Способ получения полимерного бурового раствора для вскрытия пластов Советский патент 1992 года по МПК C09K7/02 

Изобретение относится к области бурения нефтяных и газовых скважин, в частности к способам получения буровых растворов для вскрытия продуктивных пластов.

Известны способы получения полимерного бурового раствора путем загущения воды или водносолевого раствора высокомолекулярным соединением из класса полисахаридов.

Недостатком известных способов является то, что указанные полимерные растворы в отсутствие коллоидной фазы не способны ограничить фильграцйю жидкости в проницаемые отложения, введение же в раствор бентонита, мела, асбеста и т.п. отрицательно влияет на работу долот и способствует необратимой кольматации коллектора.

Известен cnocof, включающий введение полимера и- класса полисахаридов, например карбоксиметилцеллюлозы, в водно-солевой растеор. В соответствии с этим способом готовят концентрированный раствор хлорида натоия и вводят в него 1- 3% карбоксиметилцеллюлозы (КМЦ). При этом образуется полимерный раствор, в котором надмолекулярные образования имеют размеры коллоидных частиц. За счет кольматирующего действия коллоидных высокомолекулярных частиц полимерный буровой раствор имеет низкую фильтрацию в пласты при различных перепадах давления.

Однако недостатком известного способа является то, что коллоидные высокомолеVI

Ю О

3

кулярные частицы полимерного бурового раствора обладают высокой физико-химической (адсорбционной, адгезионной) активностью по отношению к поверхности горной породы, что препятствует их удалению из фильтрационных каналов призабой- ной зоны пласта при освоении скважины, вследствие чего затрудняется очистка скважин и снижается их продуктивность.

Цель изобретения - сохранение коллек- торских свойств продуктивных пластов за счет снижения адсорбционно-адгезионной активности полисахаридов по отношению к песчаникам при одновременном повышении структурно-механических свойств раствора.

Поставленная цель достигается тем, что раствор хлорида натрия перед введением полисахарида обрабатывают кальциевой солью нитрилтри(метиленфосфоновой) кислоты в массовой концентрации 0,4-0,9%.

Кальциевая соль нитрилтри(метиленфос- фоновой) кислоты (Са-НТФ) представляет собой порошкообразное вещество белого цвета с мол.м. 413И5, Т.пл. 250°С (с разложением). Структурная формула

-СН2-Р(0)ОаСа

N -СН2-Р(0)02Са

-СН2-Р(0)02Са брутто-формула: СазСзНеОдМРз.

Снижение адсорбционной и адгезионной активности полимера по отношению к поверхности горной породы обусловлено модификацией поверхности агрегатов макромолекул углеводородными фрагментами, входящими в состав молекул фосфорорга- нического соединения, и экранизацией фун- кциональных групп полимера алкилфосфоновыми группами -R-PO(OH)2.

П р и м е р. В химический стакан вместимостью 1 л помещают 366.4 г воды и 120 г хлорида натрия, перемешивают раствор с частотой вращения 2 в течение 30 мин, добавляют3 г СА-НТФ и перемешивают 1 ч. Затем вводят 0,6 г гидроксида натрия и 10 г КМЦ-85/700. После перемешивания измеряют технологические показатели полимерного бурового раствора: плотность р- 1200 кг/м3; условная вязкость (УВ) 150 с; водоотдача Ф 7 см3, статическое напряжение сдвига CHCi/io 0,6/0,6 Па; показатель концентрации ионов водорода рН 8.

Испытание адсорбционной активности полимерного бурового раствора проводят следующим образом.

В колбу, вместимостью 50 см . помещают 5 г адсорбента (стеклянные шарики с удельной поверхностью 0,1 м2/г) и 20 см3 испытуемого полимерного бурового раствора. Перемешивают содержимое колбы механической мешалкой с частотой вращения 1 в течение 6 ч. Выдерживают в покое 18 ч. Антронным методом определяют содержание КМЦ в полимерном буровом раство- ре до и после контакта со стеклянными шариками.

Адсорбцию (А) вычисляют по формуле

А

100.5уд..Радс

где V - объем раствора, см ;

Зуд- удельная поверхность адсорбента, м2/г;

Раде - навеска адсорбента;

Л С (Co-Ci) изменение концентрации КМЦ в растворе.

После расчета получают Со 2,0 мас.%; Ci 1,97мас.%; А- 12 мг/м2.

Методика оценки адгезионной активности полимерного бурового раствора. В шприц, вместимостью 1 см , отбирают пробу испытуемого полимерного бурового раствора. Иглу шприца вводят в ячейку для испытания и формируют капли раствора на

полированной поверхности стеклянной пластинки, находящейся в среде углеводородной жидкости (декан). С помощью микроскопа при четырехкратном увеличении измеряют параметры капли (высота и

посадочный диаметр). Вычисляют величину угла смачивания $Ср 82°.

Состав и свойства полученных предлагаемым способом полимерных буровых растворов приведены в табл. 1.

Из табл. 1 следует, что растворы 1-6 имеют удовлетворительные технологические показатели, сходные с показателями полимерного бурового раствора, полученного известным способом (раствор 7).

в табл. 2 приведены данные об адсорбционной и адгезионной активности КМЦ в полимерном буровом растворе по отношению к поверхности горной породы.

В табл. 3 приведены данные о степени

очистки порового пространства образцов керна естественного песчаника, закольма- тированных полимерным буровым раствором. За показатель степени очистки пород взят коэффициент восстановления первоначальной проницаемости КВп.

Из табл. 2 следует, что при обработке полимерного бурового раствора кальциевой солью нитрилтри(метиленфосфоновой) кислоты значительно снижается величина равновесной адсорбции КМЦ на силикатной поверхности и растет краевой угол смачивания. Это свидетельствует об ослаблении сил молекулярного взаимодействия полимера на контакте с минеральной поверхностью

пород, что улучшает условия очистки пррово- го пространства от высокомолекулярного кольматанта при течении флюида. Последнее подтверждается результатами экспериментов по декольматации песчаников (табл. 3).

Приведенные данные показывают также, что оптимальной массовой концентрацией Са-НТФ в полимерном буровом растворе является концентрация 0,4-0,9%. При концентрации Са-НТФ менее 0,4% (раствор 1) эффективность предлагаемого способа недостаточно высока, так как физико-химическая активность полимера снижается незначительно. При концентрации Са-НТФ 0,9% адсорбция КМ Ц отсутствует, поэтому дальнейшее повышение концентрации Са-НТФ экономически нецелесообразно (раствор 6). Поскольку обработка водносолевого раствора 0,4-0,9% Са-НТФ снижает величину рН, в раствор добавляют 0,1-0,15% едкого натра, что обеспечивает оптимальный для данного типа полимерного бурового раствора диапазон значений рН 7-9. Кальциевую соль НТФ вводят в раствор перед введением полимера, так как в противном случае (при введении в раствор Са- НТФ после введения полимера) цель изобретения не достигается (раствор 8, табл. 1).

Положительный эффект достигается и при использовании другого полисахарида - карбоксиметилоксиэтилцеллюлозы (КМОЭЦ). Свойства полимерного бурового раствора на основе КМОЭЦ показаны в табл. 1 (раствор 9).

Предлагаемый способ обеспечивает улучшение условий очистки призабойной зоны пласта при освоении скважин за счет снижения физико-химический активности полимера, в результате чего в 1.3-3 раза повышения пропускная способность фильтрационных каналов пород в прйзабойную зону пласта и, соответственно, увеличивается продуктивность последнего.

Формула изобретения

Способ получения полимерного бурового раствора для вскрытия пластов, включающий растворение реагента стабилизатора из класса полисахаридов в растворе хлорида натрия, отличающийся тем, что, с целью сохранения коллекторных свойств, продуктивных пластов за счет снижения ад- сорбционно-адгезионной активности полисахаридов по отношению к песчаникам при одновременном повышении структурно-механических свойств бурового раствора, в раствор хлорида натрия предварительно вводят кальциевую соль нитрилотриметилфосфоно- вой кислоты в количестве 0.4-0,9 мас.%.

Таблица1

Изобретение относится к бурению скважин, а именно к способам получения буровых растворов, используемых для вскрытия продуктивных пластов. Цель - сохранение коллекторских свойств продуктивных пластов за счет снижения адсорбционно-адге- зионной активности полисахаридов по отношению к песчаникам при одновременном повышении структурно-механических свойств раствора. Способ включает растворение реагента - стабилизатора из класса полисахаридов - в растворе хлорида натрия, обработанном предварительно кальциевой солью нитрилотриметилфосфоновой кислоты (Са-НТФ) в количестве 0.4-0,9 мас.%. Введение Са-НТФ в раствор после растворения в нем полимера не приводит к достижению поставленной цели. В качестве полисахаридов используют карбоксиметил- целлюлозу и карбоксиметилоксиэтмлцеплю- лозу. 3 табл. с/ С

Примечание: В растворе 9 КМЦ использован КМОЭЦ.

Примечание: А - равновесная адсорбция; $«рай- краевой угол смачивания стеклянной пластинки раствором на границе с деканом.

Таблица2