КОМПОЗИЦИЯ ИНГИБИТОРА ГЛИН Российский патент 2023 года по МПК C09K8/00 C09K8/04 C08F226/04 C08F226/10 

Область техники

Настоящее изобретение относится к композиции ингибитора глин и буровым растворам, содержащим указанную композицию, для применения в области бурения и обслуживания нефтяных и газовых скважин.

Уровень техники

Добыча углеводородов из подземных пластов часто осуществляется в пластах и породах, имеющих высокое содержание глин. При бурении глинистых пород и вскрытии продуктивных пластов глинистые формации могут набухать, мигрировать и закупоривать или ограничивать поток целевых углеводородов, что является нежелательным.

В уровне техники (RU2738048, опубл.07.12.2020; RU2492208, опубл. 27.04.2013) известно применение полимеров полидиаллилдиметиламмоний хлорида (полиДАДМАХ) для ингибирования глин при бурении и обслуживании скважин.

Однако применение полиДАДМАХ ведет к ряду неблагоприятных эффектов и, в целом, не может в полной мере удовлетворить потребность в эффективном ингибиторе глин, а также не обеспечивает ряд критически важных технологических характеристик бурового раствора. Так, применение полиДАДМАХ обуславливает чрезмерно высокие показатели пластической вязкости, что, в свою очередь, потенциально увеличивает риски возникновения осложнений при бурении скважины, в частности, поглощения бурового раствора вследствие увеличения эквивалентной циркуляционной плотности, ограничения по протяженности бурения скважин из-за отсутствия технической возможности создания необходимого давления циркуляции, риски прихвата бурильной колонны вследствие дифференциального прихвата. Также, промышленные полиДАДМАХи имеют неудовлетворительную плотность катионного заряда, что в случае использования в буровых растворах может приводить к коагуляции основных компонентов бурового раствора (биополимер, полианионная целлюлоза, крахмал), обладающих, как известно, анионными функциональными группами. Данный фактор приводит к тому, что максимальная концентрация промышленных полиДАДМАХов в буровых растворах зачастую весьма ограниченна, превышение пороговой концентрации может привести к коагуляции реагентов полимерной группы. Далее, промышленно выпускающиеся полиДАДМАХи имеют линейное строение молекулы. Ввиду чего, они имеют неудовлетворительные показатели с точки зрения применения в качестве добавки, регулирующей реологические характеристики бурового раствора, при этом увеличение концентрации полиДАДМАХов в буровом растворе является неблагоприятным, как указано выше, и не обеспечивает нужное увеличение структурно-механических свойств бурового раствора.

Таким образом, в уровне техники существует потребность в создании новых композиций и буровых растворов, преодолевающих недостатки уровня техники.

Сущность изобретения

В основу настоящего изобретения положена задача создания композиции ингибитора глин с заданными свойствами, обеспечивающими ее эффективное применение в составе буровых растворов и при этом лишенной недостатков промышленно выпускающихся полиДАДМАХов.

Одним из технических результатов настоящего изобретения является обеспечение композиции ингибитора глин, имеющей и придающей буровым растворам улучшенные, в частности, низкие показатели пластической вязкости и оптимизированные реологические и структурно-механические показатели.

Другой технический результат настоящего изобретения заключается в обеспечении композиции ингибитора глин, имеющей эффективные, в том числе, высокие показатели ингибирования глин.

Еще один технический результат заключается в обеспечении композиции ингибитора глин, демонстрирующей необходимые свойства ингибирования глин без негативного влияния на пластическую вязкость, в частности, пластическую вязкость бурового раствора.

Одним из технических результатов настоящего изобретения является обеспечение композиции ингибитора глин, имеющей высокую термостабильность, в частности, в диапазоне 240-260ºС и вплоть до 260ºC с сохранением необходимых свойств бурового раствора при и после воздействия на него высоких температур.

Также, одним из технических результатов настоящего изобретения является обеспечение композиции ингибитора глин, способной регулировать реологические характеристики бурового раствора.

Указанная задача решается, а технические результаты достигаются посредством композиции ингибитора глин по настоящему изобретению.

Настоящее изобретение относится к композиции ингибитора глин, содержащей:

сополимер диаллилдиметиламмоний хлорида (ДАДМАХ) и N-винилпирролидона (ВП) и воду,

причем сополимер имеет плотность заряда от 6 до 9 мг-экв/г и молекулярную массу (Mw) от 50000 до 150000 Да.

Согласно одному варианту осуществления предложена композиция, в которой содержание сополимера составляет от 20 до 35 масс.% по массе композиции.

Согласно одному варианту осуществления предложена композиция, в которой сополимер, включает в себя звенья формулы

.

Согласно одному варианту осуществления предложена композиция, в которой соотношение мономерных звеньев ДАДМАХ:ВП в сополимере составляет 55:45.

Согласно одному варианту осуществления предложена композиция, содержащая не более 0,1 масс.% NaCl, предпочтительно, менее 0,1 масс.% NaCl, где масс.% рассчитаны по массе сополимера, более предпочтительно, по существу свободная от NaCl.

Также, настоящее изобретение относится к способу получения сополимера ДАДМАХ и ВП, включающему:

радикальную сополимеризацию в водной среде мономеров ДАДМАХ и ВП в присутствии радикального инициатора полимеризации и агента контроля роста цепи,

где инициатор представляет собой µ-пероксо-бис(триоксосульфат) аммония,

агент контроля роста цепи представляет собой 2,2,6,6 - тетраметилпиперидил-4-гидрокси-1-оксил, и значение рН водной среды составляет от 6 до 7.

Согласно одному варианту осуществления предложен способ, в котором значение рН водной среды составляет 6,86.

Согласно одному варианту осуществления предложен способ, в котором температура сополимеризации составляет от 50°С до 80°С, предпочтительно 60°С.

Согласно одному варианту осуществления предложен способ, в котором время проведения сополимеризации составляет от 6 до 8 часов.

Настоящее изобретение также относится к буровому раствору с высокой термостойкостью/термостабильностью, включающему:

композицию ингибитора глин как описано выше,

бентонит, и

воду.

Согласно одному варианту осуществления предложен буровой раствор, в котором раствор имеет пластическую вязкость от 40 до 75 сП, и/или плотность от 1,9 до 2,5 г/см³.

Согласно одному варианту осуществления предложен буровой раствор, включающий:

от 5 до 6 мас.% композиции ингибитора глин по массе бурового раствора,

от 2 до 4 мас.% бентонита по массе бурового раствора.

Далее, настоящее изобретение относится к буровому раствору со свойствами ингибирования глин, включающему:

композицию ингибитора глин как описано выше,

водорастворимую соль,

утяжелитель, и

технологическую добавку.

Согласно одному варианту осуществления предложен буровой раствор, в котором водорастворимая соль представляет собой хлорид металла, предпочтительно, водорастворимая соль выбрана из группы, включающей NaCl, KCl, CaCl₂, MgCl₂ и их комбинации.

Согласно одному варианту осуществления предложен буровой раствор, в котором утяжелитель выбран из группы, включающей NaCl, барит, гематит, ильменит, карбонат железа, карбонат магния, карбонат кальция и их комбинации.

Согласно одному варианту осуществления предложен буровой раствор, в котором технологическая добавка выбрана из группы, включающей кольматант, регулятор pH, регулятор жесткости, пеногаситель, поверхностно-активное вещество, эмульгатор, диспергатор, ингибитор коррозии и их комбинации.

Согласно одному варианту осуществления предложен буровой раствор, включающий:

от 2 до 10 мас.% композиции ингибитора глин по массе бурового раствора,

от 4 до 25 мас.% водорастворимой соли по массе бурового раствора,

от 0 до 40 мас.% утяжелителя по массе бурового раствора, и

от 0 до 30 мас.% технологической добавки по массе бурового раствора.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фиг.1 представляет собой гидродинамическое моделирование скважинных условий бурового раствора, содержащего композицию ингибитора глин по настоящему изобретению.

Фиг.2 представляет собой гидродинамическое моделирование скважинных условий бурового раствора, содержащего известный продукт ВПК-402.

Фиг.3 представляет собой гидродинамическое моделирование скважинных условий бурового раствора, содержащего известный продукт Силфок.

Фиг.4 представляет собой гидродинамическое моделирование скважинных условий бурового раствора, содержащего известный продукт производства SNF «реагент X».

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение относится к композиции ингибитора глин, включающей в качестве основного компонента сополимер диаллилдиметиламмоний хлорида (ДАДМАХ) и N-винилпирролидона (ВП), а также воду.

Композиция по настоящему изобретению способна ингибировать глинистые отложения, вскрываемые при бурении, путем межмолекулярного взаимодействия преимущественно отрицательно заряженных глинистых частиц и относительно высокозаряженного полимерного катионного фрагмента ДАДМАХ. Данное взаимодействие приводит к снижению гидратации стенок скважины, снижению увлажненности глинистых пород. Катионные функциональные группы ДАДМАХ, благодаря близости линейных размеров и большой активности способны преимущественно располагаться в кристаллической решетке слоистых глин, в частности, алюмосиликатов, уменьшая расстояние между соседними слоями, что, в свою очередь, препятствует попаданию воды и образованию гидратного слоя на поверхности элементарных структурных единиц глинистых пород.

При этом, авторы настоящего обнаружили, что включение в катионный полимер мономерных звеньев/фрагментов N-винилпирролидона приводит к обеспечению возможности повышения плотности заряда полимера, в данном случае, сополимера с обеспечением более высоких и эффективных характеристик ингибирования глин. При этом, отсутствует необходимость в увеличении молекулярной массы/концентрации ДАДМАХа, что привело бы к неудовлетворительным реологическим показателям, в частности, неудовлетворительной пластической вязкости. Также, включение мономерных звеньев/фрагментов N-винилпирролидона обеспечивает возможность получения высокой термостабильности, в частности, в диапазоне 240-260ºC вплоть до 260ºC и регулирования реологических характеристик бурового раствора.

Предпочтительно, с точки зрения обеспечения необходимых характеристик бурового раствора, как указано выше, сополимер по настоящему изобретению включает или состоит из повторяющихся звеньев следующей формулы:

.

Таким образом, стало возможным получить эффективный ингибитор глин, в частности, композицию ингибитора глин, которая демонстрирует высокие показатели ингибирования глин при низких показателях пластической вязкости.

Сополимер ДАДМАХ и ВП (далее упоминаемый как «сополимер») согласно настоящему изобретению имеет плотность заряда от 6 до 9 мг-экв/г. Данные значения плотности заряда являются преимущественными с точки зрения обеспечения необходимых характеристик ингибирования глин.

Сополимер по настоящему изобретению является «короткоцепочечным» и имеет молекулярную массу (Mw) от 50000 до 150000 Да. Тот факт, что сополимер является «короткоцепочечным» и имеет указанную молекулярную массу вносит вклад в обеспечение эффективных характеристик ингибирования глин и низкой пластической вязкости. Так, авторы настоящего изобретения обнаружили, что при попадании в воду полимер начинает формировать гидратную оболочку вокруг себя. Чем длиннее полимерная цепь, тем больше площадь поверхности гидратной оболочки. На формирование гидратных оболочек расходуется большое количество «свободной» воды, расстояние между оболочками уменьшается, взаимодействие их усиливается, все это приводит к увеличению вязкости среды и, соответственно, пластической вязкости среды.

В то же время, полимеры с низкой молекулярной массой, в том числе от 50000 до 150000 Да, являются «короткоцепочечными», они также формируют гидратную оболочку, но за счет небольшой длины полимерной цепи площадь поверхности этой оболочки остается относительно небольшой. Гидратные оболочки таких полимеров практически не взаимодействуют друг с другом, им легче адсорбироваться на заряженных поверхностях частиц глины, нейтрализуя заряд частиц глины. Нейтрализация заряда заряженных поверхностей глины приводит к их ингибированию, при этом, предотвращается нежелательное увеличение вязкости, в частности, пластической вязкости среды.

Композиция ингибитора глин (далее упоминается как «композиция») по настоящему изобретению имеет содержание сополимера от 20 до 35 масс.% по массе композиции, которое является преимущественным с точки зрения обеспечения необходимых характеристик ингибирования глин, пластической вязкости, термостабильности и реологии.

Композиция по настоящему изобретению также имеет низкое содержание примесей, что, соответственно, приводит к получению эффективных характеристик композиции. В частности, композиция содержит не более 0,1 масс.% NaCl по массе сополимера, в том числе от 0,0001, 0,001, 0,01 до 0,1 масс.% NaCl, предпочтительно, менее 0,1 масс.% NaCl, более предпочтительно, композиция по существу не содержит/свободна от NaCl. Низкое содержание NaCl или его отсутствие обеспечивает наиболее эффективное действие сополимера по настоящему изобретению, необходимую плотность заряда спополимера, что является преимущественным с точки зрения достижения необходимого ингибирования глин.

Соотношение мономерных звеньев/фрагментов ДАДМАХ:ВП в сополимере по настоящему изобретению составляет 55:45. Авторы настоящего изобретения обнаружили, что подобное соотношение является преимущественным с точки зрения обеспечения необходимой молекулярной массы и плотности заряда сополимера. Более того, при таком соотношении обеспечивается возможность получать сополимер с меньшим количеством гомополимерных блоков в структуре сополимера, что приводит более равномерным характеристикам готового сополимера, композиции и бурового раствора, что в свою очередь влияет на способность к ингибированию глин.

Сополимер согласно настоящему изобретению получают радикальной сополимеризацией в водной среде мономеров ДАДМАХ и ВП в присутствии радикального инициатора полимеризации, представляющего собой µ-пероксо-бис(триоксосульфат) аммония, и агента контроля роста цепи, представляющего собой 2,2,6,6 - тетраметилпиперидил-4-гидрокси-1-оксил, при значении рН водной среды, составляющем от 6 до 7, предпочтительно, 6,86.

Выбор радикального типа полимеризации в водной среде обусловлен необходимостью получения сополимера заданного состава. В то же время, pH водной среды и указанные инициатор, агент роста цепи также обеспечивают получение сополимера необходимого состава и необходимой длины цепи, молекулярной массы для обеспечения преимуществ как указано выше.

Дополнительно, авторы настоящего изобретения обнаружили, что сополимер по настоящему изобретению относится к типу азеотропной сополимеризации, ввиду чего соотношение мономеров в начале реакции приблизительно равно соотношению радикалов в самой полимерной цепочке. Благодаря чему, выбор количества мономеров так, что обеспечивается соотношение ДАДМАХ:ВП 55:45 является преимущественным с точки зрения получения сополимеров с данным соотношением мономерных звеньев/фрагментов ДАДМАХ и ВП.

Сополимеризацию предпочтительно проводят при температуре от 50°С до 80°С, предпочтительно 60°С и в течение времени реакции сополимеризации от 6 до 8 часов для достижения необходимой структуры результирующего сополимера.

Настоящее изобретение также относится к буровому раствору для применения при бурении скважин. Буровой раствор по настоящему изобретению имеет может представлять собой буровой раствор с высокой термостойкостью/термостабильностью и/или буровой раствор со свойствами ингибирования глин. Однако настоящее изобретение не ограничивается указанными буровыми растворами, так как композиция ингибитора глин по настоящему изобретению может быть включена в состав различных технологических, обслуживающих, завершающих жидкостей, применяемых на нефте- и газодобывающих скважинах.

Буровой раствор с высокой термостойкостью включает в себя композицию по настоящему изобретению, а также бентонит и воду. Раствор может также включать любые другие дополнительные технологические добавки, такие как кольматант, регулятор pH, регулятор жесткости, пеногаситель, поверхностно-активное вещество, эмульгатор, диспергатор, ингибитор коррозии и их комбинации.

Буровой раствор с высокой термостойкостью имеет тенденцию к сохранению своих заданных, необходимых свойств при высокой рабочей температуре, в частности, температуре в скважине в диапазоне 240-260ºС и вплоть до 260ºС. Это достигается благодаря включению в буровой раствор сополимера ДАДМАХ и ВП по настоящему изобретению в виде композиции ингибитора глин по настоящему изобретению. Бентонит в данном случае служит для получения первоначальной структурной вязкости бурового раствора и необходимых тиксотропных свойств. Кроме того, авторы настоящего изобретения обнаружили, что буровой раствор на основе только сополимера имеет тенденцию к коагуляции и увеличению реологии при поступлении мелкой фракции выбуренной породы. Однако обработанный сополимером бентонитовый буровой раствор, в частности, суспензия одновременно приобретая положительный заряд, позволяет ингибировать поступающую выбуренную породу без резкого изменения реологических свойств раствора.

Буровой раствор согласно настоящему изобретению имеет пластическую вязкость от 40 до 75 сП, и/или плотность от 1,9 до 2,5 г/см³, и сохраняет данные свойства при повышенных температурах, за счет чего обеспечивается возможность его эффективного применения при работе в скважинах.

Буровой раствор согласно настоящему изобретению включает от 5 до 6 мас.% композиции ингибитора глин по массе бурового раствора и от 2 до 4 мас.% бентонита по массе бурового раствора. Указанное содержание композиции по настоящему изобретению обеспечивает возможность получения необходимых преимущественных характеристик ингибирования глин, пластической вязкости, термостабильности и реологии.

Буровой раствор со свойствами ингибирования глин согласно настоящему изобретению включает композицию ингибитора глин по настоящему изобретению, водорастворимую соль, утяжелитель, и технологическую добавку. Содержание компонентов бурового раствора может быть следующим от 2 до 10 мас.% композиции ингибитора глин по массе бурового раствора, от 4 до 25 мас.% водорастворимой соли по массе бурового раствора, от 0 до 40 мас.% утяжелителя по массе бурового раствора, и от 0 до 30 мас.% технологической добавки по массе бурового раствора. Указанное содержание композиции по настоящему изобретению также обеспечивает возможность получения необходимых преимущественных характеристик ингибирования глин, пластической вязкости, термостабильности и реологии.

С точки зрения получения бурового раствора с необходимыми характеристиками ингибирования глин, пластической вязкости, термостабильности и реологии преимущественным является буровой раствор в котором водорастворимая соль представляет собой хлорид металла, предпочтительно, водорастворимая соль выбрана из группы, включающей NaCl, CaCl₂, MgCl₂ и их комбинации; утяжелитель выбран из группы, включающей NaCl, барит, гематит, ильменит, карбонат железа, карбонат магния, карбонат кальция и их комбинации; технологическая добавка выбрана из группы, включающей кольматант, регулятор pH, регулятор жесткости, пеногаситель, поверхностно-активное вещество, эмульгатор, диспергатор, ингибитор коррозии и их комбинации.

Далее, настоящее изобретение будет продемонстрировано неограничивающими примерами, которые представлены лишь для подтверждения того, что настоящее изобретения может быть осуществлено, и не должны трактоваться в качестве ограничивающих.

ПРИМЕРЫ

Пример 1

Сополимер диаллилдиметиламмоний хлорида (ДАДМАХ) и N-винилпирролидона (ВП) по настоящему изобретению получали следующим образом.

2,2 моль/л ДАДМАХ и 1,8 моль/л ВП загружали в реактор в водной среде и поднимали температуру до достижения 60°С в течение 60 мин при постоянном перемешивании, добавляли регулятор рН, добавляли инициатор µ-пероксо-бис(триоксосульфат) аммония 2×10^-3 моль/л либо 4×10^-3 моль/л. Реакция сополимеризации идет при постоянном перемешивании в течение 6-8 часов, далее добавляли агент контроля роста цепи 2,2,6,6 - тетраметилпиперидил-4-гидрокси-1-оксил до достижения требуемой вязкости (показателя молекулярной массы).

К сополимеру добавляли дистиллированную воду с получением композиции ингибитора глин. Состав и характеристики композиции были такие, как указано в Таблице 1 ниже.

Таблица 1

Композиция Содержание сополимера, масс.% Молекулярная масса сополимера, Да Плотность заряда сополимера в пересчете на основное вещество, мг-экв/г Композиция А 35 30000 7 Композиция В 35 100000 6

Пример 2

Изучение способности ингибирования глин.

Изучали на ингибирования глин композиции А-В. Тест проводили по известной методике теста на диспергирование путем горячей прокатки (Hot Roll Dipersian Test).

В результате было установлено, что композиции А-В, содержащие сополимер по настоящему изобретению были эффективными с точки зрения ингибирования глин с сохранностью глинистого материала 92,2 и 93,7% соответственно для композиций А-В

Пример 3

Получение бурового раствора.

Буровые растворы получали следующим образом

В пресную воду в описанной ниже последовательности добавляли компоненты, как описано ниже в Таблице 2.

Таблица 2

Бентонит 4% Водорастворимая соль 20% Композиция ингибитора глин 5% Карбонат кальция 10% Баритовый утяжелитель 25%

Пример 4

Изучение пластической вязкости и реологии.

Пластическая вязкость и реология буровых растворов измерялась на вискозимерте OFITE 900…

Моделирование гидродинамических процессов производилось при помощи программных продуктов ООО «АКРОС» - «MUD OFFICE 2.0».

С целью изучения специфических реологических характеристик проведено сравнение буровых растворов идентичного состава, отличающихся компонентом ингибитор глин. В качестве опциональных добавок «ингибитор глин» использовались композиция ингибитора глин (1) по настоящему изобретению и известные продукты на основе полиДАДМАХ - ВПК-402 (2), Силфок (3), продукт (4) производства SNF (далее указан как «Реагент X»). Результаты реологических исследований представлены ниже в Таблице 3.

Таблица 3

РЕЦЕПТУРА ИНГИБИТОР ГЛИН ЕДИНИЦА ИЗМЕРЕНИЯ 1 2 3 4 Композиция ингибитора глин по изобретению мл/л 100 СИЛФОК-2540 мл/л 100 ВПК-402 мл/л 100 Реагент Х мл/л 100 БЕНТОНИТ г/л 20 20 20 20 ХЛОРИД НАТРИЯ г/л 160 160 160 160 ХЛОРИД КАЛЬЦИЯ г/л БИШОФИТ г/л 0,7 0,7 0,7 0,7 MEX-CARB M/F г/л 80 80 80 80 Барит г/л 952 952 952 952 Вода мл/л 500 500 500 500 ПАРАМЕТРЫ ЕДИНИЦА ИЗМЕРЕНИЯ 1 2 3 4 Температура замера °С 49 49 49 49 600 об/мин 140 144 178 163 300 об/мин 82 78 96 90 200 об/мин 56 55 67 63 100 об/мин 32 30 36 35 6 об/мин 7 4 6 5 3 об/мин 6 3 5 4 ПВ сП 58 66 82 73 ДНС фунт/100 кв. фут 24 12 14 17 СНС 10 сек фунт/100 кв. фут 6 3 5 4 СНС 10 мин фунт/100 кв. фут 9 7 7 6 СНС 30 мин фунт/100 кв. фут FL, LTLP мл 3,1 3,3 2,8 5,6 FL, HTHP мл 6 6,6 5,2 8,2 Плотность г/см³ 2,00 2,00 2,00 2,00 pH фильтрата 7,7 7,8 7,2 8,1 Pf/Mf ТЕРМОСТАРЕНИЕ ЕДИНИЦА ИЗМЕРЕНИЯ 1 2 3 4 Время ч 24 24 24 24 Температура °С 185°/300 фунт/кв. дюйм 185°/300 фунт/кв. дюйм 185°/300 фунт/кв. дюйм 185°/300 фунт/кв. дюйм I Температура замера °С 49 49 49 49 600 об/мин 106 119 198 155 300 об/мин 59 63 103 87 200 об/мин 39 42 65 57 100 об/мин 19 20 31 27 6 об/мин 3 2 2 3 3 об/мин 2 1 1 2 ПВ сP 47 56 95 68 ДНС фунт/100 кв. фут 12 7 8 19 СНС 10 сек фунт/100 кв. фут 5 1 2 2 СНС 10 мин фунт/100 кв. фут 8 1 3 4 СНС 30 мин фунт/100 кв. фут 9 2 4 5 FL, LTLP мл 1,5 2,7 0,8 19,7 FL, HTHP мл 6 7,2 5 32,6 Плотность г/см³ 2,00 2,00 2,00 2,00 pH фильтрата SAG-factor 0,51 0,66 0,52 0,51

FL - показатель фильтрации по стандарту API (или АНИ-американский нефтяной институт);

LTLP - низкая температура и низкое давление;

HTHP - высокая температура и давление;

Pf/Mf - харакетристика щелочности;

SAG-factor -седиментационная стабильность.

В результате было установлено, что буровые растворы, содержащие композицию ингибитора глин по настоящему изобретению, имели наиболее низкую пластическую вязкость, оптимальные значения статического напряжения сдвига, не допускающие осаждения баритового утяжелителя. Также установлено, что свойства бурового раствора с применением композиции нового ингибитора глин не изменялись под воздействием высокой температуры. При этом образцы буровых растворов, приготовленные с использованием известных товарных продуктов на основе полиДАДМАХ обладали рядом негативных свойств - осаждение утяжелителя, недостаточные значения статического напряжения сдвига, рост фильтрации после воздействия высокой температуры, относительно высокие значения пластической вязкости.

Пример 5

Проводили гидродинамическое моделирование скважинных условий буровых растворов, результаты которого представлены на фиг.1-4, где аббревиатура ЭЦП означает эквивалентную циркуляционная плотность. Испытуемые буровые растворы представляли собой буровые растворы на основе композиции ингибитора глин по настоящему изобретению (фиг.1) и известных продуктов на основе полиДАДМАХ - ВПК-402 (фиг.2), Силфок (фиг.3), Реагент X (фиг.4).

Результаты гидродинамического моделирования скважинных условий представлены в Таблице 4.

Таблица 4

Вариант рецептуры Давление циркуляции, кгс/см² Эквивалентная циркуляционная плотность на забое, г/см³ Композиция ингибитора глин 197,5 2,096 ВПК-402 276 2,199 Силфок 203,6 2,099 Реагент Х 230,7 2,137

Таким образом, применение композиции ингибитора глин, описываемой в настоящем изобретении обеспечивает значительно более низкие значения давления циркуляции и более низкие значения эквивалентной циркуляционной плотности. Данные характеристики, в свою очередь, напрямую влияют на успешность и безаварийность бурения скважин, особенно в сложных горно-геологических условиях.

Группа изобретений относится к композиции ингибитора глин, содержащей: сополимер диаллилдиметиламмоний хлорида (ДАДМАХ) и N-винилпирролидона (ВП), и воду, причем сополимер имеет соотношение мономерных звеньев ДАДМАХ:ВП в сополимере 55:45 и плотность заряда от 6 до 9 мг-экв/г и молекулярную массу (Mw) от 50000 до 150000 Да, также относится к способу получения сополимера ДАДМАХ и ВП, включающему: радикальную сополимеризацию в водной среде мономеров ДАДМАХ и ВП в присутствии радикального инициатора полимеризации и агента контроля роста цепи, где инициатор представляет собой µ-пероксо-бис(триоксосульфат) аммония, агент контроля роста цепи представляет собой 2,2,6,6 - тетраметилпиперидил-4-гидрокси-1-оксил, и значение рН водной среды составляет от 6 до 7, причем получаемый сополимер имеет соотношение мономерных звеньев ДАДМАХ:ВП в сополимере 55:45 и плотность заряда от 6 до 9 мг-экв/г и молекулярную массу (Mw) от 50000 до 150000 Да, и также относится к буровым растворам. Группа изобретений обеспечивает композицию ингибитора глин, имеющую и придающую буровым растворам улучшенные, в частности, низкие показатели пластической вязкости и оптимизированные реологические и структурно-механические показатели, обеспечивает композицию ингибитора глин, имеющую эффективные, в том числе, высокие показатели ингибирования глин, и, демонстрирующую необходимые свойства ингибирования глин без негативного влияния на пластическую вязкость, в частности, пластическую вязкость бурового раствора; и также обеспечивает композицию ингибитора глин, имеющую высокую термостабильность, в частности, в диапазоне 240-260°С и вплоть до 260°C с сохранением необходимых свойств бурового раствора при и после воздействия на него высоких температур, и способную регулировать реологические характеристики бурового раствора. 4 н. и 15 з.п. ф-лы, 4 ил., 4 табл., 5 пр.

1. Композиция ингибитора глин, содержащая: сополимер диаллилдиметиламмоний хлорида (ДАДМАХ) и N-винилпирролидона (ВП), и воду,

причем сополимер имеет соотношение мономерных звеньев ДАДМАХ:ВП в сополимере 55:45 и плотность заряда от 6 до 9 мг-экв/г и молекулярную массу (Mw) от 50000 до 150000 Да.

2. Композиция по п.1, в которой содержание сополимера составляет от 20 до 35 мас.% по массе композиции.

3. Композиция по п.1, в которой сополимер, включает в себя звенья формулы

.

4. Композиция по п.1, в случае содержания NaCl, содержащая не более 0,1 мас.% NaCl по массе сополимера, предпочтительно, менее 0,1 мас.% NaCl по массе сополимера.

5. Способ получения сополимера ДАДМАХ и ВП, включающий:

радикальную сополимеризацию в водной среде мономеров ДАДМАХ и ВП в присутствии радикального инициатора полимеризации и агента контроля роста цепи, где инициатор представляет собой µ-пероксо-бис(триоксосульфат) аммония,

агент контроля роста цепи представляет собой 2,2,6,6 - тетраметилпиперидил-4-гидрокси-1-оксил, и значение рН водной среды составляет от 6 до 7,

причем получаемый сополимер имеет соотношение мономерных звеньев ДАДМАХ:ВП в сополимере 55:45 и плотность заряда от 6 до 9 мг-экв/г и молекулярную массу (Mw) от 50000 до 150000 Да.

6. Способ по п.5, в котором значение рН водной среды составляет 6,86.

7. Способ по п.5, в котором температура сополимеризации составляет от 50 до 80°С, предпочтительно 60°С.

8. Способ по п.5, в котором время проведения сополимеризации составляет от 6 до 8 ч.

9. Буровой раствор, включающий:

композицию ингибитора глин по любому из пп.1-4,

бентонит, и

воду.

10. Раствор по п.9, в котором раствор имеет пластическую вязкость от 40 до 75 сП, и/или плотность от 1,9 до 2,5 г/см³.

11. Раствор по п.9, включающий:

от 5 до 6 мас.% композиции ингибитора глин по массе бурового раствора,

от 2 до 4 мас.% бентонита по массе бурового раствора.

12. Раствор по п.9, в котором раствор имеет высокую термостойкость.

13. Буровой раствор, включающий:

композицию ингибитора глин по любому из пп.1-5 и

водорастворимую соль.

14. Раствор по п.13, дополнительно содержащий утяжелитель и/или технологическую добавку.

15. Раствор по п.13, в котором водорастворимая соль представляет собой хлорид металла, предпочтительно, водорастворимая соль выбрана из группы, включающей NaCl, CaCl₂, MgCl₂ и их комбинации.

16. Раствор по п.14, в котором утяжелитель выбран из группы, включающей NaCl, барит, гематит, ильменит, карбонат железа, карбонат магния, карбонат кальция и их комбинации.

17. Раствор по п.14, в котором технологическая добавка выбрана из группы, включающей кольматант, регулятор pH, регулятор жесткости, пеногаситель, поверхностно-активное вещество, эмульгатор, диспергатор, ингибитор коррозии и их комбинации.

18. Раствор по п.13, включающий:

от 2 до 10 мас.% композиции ингибитора глин по массе бурового раствора,

от 4 до 25 мас.% водорастворимой соли по массе бурового раствора, и дополнительно от 0 до 40 мас.% утяжелителя по массе бурового раствора, и от 0 до 30 мас.% технологической добавки по массе бурового раствора.

19. Раствор по п.13, в котором раствор имеет свойства ингибирования глин.