Полимер-стабилизированная микродисперсная буровая композиция Российский патент 2023 года по МПК C09K8/22 

Изобретение относится к нефтегазовой области, а именно к составам для бурения скважин в интервалах, образованных глинистыми породами. Полимер-стабилизированная микродисперсная буровая композиция предназначена для бурения интервалов, сложенных глинистыми породами и пропластками, склонных к активному набуханию и обвалообразованиям.

Известен ингибирующий биополимерный раствор, предназначенный для строительства скважин в осложненных горногеологических условиях, наклонно-направленных и горизонтальных стволах, сложенных неустойчивыми горными породами, склонными к осыпям, обвалам и набуханию. В состав раствора входят хлорид кальция, хлорид калия, гидроксид калия, биополимер ксантового типа, мел, пеногаситель, углеводородная основа и вода. (Патент RU 2756264 С1, опубл. 28.09.2021).

Недостатком известного биополимерного раствора является существенное количество в составе хлорида кальция и хлорида калия, что вызывает неблагоприятное воздействие на окружающую среду при утилизации отходов бурения. Применение нефти в качестве углеводородной основы вызывает высокую зависимость реологических параметров бурового раствора от его температуры, увеличивает стоимость промывочной жидкости и требует повышенных противопожарных мер на участке ведения работ.

Технической задачей, на решение которой направлено заявленное изобретение, является устранение недостатков аналога и создание полимер-стабилизированной микродисперсной буровой композиции для бурения пород, склонных к набуханию и обвалообразованию.

Технический результат, на достижение которого направлено заявленное техническое решение, заключается в снижении финансовых затрат на приобретение и эксплуатацию буровой композиции за счет использования меньшего количества компонентов при сохранении требуемых технологических параметров, снижению экологической нагрузки при использовании, в оптимизации затрат при хранении и транспортировке компонентов композиции к месту ведения работ, а также в сокращении сроков строительства скважины за счет повышения технологичности буровой композиции.

Указанный технический результат достигается за счет разработки полимер-стабилизированной микродисперсной буровой композиции, в состав которой входят регулятор pH композиции, первичный структурообразователь, инкапсулятор выбуренной породы, полимерный структурообразователь, понизитель фильтрации, смазочная добавка, пеногаситель, бактерицид, утяжелитель и пресная вода, при этом в качестве регулятора pH используют гидроксид натрия - NaOH, в качестве первичного структурообразователя - глинопорошок ПБМБ, в качестве инкапсулятора выбуренной породы - полианионный флокулянт полиакриламид ПАА Praestol 2540, в качестве понизителя фильтрации - полианионную целлюлозу ПАЦ-Н, в качестве смазывающей добавки - композицию растительных и минеральных масел СМЭГ-5, в качестве пеногасителя - водную эмульсию кремнийорганических полимеров - пеногаситель Полидефом, в качестве утяжелителя - кислоторастворимый утяжелитель Микромрамор МР-3, МР-4, в качестве бактерицида - водный раствор полигексаметиленгуандин гидрохлорида и четвертичных аммониевых солей - Биопласт, при соотношении компонентов, г/л: NaOH - 0,5-1,0; ПБМБ - 15,0-20,0; ПАА Praestol 2540 - 0,2-0,5; ксантановая камедь Биоксан - 0,2-0,5; полианионная целлюлоза ПАЦ-Н - 3,5-4,5; смазочная добавка СМЭГ-5 -10,0-12,0; пеногаситель Полидефом - 1,8-2,0; бактерицид Биопласт - 1,0-1,4; Микромрамор МР-3, МР-4 - до необходимой плотности раствора; пресная вода – остальное.

Состав заявленной буровой композиции обуславливается ниже следующими характеристиками компонентов.

Для регулирования pH указанной буровой композиции использовали NaOH.

Глинопорошок бентонитовый с модифицирующими добавками ПБМБ (ТУ 39-0147001-105-93) использовали в качестве первичного структурообразователя и регулятора вязкости буровой композиции.

Для эффективной очистки ствола скважины во время бурения использовали инкапсулятор выбуренной породы - полианионный флокулянт полиакриламид ПАА Praestol 2540. Это высокомолекулярный анионный водорастворимый полимер на основе акриламида и анионного сополимера (ТУ 2216-001-40910172-98).

В качестве структурообразователя и регулятора реологии буровой композиции использовали биополимер Биоксан на основе ксантановой камеди (ТУ 2454-025-97457491-2010). Биоксан позволяет поддерживать псевдопластические свойства буровой композиции.

В качестве утяжелителя использовали кислоторастворимый карбонатный утяжелитель Микромрамор МР-3, МР-4 (ТУ 5743-001-63925093-2009), обеспечивающий увеличение плотности буровой композиции. Кроме того, Микромрамор выполняет функцию кольматирующей добавки.

Для регулирования вязкости и снижения фильтрации (фильтратоотдачи) буровой композиции использовали полианионную целлюлозу ПАЦ-Н (ТУ 2231-015-32957739-00).

В качестве жидкой смазочной добавки использовали композицию растительных и минеральных масел СМЭГ-5 (ТУ 2458-007-97457491-2007), которая способствует снижению адгезионной способности и коэффициента трения глинистой корки, а также для профилактики сальникообразования.

В качестве пеногасителя буровой композиции использовали пеногаситель Полидефом, который представляет собой водную эмульсию кремнийорганических полимеров, выпускаемую по ТУ 2637-023-97457491-2010).

Бактерицидную добавку Биопласт, которая представляет собой водный раствор бактерицидных материалов, содержащих композицию из двух различающихся по характеру активного воздействия на микроорганизмы бактерицидных веществ: модифицированной смеси полигексаметиленгуанидин гидрохлорида и четвертичных аммониевых солей (ТУ 2458-039-00209295-2002; СТО 59997402-03-2011) использовали для предотвращения биодеградации и разложения буровой композиции при длительном ее применении.

Эффективность буровой композиции для бурения интервалов, сложенных глинистыми породами и пропластками, склонными к активному набуханию и обвалообразованиям, характеризуется такими свойствами, как низкая условная вязкость буровой композиции, низкое статическое напряжение сдвига, низкая пластичная вязкость, низкая фильтратоодача буровой композиции и высокое значение ее рН.

Минимальное значение условной вязкости буровой композиции снижает энергетические затраты на циркуляцию композиции, улучшает очистку забоя за счет возможности реализовать большую гидравлическую мощность на долоте, уменьшает потери давления в кольцевом пространстве скважины.

Наименьший показатель фильтратоотдачи способствует минимальной степени гидратации глинистых частиц пропластков, что снижает степень их диспергирования в буровой композиции и возможность неконтролируемого увеличения реологических параметров.

Минимальное значение статического напряжения сдвига (СНС) способствует более эффективной очистке буровой композиции от шлама после ее извлечения на поверхность, снижает величину импульсов давления на забой и стенки скважины при запусках буровых насосов, снижается вероятность гидроразрыва пласта и поглощений буровой композиции.

Минимальные значения пластической вязкости и динамического напряжения сдвига (ДНС) способствуют более эффективной очистке ствола скважины от выбуренной породы, а также увеличению гидромониторного действия долота.

Наибольшее значение рН позволяет более эффективно воздействовать полимерным реагентам на реологические характеристики буровой композиции.

Для проведения испытания полимер-стабилизированной микродисперсной композиции были приготовлены три композиции идентичного компонентного и разного количественного составов. Приготовление композиций для подбора оптимальной рецептуры осуществлялось по общему алгоритму, в соответствии с которым на начальном этапе в пресную воду для создания нужного значения рН среды вводили NaOH и перемешивали до полного его растворения. Далее добавляли глинопорошок ПБМБ, диспергировали в течение 10 минут и оставляли на 8-12 часов для набухания при гидратации. Затем при интенсивном перемешивании порционно в указанных в таблице концентрациях вводили компоненты полимерной группы: Биоксан, полианионную целлюлозу ПАЦ-Н и полианионный флокулянт ПАА Praestol. После ввода каждого компонента полимерной группы осуществляли перемешивание композиции в течение 30 минут.На последнем этапе приготовления композиции в нее при перемешивании последовательно вводили бактерицид Биопласт, смазочную добавку СМЭГ-5, пеногаситель Полидефом и утяжелитель в виде мраморной крошки МР-3, МР-4, для достижения необходимой плотности композиции.

Компонентный состав и сравнительные данные полученных полимер-стабилизированных микродисперсных композиций, по физическим свойствам и основным технологическим параметрам, в зависимости от количества входящих в их состав реагентов приведены в таблице.

Из представленных в таблице свойств полученных полимер-стабилизированных микродисперсных композиций видно, что оптимальные значения технологических параметров их применения, необходимые для эффективного бурения интервалов, сложенных глинистыми породами и пропластками, склонными к активному набуханию и обвалообразованиям, имеет композиция №3. Так, эта композиция показала наименьшее значение фильтратоотдачи по сравнению с другими композициями. Низкая фильтратоотдача способствует минимальной степени гидратации глинистых частиц пропластков, тем самым снижая степень их диспергирования в буровой композиции и возможность неконтролируемого увеличения реологических параметров.

Композиция №3 обладает также минимальными значениями таких реологических характеристик, как СНС, пластическая вязкость и невысоким значением ДНС.

Минимальное значение СНС способствует более эффективной очистке буровой композиции от шлама на поверхности, снижает величину импульсов давления на забой и стенки скважины при запусках буровых насосов, снижается вероятность гидроразрыва пласта и поглощений буровой композиции.

Минимальные значения пластической вязкости и ДНС способствуют более эффективной очистке ствола скважины от выбуренной породы, а также увеличению гидромониторного действия долота. Наибольшее значение рН композиции №3 позволяет более эффективно воздействовать входящим в ее состав полимерным реагентам на реологические характеристики.

Таким образом, заявленный технический результат достигнут полностью. Полученная полимер-стабилизированная микродисперсная буровая композиция обладает улучшенной технологичностью, обеспечиваемой путем снижения времени и количества трудозатрат на ее приготовление перед бурением. При этом меньшее количество, по сравнению с аналогами, компонентов в ее составе снижает стоимость, упрощает процесс приготовления, дообработки в процессе бурения интервала, а также обеспечивает воспроизводимость ее свойств за счет простоты рецептуры.

Изобретение относится к нефтегазовой области, а именно к составам для бурения скважин в интервалах, образованных глинистыми породами. Технический результат - сокращение сроков строительства скважин за счет повышения технологичности буровой композиции. Полимер-стабилизированная микродисперсная буровая композиция содержит, г/л: регулятор рН - гидроксид натрия NaOH 0,5-1,0; в качестве первичного структурообразователя - глинопорошок ПБМБ 15,0-20,0; в качестве инкапсулятора выбуренной породы - полианионный флокулянт полиакриламид Praestol 2540 0,2-0,5; в качестве понизителя фильтрации - полианионную целлюлозу ПАЦ-Н 3,5-4,5; бактерицид Биопласт 1,0-1,4; в качестве смазывающей добавки - композицию растительных и минеральных масел СМЭГ-5 10,0-12,0; водную эмульсию кремнийорганических полимеров - пеногаситель Полидефом 1,8-2,0; кислоторастворимый утяжелитель Микромрамор MP-3, МР-4 до необходимой плотности раствора; пресную воду остальное. 1 табл.

Полимер-стабилизированная микродисперсная буровая композиция, в состав которой входят регулятор рН композиции, первичный структурообразователь, инкапсулятор выбуренной породы, полимерный структурообразователь, понизитель фильтрации, смазочная добавка, пеногаситель, бактерицид, утяжелитель и пресная вода, при этом в качестве регулятора рН используют гидроксид натрия NaOH, в качестве первичного структурообразователя - глинопорошок ПБМБ, в качестве инкапсулятора выбуренной породы - полианионный флокулянт полиакриламид ПАА Praestol 2540, в качестве понизителя фильтрации - полианионную целлюлозу ПАЦ-Н, в качестве смазывающей добавки - композицию растительных и минеральных масел СМЭГ-5, в качестве пеногасителя - водную эмульсию кремнийорганических полимеров - пеногаситель Полидефом, в качестве утяжелителя - кислоторастворимый утяжелитель Микромрамор MP-3, МР-4, в качестве бактерицида - водный раствор полигексаметиленгуандин гидрохлорида и четвертичных аммониевых солей - Биопласт при соотношении компонентов, г/л:

NaOH 0,5-1,0 ПБМБ 15,0-20,0 ПАА Praestol 2540 0,2-0,5 Ксантановая камедь Биоксан 0,2-0,5 Полианионная целлюлоза ПАЦ-Н 3,5-4,5 Смазочная добавка СМЭГ-5 10,0-12,0 Пеногаситель Полидефом 1,8-2,0 Бактерицид Биопласт 1,0-1,4 Микромрамор МР-3, МР-4 До необходимой плотности раствора Пресная вода Остальное