Эмульсионный буровой раствор на углеводородной основе и способ его приготовления Советский патент 1992 года по МПК C09K7/06 

Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности, в частности к эмульсионным буровым растворам на углеводородной основе, используемым для бурения скважин в сложных геологических условиях.

Известен эмульсионный раствор, содержащий дизельное топливо, кубовые остатки синтетических жирных кислот (КОСЖК), окись кальция, минерализованную воду, технические жирные кислоты (ТЖК). барит 1.

Известен способ приготовления эмульсионного раствора на углеводородной основе, включающий эмульгирование минерализованной хлоридом кальция воды в дизельном топливе совместно с окисленным петролатумом (СМАД-1), окисью кальция, бентонитом, алкилбензилдиметиламмоний- хлоридом с последующим утяжелением полученной эмульсии баритом 2.

Известен инвертный эмульсионный раствор и способ его приготовления, включающий ввод в дизельное топливо КОСЖК, окиси кальция, минерализованной по хлористому кальцию воды, бентонита, модифицированного октадецилдиметиламмоний хлоридом и диоктадецилдиметиламмоний

VJ- VJ

ю

ON 00 СО

хлоридом, эмульгирование и последующее утяжеление эмульсии баритом 3.

Недостатком данного раствора и способа его приготовления является существенное снижение устойчивости эмульсии при ее утяжелении в условиях одновременного действия температур до 200°С выбуренного глиносолевого шлама, пластовых вод и сероводорода.

Цель изобретения - повышение устойчивости раствора к воздействию глиносолевого шлама, пластовых вод и сероводорода при сохранении термостойкости до 200°С и сокращение расхода материалов на его приготовление и обработку.

Цель достигается тем, что эмульсионный буровой раствор на углеводородной основе, включающий дизельное топливо, структурообразователь, эмульгатор, окись кальция, минерализованную воду и барит, дополнительно содержит эназол - соль ал- килимидазолиновиалкиламидоаминов, при этом в качестве структурообразователя используют бентонит, модифицированный ди- алкилдиметиламмоний хлоридом, а в качестве эмульгатора смесь кубовых остатков синтетических жирных кислот с солью алкилимидазолинов и алкиламидоаминов (эназолом) при следующем соотношении компонентов, мае.%:

Дизельное топливо13,8-37,5

Бентонит, модифицированный диалкил- диметиламмоний хлоридом0,6-3,8

Окись кальция0,56-2,6

Эназол - смесь алкилимидазолинов и алкиламидоаминов0,015-0,07 Эмульгатор - смесь кубовых остатков синтетических жирных кислот с солью алкилимидазолинов и алкиламидоаминов (эназолом) .0,56-2,6 Минерализованная вода11,4-52.5 Барит Остальное Способ приготовления эмульсионного бурового раствора, включающий ввод в углеводородную основу ст.руктурообразова- теля, эмульгатора, окиси кальция, эмульгирование минерализованной воды и последующее утяжеление готовой эмульсии баритом, отличается тем, что одновременно с баритом вводят эназол, а 17-25 мас.% эмульгатора и окиси кальция добавляют в раствор после утяжеления его баритом.

Положительный эффект от использования изобретения достигается за счет совокупности используемых в рецептуре раствора структурообразователя эмульгатора и эназола. В качестве самостоятельной добавки эназол выполняют роль гидрофобизатора поверхности твердой фазы раствора, увеличивая степень ее сродства к углеводородной основе, а в составе эмульгатора - функции дополнительного стабилизатора (вторичного эмульгатора), усиливая его

0 эмульгирующее действие за счет упрочнения межфазных слоев эмульсии. Ввод вышеуказанной части эмульгатора и окиси кальция после добавления барита позволяет сохранить высокую устойчивость эмуль5 сии при любой достигаемой степени утяжеления и сократить расход материалов на ее приготовление и обработку. Кроме того, использование полиалкилбензола в качестве растворителя эмульгатора и эназола

0 придает им удобный для практического использования товарный вид в широком диапазоне температур окружающей среды, не оказывая при этом отрицательного воздействия на показатели свойств самого раство5 ра.

Для приготовления раствора используют следующие материалы:

дизельное топливо марки Л по ГОСТ 305-82,

0структурообразователь - бентонит, модифицированный диалкилдиметиламмоний хлоридом по ТУ 39-0148052-001-86,

известь негашеная с содержанием окиси кальция не менее 60% по ГОСТ 9179-77,

5 эназол (соль алкилимидазолинов и алкиламидоаминов), нейтрализованный смесью СЖК С21-С25 и жирных кислот хлопкового соапстока фракции Стт-Сзо - продукт термической реакции циклоконден0 сации СЖК С17-С20 с полиэтиленполиами- ном, выпускается по ТУ 38-50-772-88 в виде 15 мас.% раствора в полиалкилбензоле,

эмульгатор: 30 мас.% КОСЖК, 5 мас.% эназола, 65 мас.% полиалкилбензола по ТУ

5 38-50-771-88,

концентрат баритовый по ГОСТ 4682-84 или утяжелитель баритовый порошкообразный, немодифицированный по ТУ 39-981-84, хлористый натрий по ГОСТ 13830-84,

0хлористый кальций по ГОСТ 450-77,

вода техническая.

При бурении скважин в условиях сероводородной агрессии в раствор дополнительно вводят нейтрализаторы

5 сероводорода, например ЖС-7 по ТУ 14-15- 132-84.

Последовательность операций по приготовлению раствора следующая.

Вначале готовят неутяжеленную эмульсию, например, следующего состава, мае. %:

Дизельное топливо38,0

Структурообразователь1,88

Эмульгатор5,24

Окись кальция1,88

Минерализованная вода53,0

В дизельное топливо вводят структуро- образователь и диспергируют его в течение 10 мин. Затем, не останавливая процесса перемешивания, в бентонитовую суспензию последовательно вводят эмульгатор, окись кальция, предварительно подготовленную минерализованную воду(10-15 мас.% NaCI, 10-20 мас.% CaCl2) и эльмуги- руют в течение 30 мин.

После приготовления эмульсии ее утяжеляют до требуемой плотности с одновременным разбавлением раствора дизельным топливом и обработкой эназо- лом в количестве 0,1 мас.% к весу барита. Экспериментальным путем были установлены количественные соотношения между необходимой плотностью раствора, количеством неутяжеленной эмульсии, барита и дизельного топлива для разбавления раствора (табл.1).

На всех стадиях приготовления эмульсии использовали лабораторную мешалку LR-40 (5000 об/мин).

Изобретение иллюстрируется следующими примерами.

Для сравнения устойчивости предлагаемой системы и прототипа в условиях воздействия дестабилизирующих факторов готовили по три одинаковых пробы утяжеленных растворов. Эмульсии автоклавиро- вали при температуре 200°С, а затем в отдельные пробы вводили соответственно бентонитовую глину, минерализованную воду и поваренную соль, после чего растворы снова автоклавировали в течение 6 ч при той же температуре. Качество растворов оценивали следующими показателями свойств: плотность о), электростабильность (Э), условная вязкость (УВюо), статическое напряжение сдвига через 1 и 10 мин покоя (CHCi/ю), а при необходимости контролировали седиментационную устойчивость (А/9).

Вид и количество добавок, а также показатели свойств растворов представлены в табл.2.

Анализ представленных результатов показывает, что предлагаемый раствор значительно превышает по своей устойчивости прототип, о чем, прежде всего, свидетельствует показатель электростабильности. Его значение у прототипа после дестабилизирующего воздействия, а также резкое загущение растворов однозначно характеризует

наличие в них флокуляционных процессов, предшествующих инверсии фаз эмульсии. В то же время, предлагаемый раствор имеет достаточно высокий показатель Э, техноло- 5 гически приемлемые значения г УВюо и CHCi/ю и не требует дополнительных обработок.

В табл. 3 представлены результаты.характеризующие влияние способа приготов0 ления раствора на его показатели свойств. По вышеописанной методике было приготовлено по четыре пробы растворов плотностью 2,0 г/см , отличающихся только по количеству эмульгатора и окиси кальция.

5 Проба 1 содержала 0,84 мас.% (на основное вещество) эмульгатора и 0,84 мас.% окиси кальция; проба 2 соответственно 1,12 и 1,12 мас.%; проба 3 1,4 и 1,4 мас.%; п роба 4 1,68 и 1,68 мае. %. После утяжеления

0 пробы 1, 2 и 3 разделили на две части и в одну из частей каждой пробы ввели по 0,28 мас.% эмульгатора и 0,28 мас.% окиси кальция (пробы 1, 2, 3)- Для пробы V величина добавки эмульгатора и окиси кальция

5 после утяжеления составила 25 мас.% от их общего содержания в растворе. Для проб 2 и 3 соответственно 20 мас.% и 17 мас.%. Таким образом по составу пробы 1, 2 и 3 стали идентичны соответственно пробам

0 2, 3 и 4.

Показатели свойств растворов после ав- токлавирования при 200°С, представленные в табл. 3, позволяют сделать следующие выводы.

5 Дополнительный ввод определенной части эмульгатора и окиси кальция после утяжеления раствора существенно повышает его устойчивость к инверсии фаз, о чем свидетельствует значение показателя элек0 тростабильности проб 1 и 1, 2 и 2, 3 и 3.

Растворы, приготовленные по новой технологии, имеют более высокий показатель электростабильности по сравнению с растворами того же состава, но приготов5 ленных по старой технологии (например, пробы Г и 2, 2 и 3,3 и 4).

Использование новой технологии приготовления раствора позволяет сократить расход эмульгатора и окиси кальция для

0 получения высокоустойчивого утяжеленного раствора (пробы 1 и 4).

Это можно объяснить тем, что ввод в углеводородную эмульсионную систему большого количества гидрофильного бари5 тового утяжелителя ослабляет прочность межфазных слоев за счет перераспределения части эмульгатора и его кальциевых мыл с поверхности эмульгированной воды на поверхность утяжелителя. Ввод 17-25 мас,% от рецептурного количества эмульгатора и

окиси кальция после утяжеления эмульсии восстанавливает устойчивость ее к инверсии фаз.

Данные, характеризующие зависимость показателей свойств раствора от его долевого компонентного состава и вида минерализации водной фазы, представлены в табл. 4.

Для приготовления растворов по рецептурам, указанным в табл. 4, необходимо использовать данные, представленные в табл. 1.

Например, для приготовления 100 мас.% раствора плотностью 2,2 г/см (проба 4) необходимо взять 21,44 мас.% неутяжеленной эмульсии.

Количество материалов для ее приготовления следующее, мас.%:

Дизельное топливо7,9(13,8-5,948)

Структурообразователь 0,6

Эмульгатор0,56

Окись кальция0,56

Минерализованная

вода11,4.

После приготовления эмульсии ее утяжеляют, добавляя 5,948 мас.% дизельного топлива, 42,54 мас.% барита и 0,042 мас.% эназола. При новом способе приготовления раствора на стадии получения неутяжеленной эмульсии вводили по 0,42-0,48 мас.% эмульгатора и окиси кальция, а остальную часть после ее утяжеления.

Как видно из табл. 4 заявляемое техническое решение (пробы 2,3,4) по сравнению с прототипом позволяет получать растворы с более высокой устойчивостью к инверсии фаз (показатель Э) в широком диапазоне плотностей (1,0-2,2 г/см) при сохранении седиментационной устойчивости и требуемых вязкостных и структурных показателей. При этом увеличение или уменьшение количественного содержания компонентов за рамки заявляемого нецелесообразно и может привести к снижению электростабильности раствора и его чрезмерному загущению (проба 5) вследствие недостаточного содержания эмульгатора, эназола и избытка структурообразователя или к его седиментационной неустойчивости (проба 6) вследствие избытка эмульгатора, эназола и недостатка структурообразователя.

Вид минерализации водной фазы эмульсии (проба 3 приготовлена на основе 30 мас.% раствора хлористого кальция, проба 3 на основе 15 мас.% раствора хлористого натрия) не оказывает существенного влияния на показатели свойств раствора и определяется требованиями к ее активности.

Характер изменения показателей свойств проб раствора при воздействии сероводорода (табл.5), а также общее его количество, поглощаемое растворами,

доказывает перспективность использования заявленного технического решения при бурении скважин на месторождениях с высоким содержанием в пластовом флюиде агрессивных газов.

Экономический эффект по данным приемочных испытаний составляет 140 руб. на 1 м проходки.

Формула изобретения 1. Эмульсионный буровой раствор на углеводородной основе, включающий дизельное топливо, Структурообразователь, эмульгатор, окись кальция, минерализованную воду и барит, отличающийся тем. что, с целью повышения устойчивости раствора к воздействию глиносолевого шлама, пластовых вод и сероводорода при сохранении его термостойкости до 200°С и сокращении расхода материалов, он дополнительно содержит эназол - соль алкилимидазолинов и алкиламидоаминов, при этом в качестве структурообразователя используют бентонит, модифицированный диалкилдимети- ламмоний хлоридом, а в качестве эмульгатора - смесь кубовых остатков синтетических жирных кислот с эназолом - солью алкилимидазолинов и алкиламидоаминов при следующем соотношении компонентов, мас,%:

Дизельное топливо13,8-37,5

Бентонит, модифицированный диалкил- диметиламмоний хлоридом -0,6-3,8 Окись кальция0,56-2,6 Энззол - соль алкилимидазолинов и алкиламидоаминов0.015-0,07 Эмульгатор - смесь кубовых остатков синтетических жирных кислот с Эназолом - солью алкилимидазолинов и алкиламидо- аминов 0,56-2.6 Минерализованная вода11,4-52.5 Барит Остальное 2. Способ приготовления эмульсионно- го бурового раствора на углеводородной основе, включающий введение в дизельное топливо структурообразователя. эмульгатора, окиси кальция, эмульгирование минерализованной воды и последующее утяжеление готовой эмульсии баритом.

отличающийся тем, что эназол вводят одновременно с баритом, а 17-25 мас.%

эмульгатора и окиси кальция добавляют в раствор после утяжеления его баритом.

Изобретение обеспечивает повышение устойчивости раствора к воздействию глиносолевого шлама, пластовых вод и сероводорода при сохранении его термостойкости до 200°С и сокращение расхода материала. Это достигается за счет содержания в ЭБР дизельного топлива (13,8-37,5 мас.%), бентонита, модифицированного диалкилдиме- тиламмоний хлоридом 0,6-3,8 мас.%, окиси кальция 0,56-2,6 мас.%, эназола - соли ал- килимидазолинов и алкиламидоаминов 0,015-0,07 мае. %, эмул ьгатора - смеси кубовых остатков синтетических жирных кислот с эназолом - солью алкилимидазолинов и алкиламидоаминов 0,56-2,6 мас.%, минерализованной воды 11,4-52,5 мас.% и барита остальное. Способ его приготовления включает в себя введение в дизельное топливо структурообразователя, эмульгатора, окиси кальция, эмульгирование минерализованной воды с последующим утяжелением баритом с эназолом, а 17-25 мас.% эмульгатора и окиси кальция добавляют в раствор после утяжеления его баритом. 2 с п. ф-лы, 5 табл. Ё

Состав растворов различной плотности, мас.%

- показатели УВюо и CHCi/ю измерены при температуре 46°С.

Таблица 1

Таблица 2

Таблица 3

Таблица 4

Примечание: общее количество поглощенного сероводорода составило для пробы 1 6736 мг/л; для пробы 2 7392 мг/л.

Таблица 5