Буровой раствор Советский патент 1992 года по МПК C09K7/02 

Изобретение относится к технологии бурения скважин, а именно к буровым растворам на водно-полимерной основе с низким содержанием твердой фазы.

Известны буровые растворы с малым содержанием твердой Ааэы, стабилизированные полимерными реагентами, в частности полимербентонитовые растворы на основе акриловых полимеров.

Наиболее близким к изобретению малоглинистые полимерные растворы, со- дерхацие 3-7% бентонитового глинопо- рошка и 0,1-0,4% стабилизатора (понизителя фильтрации): гипана, реагента НР-5, метаса, метакрила (М-14ВВ).

Известен состав бурового раствора, мас.%: бентонитовый порошок ПБВ 3-7,

гидревизованный полиакрилонитрил (ги- пан) 0,14),5, остальное вода до 100. Свойства раствора при 20°С: плотность 1,02-1,05 г/смэ, эффективная вязкость 4-19 мПа.с, показатель псевдопластичности п 0,74-0,94, статическое напряжение сдвига (СНС) после 1 и 10 мин выдержки отсутствует (нулевое), показатель фильтрации (Ф) 3,2-7,2 см , показатель увлажняющей (ингибирующей); способности (П) 7,9-14,9%/ч.

It

Недостатками раствора являются низкие структурно-реологические свойства (нулевые значения СНС высокие значения показателя п) и слабая инги- бирующая способность (высокие значе

Јь СД 1

Ј

СО

- 3

ния показателя П). Эти недостатки не позволяют производить утяжеление раствора, затрудняют вынос грубодис- персного шлама из затрубного пространства создают опасность разрушения стенок скважины при бурении в неустойчивых глинистых породах.

Целью изобретения является улучшение структурно-реологических свойств с одновременным улучшением ингнбирующей способности бурового раствора, снижение эфЛективной вязкости при высоких скоростях сдвига с одновременным усилением псевдопластических свойств-.

Цель достигается тем, что буровой раствор, содержащий глину, стабилизатор из группы акриловых полиэлектролитов анионного типа и воду, дополнительно содержит сополимер акриловой (метакриловой) кислоты и диметилди- аляняаммоний хлорида (ДМДААХ) при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Глина3-8

Стабилизатор из группы акриловых полиэлектролитов анионного типа0,1 - 0,4 Сополимер акриловой (метакриловой) кис- лоты и ДГЩАЛХ 0,01 - Вода До 100 Кроме того, раствор дополнительно содержит хлорид калия в количестве 0,1 - 0,5 мас.%{

Достижение цели обусловлено взаимодействием анионного полимера - стабилизатора с амфотерным полиэлектролитом, приводящим к образованию поли- комплексиого соединения. Это соединение способствует возникновению и развитию молекулярно-структурной сетки с обратимыми межмолекулярными связями в дисперсной среде бурового раствора. Одновременно усиливаются межчастичные взаимодействия через ад- сорбционно-полимерные прослойки. От- сюда повышение структурной вязкости раствора, возникновение и усиление тиксотропии и псевдопластичности. Дополнительное введение в систему небольших количеств хлорида калия усиливает структурирование системы, однако избыточное его количество приводит к чрезмерной дегидратации и высаливанию гидрофильных компонентов, электролитному разжижению и коагуляции раствора.

17

е ее1745749

Добавка сополимера акриловой (метакриловой) кислоты и ДМДЛАХ, сополимера - модификатора (СМ) может иметь разный состав по молярному со-д отношению сомононеров, но предпочти- тельным является содержание ДМДААХ в сополимере в пределах 2-33 мол.%. Сополимер такого состава проявляет наи- большую активность как структурирующая и ингибирующая добавка.

Испытывают буровые растворы с добавкой СМ, содержащей в своем составе 8-15 мол.% ДМДААХ. Добавку вводят 5 в малоглинистые буровые растворы, стабилизированные различными полимерами акрилового ряда: гидролизованным полиакрилонитрилом (ГПАА), смесью ГПАА с гидролизованным полиакрилами- 0 дом (ПАА), метасом, метакрилом (М- 14ВВ).

Образцы бурового раствора для испытаний готовят путем введения в суспензию прегидратированного бентонита 5 растворов полимерного стабилизатора и СМ. Измерения параметров, характеризующих технологические свойства буровых растворов, проводят через 18- :20 ч после их приготовления.

В табл. t показано влияние концентрации СМ (и его доли в суммарном количестве полимерных компонентов) на свойства бурового раствора, содержащего 6 мас.% бентонита, общая концентрация стабилизатора (гипана) и СМ 0,3 мас.%.

Максимум СНС отвечает концентрациям гипана и СМ соответственно 0,27 и 0,03 мас.% или соотношению по массе гилан-Ш 90:10. Эффективная вязкость и показатель фильтрации Ф при введении 0,01-0,2% СМ несколько увеличиваются, при дальнейшем возрастании концентрации СМ эти параметры изменяются слабо. Показатель П с увеличением содержания СМ снижается.

В табл. 2 показано влияние концентрации бентонитовой глины на свойства бурового раствора, содержащего 0,2 мас.% гипана и 0,03 мас.% СМ. При 0 концентрации бентонита менее 3 мас.% резко возрастает показатель Ф и значения СНС снижаются до нуля. При концентрации бентонита более 8 мас.% значения вязкости и СНС чрезмерно ве- S лики.

В табл. 3 показан характер влияния суммарной концентрации полимерных компонентов на показатель фильтрации

0

5

0

S

буровых растворов при содержании бентонита 4-7 мас.% и доле СМ в сумме полимеров 10-20 мас.%.

Как видно из табл. 3, значения Ф слишком велики при концентрации менее 0,1 мас.% и мало изменяются при концентрациях более 0,4 мас.%.

В табл. 4 показана зависимость свойств буровых растворов, стабилизированных метасом и метакрилом (М-14ВВ), от содержания в них СМ. Раствор 1 содержит 4 мас.% бентонита и 0,15 мас.% натрий-метаса, раствор 2-6 мас.% бентонита и 0,4 мас.% аммоний-метакрила.

Характер влияния добавок СМ на эти растворы такой же, как на растворы, стабилизированные гипаном.

Таким образом, цель достигается при следующем составе бурового раствора, мас.%:

Глина3

Стабилизатор из группы акриловых полимеров анионного типа Сополимер акриловой (метакриловой) кислоты и ДМДААХ Вода

Дополнительное улучшение структурно-реологических и иигибирующих свойств бурового раствора может быть достигнуто введением в него небольших количеств хлорида калия.

В табл. 5 показана зависимость свойств раствора, содержащего, мас.%: бентонит 6, гипан Ot27,. СИ 0,03, от Концентрации хлорида калия.

Для сравнения показано изменение свойств раствора (состав 1), содержащего, мас.%: бентонит 6, гипан 0,3 (без добавки СМ). В интервале концентраций 0,1 - 0,3 мас.% КС1 наблюдается максимум значений СНС н снижение показателя П. Введение до

- 8

0,1 - 0,4.

0,01 - 0,10 До 100

1745749

D.S мас.% КС1 вызывает снижение эф- йективной вязкости при скорости сдвига 1000 на 50% (с 30 до20мПа«с),, показатель псевдопластичности п 0,7- 0,6. Дополнительное возрастание концентрации КС1 ухудшает показатель фильтрации Ф, не приводя к улучшению других свойств раствора.

Экономический эффект при практическом использовании изобретения следует ожидать от сокращения непроизводительных затрат времени на лаквида- цию аварий и осложнений при бурении

скважин, а также от сокращения расхода реагентов и материалов для обработки бурового раствора.

Формула изобретения

1.Буровой раствор, включающий глину, стабилизатор из группы акриловых полиэлектролитов анионного типа

и воду, отличающийся тем, что, с целью улучшения структурно-реологических свойств с одновременным улучшением ингибирующей способности, он дополнительно содержит сополимер акриловой (метакриловой) кислоты и диметилдиаллиламмоний хлорида при следующем соотношении ин - греднентов, мас.%: Глина

Стабилизатор из группы акриловых полиэлектролитов анионного типа

Сополимер акриловой (метакриловой) кислоты и диметилдиаллиламмоний хлорид Вода

2.Раствор по п. 1

3-8

0,1 - 0,4

0,01 - 0,10 Остальное отличающийся тем, что он дополнительно содержит хлорид калия в коли- 45 честве 0,05 - 0,5 мас.%.

Т а б л и ц а 1

Буровой раствор, используемый при бурении нефтяных и газовых сква- гин, содержит, мас.%: глина 3-8, стабилизатор из группы акриловых полиэлектролитов анионного типа 0,1-0,4, сополимер акриловой (метакриловой) кислоты и диметилаллиламмоний хлорида 0,01-0,10, вода остальное. Для снижения эффективной вязкости при высоких скоростях сдвига с одновременным усилением псевдопластичных свойств буровой раствор дополнительно содержит 0,05-0,5% хлорида калия от массы раствора. 1 з.п. ф-лы, 5 табл. г (Л с

Примечание. Состав бурового раствора, мас.%: бентонит б, смесь

гипана и СМ 0,3, вода остальное.

Таблица 2

ои

0,1

ОИ

0,2 0,2 0,2 0,1 0,1 0,1 0,2 0,2

Таблица 3

4,8 4,1 3,6

1 а б л и i| a 4

7,5 21,0 25,8 27,0 28,0 29,0 29,5

33,0 35,0 38,6

8,0

8,0

9,5

10,0

10,0

9,8

10,0

4,5 5,5 6,5

6,0

6,0

9,0

9,6

10,8

12,0

12,5

48,0 49,0 50,0