видно, что реологические и псевдопластичные свойства водного раствора биополимерного реагента №1 на основе камеди ухудшились на 18-44%.

Пример 2. Водный раствор биополимерного реагента №2 на основе камеди (пресная техническая вода 997 мл +3 г камеди Kelzan XCD («СР Kelco», США) с «рабочей» концентрации 0,3% подвергался сдвиговой нагрузке в течение 10 мин.

Реологические и псевдопластичные свойства водного раствора биополимерного реагента №2 на основе камеди ухудшились на 9-19%.

Пример 3. Водный раствор биополимерного реагента №3 на основе камеди (пресная техническая вода 997 мл +3 г камеди Xanthan Gum IV (ООО «НПО Полибент», г. Москва) с «рабочей» концентрации 0,3% интенсивно подвергался сдвиговой нагрузке в течение 10 мин.

Реологические и псевдопластичные свойства 0,3% водного раствора биополимерного реагента №3 на основе камеди ухудшились на 2-3%. Выводы.

Таким образом, из всех растворов для целей безаварийного бурения подходит только водный раствор камеди №3, так как имеет оптимальные реологические параметры для бурения горизонтальных стволов: коэффициент нелинейности 0,311; показатель консистенции 8,9 Па⋅cⁿ; ВНСС 29500 мПа⋅с, которые остались стабильны после интенсивного перемешивания.

Предложенный способ определения качества и стабильности реологических и псевдопластичных параметров биополимерных реагентов на основе камедей в условиях, моделирующих скважинные условия горизонтального бурения в интервале 70-100 м, позволяет в лабораторных условиях выделить качественные реагенты на основе камедей.

Применение заявляемого способа позволяет на этапе входного контроля поступающих реагентов для строительства нефтегазовых скважин в составе буровых растворов методами лабораторных исследований определить качество и стабильность параметров реагентов на основе камедей до их применения в промысловых условиях. Это позволяет снизить риски осложнений при бурении скважин горизонтальными стволами, поскольку стабильность и качество реологических и псевдопластичных параметров реагентов на основе камедей необходимы для более эффективного разбуривания горных пород и выноса выбуренной породы на поверхность, а также качественного вскрытия продуктивных пластов.

Изобретение относится к бурению, а именно к буровым растворам на основе биополимерных реагентов, включающим камедь. Техническим результатом является обеспечение стабильных псевдопластичных свойств биополимерных реагентов на основе камедей в процессе бурения во всем интервале бурения. Предложен способ определения качества буровых биополимерных реагентов на основе камедей, включающий приготовление минимум двух водных растворов разных камедей концентрацией 0,3% на технической воде, перемешивание в течение 3-4 часов, после которого проводят измерения на 6- или 12-скоростном ротационном вискозиметре псевдопластичных параметров каждого полученного раствора, а именно коэффициента нелинейности, показателя консистенции, пластической вязкости при низких скоростях сдвига (ВНСС). Далее создают сдвиговую нагрузку для каждого раствора на смесителе при 15000 об/мин в течение 5-10 мин и измеряют псевдопластичные параметры растворов после сдвиговой нагрузки. Затем отбирают растворы с параметрами, лежащими в пределах: коэффициент нелинейности 0,3-0,45; показатель консистенции 6-9 Па⋅сⁿ; ВНСС 25000-30000 мПа⋅с.

Способ определения качества буровых биополимерных реагентов на основе камедей, включающий приготовление минимум двух водных растворов разных камедей концентрацией 0,3% на технической воде, перемешивание в течение 3-4 часов, после которого проводят измерения на 6- или 12-скоростном ротационном вискозиметре псевдопластичных параметров каждого полученного раствора, а именно коэффициента нелинейности, показателя консистенции, пластической вязкости при низких скоростях сдвига (ВНСС), после чего создают сдвиговую нагрузку для каждого раствора на смесителе при 15000 об/мин в течение 5-10 мин, измеряют псевдопластичные параметры растворов после сдвиговой нагрузки, отбирают растворы с параметрами, лежащими в пределах:

Коэффициент нелинейности 0,3-0,45 Показатель консистенции 6-9 Па⋅сⁿ ВНСС 25000-30000 мПа⋅с