Реагент-стабилизатор и буровой раствор на его основе Российский патент 2023 года по МПК C09K8/35 C09K8/24 

Изобретение относится к строительству нефтяных и газовых скважин, а именно к разработке реагентов-стабилизаторов для буровых растворов с водной дисперсионной средой и составов буровых растворов на основе полисолевых рассолов.

В некоторых нефтегазоносных регионах существует проблема с выходом рапы на поверхность. Существует серьезная экологическая проблема с утилизацией рапы. В составе рапы часто встречается содержание агрессивных солей с двухвалентными катионами кальция и магния. Водородный показатель рапы в зависимости от типа солей меняется от кислого до нейтрального.

Использование рапы для приготовления буровых растворов в регионах, где остро стоит проблема с экологией окружающей среды, является весьма актуальным. К тому же использование рапы в качестве основы раствора в солевых отложениях позволяет значительно сэкономить затраты на закупку, засолонение и транспортировку солей для приготовления соленасыщенных буровых растворов. Однако, решить эту проблему зачастую не удается из-за несовместимости и нерастворимости полимеров в рапе для приготовления и регулирования реологических и фильтрационных показателей.

Известно использование полисолевых рассолов, т.е. рапы, для приготовления бурового раствора и реагента крахмала для его стабилизации (Рязанов. М., «Недра», 1972, 392 стр.). Применение других реагентов полимеров для приготовления полисолевых буровых растворов на основе рапы не представляется возможным из-за их несовместимости и нерастворимости в агрессивной среде рапы.

Известны полиэлектролиты - синтетические высокомолекулярные катионные водорастворимые сополимеры, как линейно-циклической структуры - Силфок-2540, так и разветвленного строения Силфок-2540С (изменение ТУ 2227-001-92802291-2013 от 21.06.2016),

используемые для обработки буровых растворов, используемых при строительстве скважин в сложных геолого-технических условиях в нефте-газодобывающей промышленности. Используемый в качестве ингибитора глин, понизителя фильтрации и регулятора вязкости сополимер Силфок-2540С устойчив при температуре до 2500°С к полисолевой, сероводородной, углекислотной агрессиям и по стабилизирующей способности значительно превосходит полиДАДМАХи. Он более эффективно ингибирует набухание глин и повышает крепящие свойства буровых растворов. Поликатионные системы с сополимером Силфок-2540С относятся к буровым растворам многоразового использования. Данные поликатионные системы не подвержены ферментативному разложению, рН среды раствора не регламентируется. Использование поликатионных систем для вскрытия терригенных продуктивных пластов позволяет значительно увеличить восстановление проницаемости коллекторов в сравнении с традиционными биополимерными и крахмальными растворами.

Наиболее близким техническим решением для заявленного изобретения является буровой раствор, включающий глинопорошок, катионный полимер в качестве стабилизатора, (Патент RU 2655311 С1, МПК 8 C09K 8/24 (2006.01), опубликовано: 25.05.2018, бюл. №15).

Недостатком крахмальных полисолевых буровых растворов на основе рапы является сложность в приготовлении из-за длительности по времени растворения крахмала. Так, если в рапе содержится значительная концентрация хлоридов и бромидов кальция и магния с кислой средой, использование крахмала не целесообразно из-за несовместимости и нерастворимости в рапе.

Техническим результатом, на достижение которого направлено данное изобретение является устранение указанных недостатков путем использования реагента-стабилизатора для приготовления и управления реологическими и фильтрационными показателями бурового раствора на основе рапы с полисолевым составом.

Заявленный реагент-стабилизатор с коммерческим названием Силфок-2540КАТК на основе высокомолекулярного сополимера Силфок-2540С характеризуется тем, что для приготовления и управления фильтрационными и реологическими показателями полисолевых буровых растворов реагент дополнительно содержит крахмал, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Высокомолекулярный сополимер Силфок-2540С 40-60

Крахмал 40-60.

Буровой раствор включает рапу или полисолевой раствор, глинопорошок, реагент-стабилизатор, при этом в качестве реагента-стабилизатора используется реагент на основе сополимера Силфок-2540С, и дополнительно содержит негашеную известь, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Глинопорошок 1-2 Реагент-стабилизатор на основе Силфок-2540С 3-4 Негашеная известь 0,5-1,0 Рапа или полисолевой раствор остальное.

Заявленный буровой раствор дополнительно содержит утяжелитель сверх 100 мас.% до требуемой плотности, в качестве которого используют мел, мраморную крошку, доломитовую муку, сидерит, барит, галенит.

Реагент-стабилизатор Силфок-2540КАТК характеризуется тем, что он способен растворяться в глинистой суспензии любого состава и при любом рН среды, встречающихся при бурении нефтяных и газовых скважин, и используется для приготовления полисолевых растворов и управления фильтрационными и реологическими показателями этих буровых растворов на основе рапы.

В предлагаемом изобретении заявляемый качественный и количественный состав компонентов позволяет получить буровой раствор плотностью от 1300-1350 до 2100 кг/м³ и более. В качестве утяжелителей могут применяться раздельно и в комбинации мел, мраморная крошка, доломитовая мука, сидерит, барит, галенит и др.

Причем, утяжелители мел, мраморную крошку, доломитовую муку, сидерит, барит, галенит используют в количестве 10-60 масс. % в утяжеленном буровом растворе.

В предлагаемом буровом растворе может быть использован бентонитовый глинопорошок марок ПБМА, ПБМБ, ПБМВ, ПБМГ и ПКГН, который выпускается согласно ТУ 2164-004-0013836-2006 «Глинопорошок».

Применение указанных глинопорошков не ограничивает использование других марок, например, палыгорскита.

Реагент-стабилизатор Силфок-2540КАТК специально разработанный полимер для приготовления и управления свойствами полисолевых буровых растворов. Однако это не ограничивает его применение в обычных условиях. Реагент-стабилизатор Силфок2540КАТК с таким же успехом можно использовать для приготовления различных модификаций поликатионных буровых растворов на основе пресной воды, слабоминерализованной воды и т.д.

Реагент-стабилизатор Силфок-2540КАТК растворяется в глинистой суспензии с содержанием солей одно-, двух- и трехвалентных катионов независимо от их концентрации и рН среды. Для реагента-стабилизатора Силфок-2540КАТК рН среды колеблется в диапазоне от 3-4 до 10-11. Таким образом, реагент-стабилизатор Силфок-2540КАТК растворим в глинистой суспензии любого состава и при любом рН среды, встречающихся при бурении нефтяных и газовых скважин.

Для улучшения смазывающих свойств раствора полезно использование различных углеводородов, нефти и других смазывающих добавок.

Все реагенты, входящие в состав бурового раствора, основные и вспомогательные, производятся на территории РФ.

Многоатомные спирты глицерин, пропиленгликоль и триэтиленгликоль оказывают общеулучшающее действие на показатели раствора.

Предлагаемый буровой раствор готовят следующим образом:

- при перемешивании в рапу вводят известь и предварительно гидратированную в пресной воде глинистую пасту;

- затем при перемешивании вводят реагент-стабилизатор Силфок-2540КАТК;

- ввод утяжелителя осуществляется до требуемой плотности при интенсивном перемешивании.

По необходимости вводят вспомогательные реагенты - пеногаситель, кольматанты, утяжелители, многоатомные спирты, нефть или другие смазывающие добавки и т.д.

Предлагаемый буровой раствор является одной из модификаций поликатионного бурового раствора Катбурр.

На примере рапы Ярактинского месторождения покажем эффективность разработанного реагента стабилизатора и бурового раствора на основе Силфок-2540КАТК. На Ярактинском месторождении использование рапы в качестве дисперсионной среды соленасыщенных буровых растворов при бурении соленосных отложений является весьма актуальной. Однако, приготовить утяжеленный буровой раствор на основе полисолевой рапы с требуемыми технологическими показателями очень сложно из-за трудностей, связанных с растворением полимеров в агрессивной полисолевой среде рапы. К готовому утяжеленному полисолевому буровому раствору предъявляются следующие требования: показатель фильтрации менее 6 см³ за 30 мин, статическое напряжение сдвига за 1 и 10 мин (CHC_1/10) не менее 20/25 дПа для обеспечения седиментационной устойчивости утяжелителя.

Среди известных стабилизаторов, применяемых в нефтепромысловой практике, крахмал отличается максимальной устойчивостью к полисолевой агрессии, к катионам кальция и магния. Однако, несмотря на это, даже в лабораторных условиях при температуре 40-50°С крахмал не растворяется в рапе в течение суток и более, и поэтому не удается стабилизировать буровой раствор и регулировать показатель фильтрации и статическое напряжение сдвига. Применение других полимеров понизителей фильтрации вместо крахмала нецелесообразно из-за большого содержания 2-х валентных катионов кальция и магния, а для приготовления гидрогеля магния концентрация катионов магния явно недостаточно.

В таблице 1 приведен усредненный химический состав пластовой воды (рапы) Ярактинского месторождения. Интервалы отбора проб воды 2797-2734 м (скв. 41), 2654-2670 м (скв. 42), 2692-2698 м (скв. 52), 2689-2692 м (скв. 52), 2692-2698 м (скв. 53), 2689-2692 м (скв. 53). Плотность (ρ, г/см³) отобранных проб пластовой воды составляет 1,26-1,30 г/см³. Водородный показатель пластовой воды около 5.

Изобретение поясняется с помощью таблиц 2 и 3. В таблице 2 приведены показатели базовых поликатионных буровых растворов на основе Ярактинской рапы, а в таблице 3 - утяжеленных.

Уменьшение концентрации негашеной извести (СаО) менее 0,5 мас. %, Силфок-2540КАТК менее 3 мас. % и глинопорошка менее 1 мас. % не обеспечивает у базового поликатионного бурового раствора приемлемые технологические показатели: показатель фильтрации (ПФ, см³), пластическая вязкость (η, мПа*с), динамическое напряжение сдвига (τ, Па), статическое напряжение сдвига (CHC_1/10, дПа) принимают неудовлетворительные значения (таблица 2, п. 3). При таком соотношении компонентов утяжеленный раствор седиментационно неустойчив и барит осаждается быстро (таблица 2, п. 1)

Увеличение концентрации извести (СаО) более 1,0 мас.%, Силфок-2540КАТК более 4 мас.% и глинопорошка более 2 мас.% не целесообразно, так как приводит к пересрасходу компонентов без улучшения технологических свойств базового поликатионного бурового раствора на основе рапы (таблица 2, п. 8) и утяжеленного раствора (таблица 3, п. 8).

В таблице 3 приведены сведения о технологических показателях утяжеленных буровых растворов. Тип утяжелителя зависит от поставленных задач и свойств бурового раствора. Так, если полисолевой раствор используется для первичного и вторичного вскрытия продуктивных пластов, то целесообразнее в качестве утяжелителей применять кислоторастворимые карбонатные материалы - мел, мраморная крошка, доломитовая мука, сидерит. Количество вводимого утяжелителя определяется требованием к плотности бурового раствора. Максимальное количество утяжелителя ограничивается ухудшением реологических показателей бурового раствора.

В таблице 4 приведены сведения о растворимости реагента Силфок-2540КАТК в сравнении с другими известными полимерами в искусственно приготовленных полисолевых рассолах с содержанием хлоридов и бромидов кальция, магния и цинка. В отличие от известных полимеров, применяемых в бурении скважин, реагент-стабилизатор Силфок-2540КАТК быстро растворяется во всех полисолевых рассолах. Следовательно, реагент-стабилизатор Силфок-2540КАТК успешно может применяться для приготовления глинистых поликатионных буровых растворов на основе рапы или полисолевых рассолов. Искусственно приготовленные полисолевые рассолы представляют собой смеси солей хлоридов и бромидов натрия, магния, кальция и цинка.

В отличие от крахмала и гидроксиэтилцеллюлозы ГЭЦ растворимость реагента-стабилизатора Силфок-2540КАТК во всех приготовленных рассолах происходит довольно быстро и без прогрева, что позволяет рекомендовать к применению при приготовлении буровых растворов на основе полисолевых рассолов и управлении их свойствами.

Изобретение относится к строительству нефтяных и газовых скважин. Технический результат - улучшение технологических свойств буровых растворов на основе полисолевых растворов и рапы, управление фильтрационными и реологическими показателями указанных буровых растворов. Реагент-стабилизатор для управления свойствами полисолевых буровых растворов содержит, мас.%: высокомолекулярный катионный сополимер Силфок-2540С 40-60; крахмал 40-60. Буровой раствор содержит, мас.%: глинопорошок 1-2; указанный выше реагент-стабилизатор 3-4; негашеную известь 0,5-1,0; рапу или полисолевой раствор остальное. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 4 табл.

1. Реагент-стабилизатор на основе высокомолекулярного сополимера Силфок-2540С для управления свойствами полисолевых буровых растворов, отличающийся тем, что дополнительно содержит крахмал при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Высокомолекулярный катионный сополимер Силфок-2540С 40-60 Крахмал 40-60.

2. Буровой раствор, включающий рапу или полисолевой раствор, глинопорошок, реагент-стабилизатор, отличающийся тем, что в качестве реагента-стабилизатора содержит реагент-стабилизатор по п. 1 и дополнительно - негашеную известь при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Глинопорошок 1-2 Реагент-стабилизатор по п. 1 3-4 Негашеную известь 0,5-1,0 Рапа или полисолевой раствор Остальное.

3. Буровой раствор по п. 2, отличающийся тем, что дополнительно содержит утяжелитель сверх 100 мас.% до требуемой плотности, в качестве которого используют мел, мраморную крошку, доломитовую муку, сидерит, барит, галенит.