Буровой раствор "ГИДРОГЕЛЬ" Российский патент 2023 года по МПК C09K8/18 

Изобретение относится к строительству нефтяных и газовых скважин, а именно к буровым растворам, которые подходят как для бурения транспортного ствола, представленного терригенными породами, так и для вскрытия продуктивных пластов наклонно-направленных и горизонтальных скважин со сверхдальними отходами.

Известен безглинистый буровой раствор, который применяется для вскрытия продуктивных пластов горизонтальных скважин и наклонно-направленных скважин с отходом от вертикали более 1000 м, содержащий мас.%:

биополимер АСГ-1 или Ритизан-М 0,30-0,80 модифицированный крахмал 1,00-2,50 органическую ингибирующую добавку ФК-2000 Плюс М 8,00-12,00

хлорид калия 1,50-3,00 мраморную крошку 1,50-3,00

Воду остальное

Недостатком данного раствора является то, что безглинистые растворы являются дорогостоящими за счет наличия биополимеров (патент РФ №2318855, МПК C09K 8/08, оп. 10.03.2008).

Наиболее близким аналогом к заявляемому изобретению, принимаемым нами за прототип, является малоглинистый буровой раствор, используемый для бурения продуктивных пластов и геофизических исследований нефтяных и газовых скважин, который содержит, мас.%:

глина бентонитовая 2,00-3,00 карбоксиметилцеллюлоза 0,10-0,15 крахмал 1,00-2,00 реагент для регулирования удельного электрического сопротивления пентамеры пропилена 1,00-5,00 карбонатный утяжелитель 5,00-8,00 смазочная добавка Lubriol W 0,10-0,50 вода остальное

Недостатками данного раствора являются повышенное содержание глины, которое существенно снижает качество вскрытия продуктивного пласта, а также отсутствие в составе ингибитора набухания глин, что ограничивает его применение при проводке скважин в условиях залегания глиносодержащих пород (глины, аргиллиты, глинистые сланцы, алевролиты), склонных к набуханиям, осыпям и обвалам (патент РФ №2327726, МПК C09K 8/24, оп. 27.06.2008).

Технической задачей, решаемой настоящим изобретением, является снижение себестоимости бурового раствора в отсутствии дорогостоящих биополимеров за счет применения недорогих реагентов отечественного производства, благодаря которым сохраняется удерживающая способность при бурении наклонных и горизонтальных стволов и осуществляется эффективный вынос шлама из скважины. А именно, создание глинистого бурового раствора с низким содержанием глинистой фазы и сохранением необходимых фильтрационных и структурно-реологических свойств.

Указанная техническая задача решается тем, что буровой раствор, содержащий глину бентонитовую, регулятор фильтрации, карбонатный утяжелитель, смазочную добавку и воду, согласно изобретению, в качестве регулятора фильтрации содержит реагент СТАРФЛОК, в качестве карбонатного утяжелителя - разнофракционный мрамор молотый, в качестве смазочной добавки – ЛУБРИКАНТ БЛ, для пептизации бентонитовой глины - гидроксид натрия, модифицирующие глину добавки РЕГВИЗ и РЕАГЕНТ «НВ» марки К, для предотвращения преждевременной ферментативной деструкции реагента СТАРФЛОК – бактерицид и для предотвращения набухания и осыпания глиносодержащих пород может содержать хлорид натрия при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Глина бентонитовая 1,00-2,00 Регулятор фильтрации СТАРФЛОК 2,00-3,00 Смазочная добавка ЛУБРИКАНТ БЛ 2,00-3,00 Гидроксид натрия 0,10-0,30 Бактерицид 0,03-0,05 Модифицирующая глину добавка РЕГВИЗ 0,07-0,15 Модифицирующая глину добавка РЕАГЕНТ «НВ» марки К 0,15-0,25 Разнофракционный мрамор молотый до 29,00 Хлорид натрия 0,00-20,00 Вода остальное

Решение поставленной технической задачи изобретения обеспечивается благодаря следующему. Гидроксид натрия способствует дополнительной пептизации бентонитовой глины, вследствие чего увеличивается содержание коллоидных частиц. При вводе добавок на основе солей поливалентных металлов РЕГВИЗ и РЕАГЕНТ НВ марки К происходит модификация частиц бентонита, в результате которой образуются олигомерные и полимерные частицы, способствующие созданию геля за счет комбинации координационного и кристаллизационно-коагуляционного механизма структурирования. Данные модифицирующие добавки позволяют создавать раствор с таким минимальным содержанием глины бентонитовой без потери необходимых фильтрационных и структурно-реологических свойств. Благодаря данному механизму структурирования система имеет повышенные значения динамического напряжения сдвига (ДНС), вязкости при низких скоростях сдвига (ВНСС) и быстроформирующуюся структуру при низкой концентрации глинистой фазы. Бактерицид предотвращает преждевременную ферментативную деструкцию реагента СТАРФЛОК. Для предотвращения набухания и осыпания глиносодержащих пород (глины, аргиллиты, сланцы, алевролиты) в буровой раствор вводят NaCl, при этом коагулирующего действия на модифицированную бентонитовую глину не происходит.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется следующими примерами приготовления бурового раствора в лабораторных условиях.

Пример № 1

К 855,5 г водопроводной воды при перемешивании на лабораторной мешалке добавляют 1 г гидроксида натрия. После полного растворения реагента вводят 10 г бентонитовой глины и диспергируют ее в течение 15 мин на высокоскоростном миксере (11 000об/мин). Не прекращая перемешивания, с интервалом в 15 мин, последовательно вводят 1,5 г модифицирующей добавки РЕГВИЗ, 1,5 г РЕАГЕНТА «НВ» марки К, 30,0 г реагента СТАРФЛОК совместно с 0,5 г бактерицида, 80,0 г мрамора молотого и 20,0 г смазочной добавки ЛУБРИКАНТ БЛ. После ввода всех компонентов раствор перемешивают 10 мин на высокоскоростном миксере и 10 мин на лабораторной мешалке.

Пример № 2

К 811,5 г водопроводной воды при перемешивании на лабораторной мешалке добавляют 1 г гидроксида натрия. После полного растворения реагента вводят 15 г бентонитовой глины и диспергируют ее в течение 15 мин на высокоскоростном миксере (11 000 об/мин). Не прекращая перемешивания, с интервалом в 15 мин, последовательно вводят 0,7 г модифицирующей добавки РЕГВИЗ, 1,5 г РЕАГЕНТА «НВ» марки К, 20,0 г реагента СТАРФЛОК совместно с 0,3 г бактерицида, 80,0 г мрамора молотого, 50,0 г хлорида натрия и 20,0 г смазочной добавки ЛУБРИКАНТ БЛ. После ввода всех компонентов раствор перемешивают 10 мин на высокоскоростном миксере (11 000 об/мин) и 10 мин на лабораторной мешалке.

Аналогичным образом готовят другие составы бурового раствора «ГИДРОГЕЛЬ» и прототипа с различным соотношением ингредиентов.

В таблице 1 приведены данные о компонентных составах заявляемого и известного (прототипа) буровых растворов.

Определение технологических показателей заявляемого бурового раствора «ГИДРОГЕЛЬ» и прототипа проводилось после выдерживания приготовленного раствора при температуре 25°С в течение 16 часов.

Таблица 1 - Составы бурового раствора «ГИДРОГЕЛЬ» и прототипа

Наименование компонента Составы буровых растворов, масс.% Заявляемый Прототип №1 №2 №3 №4 №5 №6 №7 №8 №9 Техническая вода 85,55 81,15 76,75 72,6 80,05 68,75 50,69 43,69 81,85 Глина бентонитовая 1,0 1,5 1,5 2,0 1,5 2,0 1,7 1,7 2,5 Карбоксиметилцеллюлоза -- -- -- -- -- -- -- 0,15 СТАРФЛОК 3,0 2,0 2,0 2,0 3,0 2,0 3,0 3,0 2,0 Пентамеры пропилена -- -- -- -- -- -- -- -- 5,0 Смазочная добавка «Лубрикант БЛ» 2,0 2,0 3,0 2,0 2,0 3,0 2,0 2,0 0,5 Хлорид натрия -- 5,0 -- 5,0 5,0 7,5 13,0 20,0 -- Гидроксид натрия 0,1 0,1 0,3 0,15 0,1 0,3 0,3 0,3 -- Бактерицид 0,05 0,03 0,05 0,03 0,05 0,05 0,05 0,05 -- Модифицирующая глину добавка РЕГВИЗ 0,15 0,07 0,15 0,07 0,15 0,15 0,07 0,07 -- Модифицирующая глину добавка РЕАГЕНТ «НВ» марки К 0,15 0,15 0,25 0,15 0,15 0,25 0,19 0,19 -- Мрамор молотый (разнофракционный) 8,0 8,0 16,0 16,0 8,0 16,0 29,0 29,0 8,0

Технологические показатели буровых растворов определялись в соответствии с ГОСТ 33213-2014 (ISO 10414-1:2008):

– показатель фильтрации (ПФ, см³/30мин) определялся при перепаде давления 0,7 МПа на фильтр-прессе «OFITE»;

– пластическая вязкость (ПВ, мПа∙с) определялась на ротационном вискозиметре «OFITE» при 49°С;

– динамическое напряжение сдвига (ДНС, фунт/100фут²) определялось на ротационном вискозиметре «OFITE» при 49°С;

– статическое напряжение сдвига за 10 с и 10 мин покоя (СНС10/10, фунт/100фут²) определялись на ротационном вискозиметре «OFITE» при 49°С;

– рН определялся рН-метром;

– вязкость при низких скоростях сдвига (ВНСС, мПа∙с) определялась на ротационном вискозиметре «Brookfield».

Увеличение высоты образца глины, %, находящегося в среде бурового раствора в течение 72 часов при температуре 50°С оценивалась на приборе «OFITE Dinamic Linear Swellmeter».

В таблице 2 приведены технологические показатели бурового раствора «ГИДРОГЕЛЬ» и прототипа.

Таблица 2 - технологические показатели бурового раствора «ГИДРОГЕЛЬ» и прототипа

Параметры Растворы по таблице 1 Буровой раствор «ГИДРОГЕЛЬ» Прототип №1 №2 №3 №4 №5 №6 №7 №8 №9 после старения при 25°С в течение 16 часов Температура замера реологии, °С 49 49 49 49 49 49 49 49 49 ПВ, мПа∙с 17 8 19 13 8 15 14 17 9,2 ДНС,
фунт/100 фут² 27 17 31 22 19 25 30 33 6,8 СНС_10/10,
фунт/100 фут² 10/13 7/9 12/14 11/14 9/10 12/14 13/16 15/17 2,4/13,9 ПФ, см³/30мин 4,5 4,2 4,9 3,8 3,2 3,1 3,2 3,6 2,3 pH 10,23 9,11 10,15 9,30 9,0 10,2 10,0 10,1 9,7 ВНСС, мПа·с 38200 24600 41000 35400 27500 39000 74100 40000 13100 Увеличение высоты образца глины, % 31,3 25,1 32,8 24,8 21,4 21,2 18,5 15,3 33,3

Полученные данные по технологическим показателям показывают, что заявляемый буровой раствор «ГИДРОГЕЛЬ» имеет необходимые фильтрационные свойства (показатель фильтрации менее 5 см³/30мин) и достаточное увеличение высоты образца глины, что обеспечивает устойчивость стенок скважины. Благодаря наличию в составе уникальных модифицирующих добавок заявляемый буровой раствор имеет высокие значения ДНС и ВНСС при минимальном количестве глины и пониженных значениях пластической вязкости, благодаря которым улучшается очистка ствола в наклонных и горизонтальных участках; также раствор имеет быстроформирующуюся структуру, что указывает на его качественную удерживающую способность. При всем при этом состав раствора является финансово доступным в отсутствии дорогостоящих биополимеров.

Изобретение относится к строительству нефтяных и газовых скважин, а именно к буровым растворам, которые подходят как для бурения транспортного ствола, представленного терригенными породами, так и для вскрытия продуктивных пластов наклонно-направленных и горизонтальных скважин со сверхдальними отходами. Технический результат - сохранение удерживающей способности при бурении наклонных и горизонтальных стволов, эффективный вынос шлама из скважины, расширение арсенала средств. Буровой раствор содержит, мас.%: глину бентонитовую 1,00-2,00; регулятор фильтрации СТАРФЛОК 2,00-3,00; смазочную добавку - ЛУБРИКАНТ БЛ 2,00-3,00; для пептизации бентонитовой глины - гидроксид натрия 0,10-0,30; модифицирующую глину добавку РЕГВИЗ 0,07-0,15; модифицирующую глину добавку РЕАГЕНТ «НВ» марки К 0,15-0,25; в качестве карбонатного утяжелителя - разнофракционный мрамор молотый до 29,00; для предотвращения набухания и осыпания глиносодержащих пород - хлорид натрия 0,00-20,00; воду остальное. 2 табл., 2 пр.

Буровой раствор, содержащий глину бентонитовую, регулятор фильтрации, карбонатный утяжелитель, смазочную добавку и воду, отличающийся тем, что в качестве регулятора фильтрации содержит реагент СТАРФЛОК, в качестве карбонатного утяжелителя - разнофракционный мрамор молотый, в качестве смазочной добавки – ЛУБРИКАНТ БЛ, модифицирующие глину добавки РЕГВИЗ и РЕАГЕНТ «НВ» марки К, для пептизации бентонитовой глины - гидроксид натрия, для предотвращения преждевременной ферментативной деструкции реагента СТАРФЛОК - бактерицид и для предотвращения набухания и осыпания глиносодержащих пород может содержать хлорид натрия при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Глина бентонитовая 1,00-2,00 Регулятор фильтрации СТАРФЛОК 2,00-3,00 Смазочная добавка ЛУБРИКАНТ БЛ 2,00-3,00 Гидроксид натрия 0,10-0,30 Бактерицид 0,03-0,05 Модифицирующая глину добавка РЕГВИЗ 0,07-0,15 Модифицирующая глину добавка РЕАГЕНТ «НВ» марки К 0,15-0,25 Разнофракционный мрамор молотый до 29,00 Хлорид натрия 0,00-20,00 Вода остальное