Буровой раствор Советский патент 1984 года по МПК C09K7/02 

СО 00

со ел

Изобретение относится к бурению нефтяных и газовых скважин в разрезах, сложенных неустойчивыми глинистыми породами.

Необходимым требованием при бурений в потенциально неустойчивых глинистых отложениях является применение в буровых растворах ингибиторов, уменьшающих набухание и диспергирование глин и обеспечивающих тем самь1м сохранение устойчивости ствола скважины.

Наиболее часто в качестве ингибированных применяют гипсовые, известковые, высококальциевые и другие буровые растворы, в которьк диспергирование глинистых пород предотвращается двух и более валентными катионами, вводимыми в глинистые растворы 3 качестве ингибиторов. Повышение устойчивости глинистых пород основано на замещении в обменном комплексе глины одновалентных катионов поливалентными, хемосорбции поливалентных катионов и коагулирующем действии Cl.

Однако эти растворы имеют ряд существенных недостатков, а именно: многокомпонентность, трудность регулирования фильтрационных и реологических свойств, повьшенный расход понизителей водоотдачи и разжижителей. Невысокая термостойкость.

Наиболее близким к изобретению является буровой раствор, содержащий глину, воду, понизитель водоотдачи и фосфоновые комплексоны - нитролотриметилфосфоновую (НТФ) и 1-оксиэтилидендифосфоновую (ОЭДФ) кислоты в количестве 0,01-0,03%. Применение известного бурового раствора в неустойчивых глинистых породах возможно в связи с тем, что комплексоны при концентрациях 0,01-0,03% являются высокоэффективными разжижителями и позволяют поддерживать стабильные структурно-механические параметры бурового раствора при переходе в него диспергированной породы 2 J.

Однако известньй раствор не предотвращает набухание глин и, следовательно, не может обеспечить сохранение устойчивости ствола скважины.

Целью изобретения является повышение ингибирующих свойств бурового раствора.

Поставленная цель достигается тем, что буровой раствор, содержащий глину, понизитель водоотдачи.

нитрилотриметилфосфоновую кислоту или 1-оксиэтилидендифосфоновую кислоту и воду, содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%:

Глина. 8-25

Понизитель водоотдачи 0,01-0,3

Нитрилотриметилфосфоновая

кислота или 1-оксиэтилиден0,5-2,0 Остальное

Фосфоновые комплексоны отвечают следующим структурным формулам:

нитрилотриметилфосфоновая кислота (НТФ)

,РО(ОН)2

1-оксиэтилиден-сРО(ОН), дифосфоновая кислота (ОЭДФ)

он

Фосфоновые комплексоны являются высокоэффективными комплексообразователями и способны к хемосорбции на глинистых частицах. При малых концентрациях реагента (0,01-0,03%) адсорбция энергетически более выгодна по краям силикатных плоскостей, имеющих нескомпенсированные валентности и свободные заряды, так как в этом случае происходит образование химических связей. Хемосорбция на краях препятствует сближению частиц глины самыми активнь&ш участками и предотвращает затзшгвниё бурового раствора.

При увеличении концентрации фосфоновых комплексонов до 0,5-2,0% начинается адсорбция на базальных плоскостях глинистых частиц, обусловленная в основном электростатическими, а также образованными водородными связями. Это приводит к гидрофобизации поверхности глинистых минералов за счет углерод-водородных фрагментов, входящих в молекулы фосфоновых комплексонов, и способствует уменьшению набухания глин Сущность процесса ингибирования заключается в смешении гидрофильногидрофобного баланса глины в сторону увеличения ее гидрофобности. Степень ингибирования глинистых пород оценивается по снижению величин набухания и диспергирования глины в среде ингибитора. Пример. 80 г бентонитового глинопорошка или глинистого шлама самотлорскрго месторождения диспергируют в 1000 мл-воды, затем вводят понизитель водоотдачи - 1 мл 10%-но rd водного раствора КМЦ-600 или 0,2 мл 2%-ного водного раствора полиакриламида и перемепшвают до полного растворения. Отдельно готовится водный раствор фосфонового комштексона растворением 5 г кислоты в небольшом количестве воды и обработкой товарной щелочью до рН 7. Стабилизированная глинистая суспензия перемешивается с раствором комплаксона в течение 1-2 ч, затем измеряются параметры бурового раствора. Ингибирующие свойства раствора определяют по набуханию бентонита при помощи прибора конструкции Жигача-Ярова. Константы набухания определяют графическим способом. Показатели набухания следующие: К - коэффициент набухания, равный отношению объема жидкости .У.,., связанной с пробой, к объему сухих час тиц Kj - коэффициент набухания, . равный отношению V.. к массе сухой пробы га; К - количество жидкости набухания (см), связьшающее 1 г глины. Определение степени набухания бе тонита проводят в растворах, указан ных в табл.1. Растворы калия и кальция выбраны для сравнения как Наилучшие ингибиторы набухания при концентрациях, соответствующих максимальному ингиб руюптему эффекту. Растворы фосфоновых комплексонов готовят растворением необходимого количества реаген та в воде, затем добавляют товарную щелочь до рН 8-9. Влияние концентрации фосфоновых комплексонов на показатели набухани бентонита, характеризующие ингибиру щий эффект, приведены в табл.1. Для определения глиноемкости растворов готовят растворы ингибиторов, в которые добавляют бентонитовую глину порциями по 10-20 г. После перемешивания растворов измеряют статическое напряжение сдвига (сне) , характеризующее наличие в глинистом растворе структуры.Количество добавленной глины, при котором появляются первые измеримые значения СНС (на приборе СНС-2) характеризует величину глиноемкости раствора ингибитора. Глиноемкость воды принимается равной 1. Состав исследуемых растворов и их глиноемкость приведены в таблице 2 . Как видно из данных табл.2 по эффективности снижения набухания и диспергирования глинистых пород фосфоновые комплексы находятся на уровне таких широко применяемых ингибиторов , как соединения кальция и калия. Состав и технологические параметры буровых растворов приведены в табл.3. Таким образом, технологические параметры растворов, содержащих 0,5-2% фосфоновых комплексоиов,легко регулируются, не требуется увеличивать содержание понизителей водоотдачи и применять разжижители. Растворы термостойки до . Т а б л и ц а 1

j1098951

Продолжение табл. 2

Продолжение табл, 2

БУРОВОЙ РАСТВОР, содержащий глину, понизитель водоотдачи, нитрилотриметилфосфоновую кислоту или 1-оксиэтнлидендифосфоновую кислоту и воДу, отличающий.ся тем, что, с целью повьшения ингибирующих свойств раствора, он содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%: Глина8-25 Понизитель водоотдачи 0,01-0,3 Нитрилотриметилфосфоновая кислота или 1-оксиэтш1идендифосфоновая кислота 0,5-2,0 ВодаОстальное

-0,3-0.10.220 -. О,

25 -О,

25 -О, ..Примечание. Прогрев растворов производят при

имечание, Глиноемкость

воды, составляющая 60 г глины на 500 МП раствора, принята равной 1.

Таблица 3

Параметры.растворов 180°С в течение 8ч.