Способ получения облегченного бурового раствора Советский патент 1984 года по МПК C09K7/02 

;о о: ро 1 Изобретение относится к технологии бурения нефтяных и газовых сква жин и может быть использовано для получения облегченных буровых растворов при бурении в породах с низки пластовым давлением. Известен способ приготовления облегченного бурового раствора путе введения облегчающих добавок - газо наполненных пластмассовых микрошари ков lj . Недостатком известного способа является необходимость производства газонаполненньгх пластмассовых микро шариков . Наиболее близким к изобретению является способ получения облегченного раствора путем введения газовьщеляющих реагентов мочевины и сульфата алюминия, взятых в соотношении 1:1,9-1,1:1,9 2 , Недостаток этого способа в том, что образование углекислого газа на забое и на определенной глубине скважины, имеющих температуру 105 С . (и вьпие), происходит самопроизвольно за счет процессов термического гидролиза мочевины и сопутствующих процессов взаимодействия исходнь1х компонентов и продуктов реакции гидролиза. Следовательно, образование углекислого газа (газовьщеление) может быть реализовано только при и выше, поэтому известный способ применим для скважин большой глубины «ли же скважин на площадях, отличаю щихся высоким геотермическим градие том (высокими забойными температура ми) . Кроме того, этот способ нельзя применять в скважинах с неустойчивыми стенками, так как отсутствует эффект глинизации стенок скважины. Цель изобретения - расширение области применения способа при проводке скважин с пластовыми темпе ратурами 20-105°С и в неустойчивых породах. Поставленная цель достигается тем, что в способе получения облегченного бурового раствора путем введения газовыделяющих реагентов, в качестве этих реагентов последова тельно вводятся 10-12%-ый щелочной раствор стиромаля и 10-12%-ый раствор перекиси водорода, причем раств ры стиромаля и перекиси водорода вводятся в количестве 2,0-2,5% от объема бурового раствора, сожержащего 13-14% бентонитовой глины. Способ облегчения бурового раствора осуществляют по следующей методике. Буровой раствор готовят на основе 13-14% суспензии бентонитовой глины. Для получения щелочного раствора стиромоля (сополимера малеинового ангидрида со стиролом ТУ 6-01-402-75) в раствор едкого натра засыпают стиромаль (соотношение стиромоля и едкого натра 1:0,25-1:0,30 в пересчете на сухое вещество) и перемеишвают при 60-70 С в течение 2-3 ч, концентрация полученного исходного раствора 10-12%. 10-12%-ый раствор перекиси водорода готовят путем разбавления технического пергидроля (ГОСТ 5427-70) пресной водой. При последовательном введении в буровой раствор щелочного раствора стиромоля и перекиси водорода происходит разрыв связей в молекулах стиромоля, сопровождающийся выделением газа (кислорода), который газирует буровой раствор, снижая его плотность с 1,090-1,070 до 0,6900,700 г/см, время жизни такой системы 200-250 ч. Результаты проведенных исследований представлены в таблице. В качестве бурового раствора используют глинистый раствор, приготовленный из бентонитового глинопорошка на пресной воде. Анализ полученных данных показывает, что оптимальные результаты воз можны при последовательном введении в 13-14%-ый раствор бентонитовой глины 10-12%-го щелочного раствора стиромапя и 10-12%-го раствора перекиси водорода (оба в количестве 2,02,5% от объема обрабатываемого бурового раствора). Время приготовления до получения раствора необходимой плотности 1,0-1,5 ч. Следует отметить, что свойства такой системы могут быть восстановлены повторными добавками реагентов. Полученный облегченный раствор сохраняет свою подвижность и поэтому может прокачиваться с помощью обычных буровых насосов. Поставленная цель может быть достигнута при использовании щелочного раствора стиромаля не только 1012%-ой концентрации. Однако повьшен концентрации выше 10-12% вызывает значительное повышение вязкости реагента, что затрудняет применение его. Использование стиромоля меньших концентраций связано с вводом допол нительного количества жидкости в бу ровой раствор, вызывающего нежелательное снижение концентрации твердой фазы в растворе. Соотношение стиромаля и едкого натра составляет 1:0,25-1:0,30 в пересчете на сухое вещество, т.е. стиромаля вводится в раствор едкого натра 2,5-3,0%-ой концентрации. Что же касается концентрации рас вора перекиси водорода, то в целях безопасности работы с сильным окислителем технический пергидроль (30%) разбавляют до 10%-ой концентрации . Следовательно, поставленная цель может быть достигнута и при других концентрациях растворов стиромаля и перекиси водорода при условий сохранения абсолютного соотношения указанных веществ. Принятые концент рации (10-12%) наиболее удобны с то ки зрения эксплуатации и техники, безопасности. Успешность получения облегченных растворов в значительной степени зависит от содержания твердой фазы (глины) в растворе. При концентрации твердой фазы в пределах 9-10%, что соответствует условной вязкости 20-21 с, последовательное введение щелочного раствора стиромаля и перекиси водорода, как это видно из Iданных, приведенных в таблице, вызывает вспенивание раствора и снижение плотности с 1,05 до 0,845 г/см. Однако через 1,5 ч после приготовления раствор расслаивается: верхний слой типа пены, нижний плотностью 1,01 г/см. По-видимому, при низких значениях вязкости и статического напряжения сдвига раствора пузырьки газа вследствие малого сопротивления среды всплывают и поэтому распределе ние их по всему объему неравномерно При концентрации твердой фазы. 15-Т6% что соответствует условной вязкости 46-48 с, насьш1ение раствора пузырь- 55 ками газа вызывает интенсивное повышение вязкости вплоть до нетекучей и статического напряжения сдвига 200 мг/см. Столь интенсивное повышение структурно-механических показателей затрудняет работу буровых насосов, а следовательно, ухудшает промывку и очистку забоя скважины от выбуренной породы. Оптимальные показатели плотности и структурно-механических показателей при равных добавках щелочного раствора стиромаля (1%) и перекиси водорода (1%) получены при концентрации твердой фазы 13-14%, что соответствует условной вязкости 26 с. При этом последовательное введение щелочного раствора стиромоля и перекиси водорода в указанных выше количествах способствует снижению плотности раствора с 1,07-1,09 до 0,860 г/см при вязкости 80 с и статическом напряжении сдвига 15-25 мг/см. Дальнейшее увеличение добавок щелочного раствора стиромоля и перекиси водорода к раствору условной вязкостью 26 с показывает, что наиболее оптимальными являются добавки 2% щелочного раствора стиромаля 10% концентрации и 2% раствора перекиси водорода. При этом имеет место, максимальное снижение величины плотности (до 0,690 г/см) при условной вязкости 180 с и статическом напряжении сдвига через 1 и 10 мин покоя соответственно О и 30 мг/см. Увеличение добавки перекиси водорода до 3-4% при оптимальной добавке (2%) щелочного раствора стиромаля не вызывает значительного снижения плотности раствора. При этом уже через 24 ч после приготовления наблюдается расслоение бурового раствора. Таким образом, при увеличении добавки раствора перекиси водорода система теряет свою устойчивость расслаивается на два слоя с различными величинами плотности. Указанное расслоение увеличивается во времени. Раствор, облегченный предлагаемым способом, предназначен для бурения нефтяных и газовых скважин в породах с низким пластовым давлением. При этом технологические по.казатели бурового раствора (условная вязкость, статическое напряжение сдвига) находятся в пределах, допускающих нормальное прокачивание и промывку скважин. Введение стиромаля в буровой раствор способствует улучшению его фильтрационной характеристики (водоотдача с 13 снижается до 5-3,5 см). Таким образом, пpeдлaгae alIЙ способ обеспечивает получение облегченного бурового раствора и с высокими глинизирутощш свойствами, что в значительной степени улучшает условия проводки скважин в неустойчивых породах. Кислород не оказывает влияния на взрывоопасность раствора, так ка реакция его вьщеления происходит довольно медленно даже при повышенных температурах, кроме того, ввделение кислорода из объема щелочного раствора стиромаля с перекисью и бурового pacTBOjpa также происходит очень медленно из-за их высокой вяз кости, что подтверждается длительны сохранением буровым раствором низкой плотности и необходимых структу но-механических показателей.

Изменение плотности бурового глинистого раствора от добавок щелочного раствора стиромаля и перекиси водорода 376 Введение реагентов (щелочного раствора стиромаля и перекиси) в бу ровой раствор осуществляется на поверхности в открытой циркулирующей системе, что также не может создать взрывоопасную ситуацию, причем небольшое количество выделяющегося из объема бурового раствора кислорода разбавляется парами воды, так как циркулирую1ф й буровой раствор имеет температуру не ниже . Вьщеление кислорода при высоких (до 150 С) температурах в условиях скважины несколько возрастает. Скорость коррозии образца стали Д в среде бурового раствора, обелегченного предлагаемым способом, находится в пределах 5,9-6,4 (для прототипа 40-80 ).

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ОБЛЕГЧЕННОГО БУРОВОГО РАСТВОРА путем введения газовьщеляющих реагентов, о т л и чающийся тем, что, с целью расширения области применения способа при проводке скважин с пластовыми температурами 20-105с и в неустойчивых породах, в качестве газовьщеляющих реагентов последовательно вводятся 10-12%-ый щелочной раствор стиромаля и 10-12%-ый раствор перекиси водорода, причем растворы стиромаля и перекиси водорода вводятся в количестве 2,0-2,5% от объема бурового раствора, содержащего 13-14% бенто8 нитовой глины.

9-10

460,857

64,50,865

710,860

21 1,05

17

15 32 0,845

0,5 1,5

Расслоение на два слоя: верхний - пена, нижний - р 1,01 г/см

481,10 63

72

11

Концентрациябентонитовойглины в растворе, X

15-16

1,5

1,5

Продолжение таблицы

0,5 Нете- 0,996 О 200 кучая

3 24

1

3

24

Продолжение таблицы

60 0,760 15

105 0,760

Расслоение: верхний слой 0,700, нижний слой 0,800

100 0,700 6

48 0,700

Расслоение: верхний слой 0,700, нижний слой 0,750