Способ приготовления полимерного бурового раствора Советский патент 1992 года по МПК C09K7/02 

Изобретение относится к бурению нефтяных и газовых скважин и может использоваться при ремонте и заканчивании скважин, для приготовления полимерных буровых растворов на основе морских и пластовых вод с высокой степенью минерализации.

Известен способ приготовления безглинистых промывочных жидкостей для бурения и заканчивайся скважин на основе карбоксиметилоксиэтилцеллюлозы (КМОЭЦ) и бихроматов натрия, калия и аммония.

Недостатком этого способа является то, что процесс структурирования солевых растворов КМОЭЦ осуществляется с помощью соединений шестивалентного хрома в виде бихроматов, которые очень токсичны и представляют серьезную опасность для обслуживающего персонала и окружающей среды, кроме того процесс структурирования гидрогеля КМОЭЦ идет в кислой среде при рН 4-5, что вызывает коррозию оборудования, бурильных и обсадных труб.

Известен также способ приготовления безглинистого бурового раствора на основе оксиэтилцеллюлозы (ОЭЦ) и минеральных солей хрома III.

Недостатком этого способа является то, что использование минеральных солей хрома III, таких как хлориды, сульфаты, нитраты, калиевые и натриевые квасцы и т.д. в качестве структураторов ОЭЦ в минерализованных средах не представляется возможным. Так как эти соли в минерализованной среде либо, вообще не образуют связей между молекулами ОЭЦ, либо образующиеся при низкой минерализации межмолекулярные связи настолько непрочны, что разрушаются в течение короткого времени под действием броуновскогодвижения.Однако полимергидрогелевый раствор, приготовленный по этому способу, является высокоустойчивым к полиминеральной агрессии после формирования его в пресной среде. Но то, что он не может быть сформирован в минерализованной среде является главным

(Л

С

1

к

4 О IVJ

ЦЬь

недостатком этого способа. Кроме того, недостатком этого способа является то, что он не может быть применен при использовании минерализованных вод даже с небольшим содержанием поливалентных катионов (Сэ, Mg, Ba, Sr, и др.), которые способны взаимодействовать с гидроксильными группами ОЭЦ и инактировать их, делая невозможным дальнейший процесс приготовления полимерного гидрогеля.

Цель изобретения - создание высокой тиксотропной структуры и низких показателей фильтрации полимерного гидрогелево- го раствора на основе минерализованных вод, содержащих препятствующие застудневанию катионы.

Поставленная цель достигается тем, что в качестве структурообразующей водорастворимой соли трехвалентного хрома используют уксуснокислый хром в количестве 50-87,5% от массы ОЭЦ, а ОЭЦ берут в количестве 0,6-1,0% от массы бурового раствора и дополнительно перед смешением с уксуснокислым хромом вводят в раствор ОЭЦ в водном растворе щелочи баритовый или железистый утяжелитель.

Способ осуществляется следующим образом.

В минерализованную пластовую воду, содержащую одновалентные и поливалентные, катионы ( р 1,00-1,19 г/см3) вносят каустическую соду до рН 12-12,6, затем при этом рН в щелочном рассоле в течение 20 мин диспергируют оксиэтйлцеллюлозу. Потом в систему щелочной дисперсии ОЭЦ вводят баритовый или железистый утяжелитель или их смесь и последующим добавлением уксуснокислого хрома вызывают остудневание системы.

Утяжелители (баритовые и железистые) можно вводить и после уксусного хрома, т.е. в готовый гидрогель (студень), но-эта операция вызывает аэрирование приготовленного гидрогеля (порошкообразные материалы всегда вносят большое количество воздуха). Трудность удаления воздуха из-за наличия в гидрогеле статического напряжения сдвига ведет к перерасходу утяжелителя.

П р и м е р 1. К 200 мл пластовой воды с общей жесткостью 26 мг-экв/л и плотностью р 1,0 г/см3 добавляют 0,85 г NaOH, после растворения щелочи рН рассола достигает 12,5. Далее в полученном щелочном рассоле в течение 20 мин диспергируют при механическом перемешивании 1,6 г ОЭЦ и в образовавшуюся щелочную дисперсию ОЭЦ (также при перемешивании) вводят 80 г барита. После равномерного распределения утяжелителя по всему объему жидкости

в нее добавляют 0,8 г уксуснокислого хрома, что составляет 50,0% уксуснокислого хрома к массе ОЭЦ. Через 10 мин система структурируется и переходит в утяжеленный гидрогель. Параметры полученного утяжеленного

полимерного раствора, измеренные при

60°С, следующие: р 1,21 г/см3; С НС

30/69 дПа; Г0 45 дПа; у„п 35 мПа-с;

/эфф 50 мПа с: Ф 6,0 см3; рН 11,5 (табл. 1).

Приведенные в табл. 1 показатели растворов определяли на стандартных приборах. Плотность определяли с помощью рычажных весов СНС и реологические показатели - на ротационном вискозиметре ВСН-3, фильтрацию на приборе ВМ-6, рН с

помощью универсального иономера.

Пример 2. К 200 мл морской воды (Каспий, общая жесткость 96 мг/экв/л) плотностью 1.008 г/см3 добавляют 0,9 г NaOH после растворения щелочи рН морской воды достигает 12,6. Далее в полученном щелочном рассоле в течение 20 мин диспергируют 1,6 г ОЭЦ и в образовавшуюся щелочную дисперсию ОЭЦ вводят 160 г сидерита (РеСОз), после его равномерного

распределения по всему объему в систему добавляют 1,0 г уксуснокислого хрома, что составляет 62,5% уксуснокислого хрома от массы ОЭЦ. Через 10 мин система переходит в гидрогель. Параметры полученного

утяжеленного полимерного бурового раствора, измеренные при 60°С следующие: р 1,6 г/см3; СНС 15/24 дПа; Т0 84 дПа; 7пл 32 мПа-с; Ф 5,0 см3; рН 11,3 (табл. 1). Подобным образом готовятся и другие

аналогичные неутяжеленные и утяжеленные полимерные гидрогелевые буровые растворы на основе пластовых вод полиминерального состава с .различными степенями минерализации, свойства которых

приведены в табл. 1.

Из табл. 1 видно, что полимергидрогеле- вые растворы, приготовленные по предлагаемому способу, соответствуют всем требованиям, предъявляемым к полимерным буровым растворам, и могут быть использованы в практике массового бурения. Их технологические параметры измерялись при 60°С с целью указания на их термическую стабильность.

Для сравнения в табл. 2 приведены результаты, полученные при использовании известного способа приготовления пол- имергидрогелевых растворов.

Из приведенных в табл. 2 данных видно.

что в солевых системах различной степени минерализации получить известным способом структурированные полимергидрогеле- вые буровые растворы не представляется

возможным, так как образующиеся системы не обладают необходимой механической прочностью, на что указывает отсутствие статического напряжения сдвига. Кроме того у них очень высок показатель фильтрации (Ф 40), что делает неприемлемыми, приведенные в табл. 2 системы в качестве буровых растворов.

Применение полимерных тиксотропных гидрогелевых буровых растворов на основе минерализованных пластовых вод, приготовленных по предлагаемому способу (табл. 1) позволяет повысить проходку на долото и механическую скорость бурения за счет уменьшения абразивного износа вследствие снижения концентраций твердой фазы в буровом растворе и повышения смазывающих свойств, полностью исключить расход глинопорошка и снизить расход пресной воды для приготовления буровых растворов, так как их основу составляет пластовая вода, сократить затраты на материалы и химические реагенты для приготовления и обработки раствора в результате снижения числа реагентов и их удельного расхода, что вызвано оригинальностью данного состава полимерного раствора, сократить затраты времени на работы, связанные с приготовлением и химической обработкой раствора. Это обусловлено уменьшением трудоемкости и устойчивостью показателей этих растворов во времени. Кроме того снижаются затраты на перевозки и общие транспортные расходы, повышается качество крепления скважин за счет отсутствия на стенках скважин глинистой корки, что обуславливает получение хорошего контакта цемента с

данными поверхностями, а также повышается качество вскрытия продуктивных пластов за счет исключения загрязнения их глинистой фазой. Применение полимерного гидрогелевого бурового раствора на основе

пластовых вод никаких дополнительных капитальных вложений не требует.

Формула изобретени я

1.Способ приготовления полимерного бурового раствора путем смешения водорастворимой соли трехвалентного хрома с предварительно полученным раствором ок- сиэтилцеллюлозы в водном растворе щелочи с рН не ниже 11, о т л и ч а ю щ и и с я

тем, что, с целью сохранения технологических параметров при приготовлении его на основе минерализированной воды, в качестве водорастворимой. соли трехвалентного хрома используют уксуснокислый хром в количестве 50-87,5% от массы оксиэтилцел- люлозы, при этом оксиэтилцеллюлозу используют в количестве 0.6-1,0% от массы бурового раствора.

2.Способ по п. 1, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что перед смешением с уксуснокислым

хромом в раствор оксиэтилцеллюлозы в водном растворе вводят баритовый или железистый утяжелитель.

Нарекая Каспий 0,46 0,87 - ,008 7.612,01,2 .

Пластовая Нижняя

волга 0,253 0,М2 0,0081,000 7,5 12,5 0,8

Морская Каслий

0,46 0,87 - 1,008 7.6 12,6 0,8

Альб-сеноианского горизонта

12,27 8,96 - 1,129 7,0 12,6

Рассол - т 0,0i 1,190 6,5 12,Ь

Пластовая Нижняя Волга

0,293 0,112 0,008 1,000 7,5 12,7 0,4

48,9

50,0

62,5

70,0

87,5

30 15

18 12

О5418364011,01,01

694535506,011,51.21

248432605,011,31,60

3017737964,511,61,72

459640728,011,11,91

10

40 11,75 1,01

Таблица2

сл

-J ю

XI

о -J -U

Использование: бурение нефтяных и газовых скважин. Сущность изобретения: ок- сиэтилцеллюлозу растворяют в водном растворе щелочи при рН не ниже 11. Полученный раствор смешивают с уксуснокислым хромом. Уксуснокислый хром используют в количестве от 50,0 до 87,5% от массы оксиэтилцеллюлозы. А оксиэтилцел- люлозу используют в количестве от 0.6 до 1,0 от массы бурового раствора. 2 табл.

7,6 11,0 0.25 66.6 00

7,511,2 0,30 75,0 О О

7,611,5 0,40 75,0 О О

7,011,5 0,50 62,5 О О

6,511,0 0,60 50,0 О О

7,511,2 0,75 62,5 О О

21 3,0 10 40 9,8 1,010 24 9,0 17 40 10,0 1,002

00

25 40 10,0 1,011 32. 40 10,0 1,13

42 40 4 40

10,0 1,20 10,0 1,004