СОСТАВ БУРОВОГО РАСТВОРА ДЛЯ ВСКРЫТИЯ ПРОДУКТИВНЫХ КОЛЛЕКТОРОВ НЕФТИ Советский патент 1996 года по МПК C09K7/02 

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, а именно к технологии вскрытия и освоения продуктивных коллекторов, в последующем разрабатываемых термическими методами.

Известно применение для совершенствования операций освоения скважин буровых растворов, в твердой фазе которых содержится химически активное твердое вещество (мел), которое может быть разложено воздействием другого химического вещества (соляной кислоты), и за счет этого удалено из пор коллектора [1]
После окончания бурения в начале освоения проводят кислотные обработки, в результате которых карбонатный материал разлагается на водорастворимый, газообразный продукты и воду.

Полностью предохранить стальные поверхности труб от коррозии закачиваемой кислотой невозможно при добавках любых ингибиторов коррозии.

Наиболее близким техническим решением к данному является буровой раствор для вскрытия продуктивных коллекторов нефти, содержащий бентонит, реагент стабилизатор, кольматирующую фазу и воду [2]
Кольматирующий фазой является полиэтилен в соляровом масле. Известный состав эффективен при бурении глубоких скважин с забойными температурами 125-220^o С.

Раскольматирование пор и трещин коллектора по известному способу не предусматривается.

Целью изобретения является обеспечение кольматации коллектора при бурении скважин в интервал температур до 100^o С с последующей декольматацией продуктивного коллектора нефти путем термического воздействия на коллектор.

Поставленная цель, достигается тем, что в качестве кольматирующей фазы состав содержит смесь поливинилхлорида и карбоната при следующих соотношениях ингредиентов, мас.

Бентонит 2,7-6,3
Реагент-стабилизатор 2,6-5,4
Поливинилхлорид 3,0-30,1
Карбонат, например кальция 2,4-24,0
Вода Остальное
Данный состав в качестве кольматирующей фазы содержит смесь поливинилхлорида и карбоната кальция. А так же можно вместо карбоната кальция ввести двойной карбонат кальция и магния Ca Mg (CO₃ доломит) и известняковую муку.

Поливинилхлорид
()
и/или отходы его производных материалов, и карбонаты металлов, являются утяжеляющими компонентами. При использовании поливинилхлорида весовая доля выделяющейся при его термическом разложении соляной кислоты составляет 58,5% а при использовании пригодных производных материалов несколько меньше (в случае винипласта около 53%).

Для наиболее полного раскольматирования карбонаты металлов и поливинилхлоридные материалы берутся в стехиометрических отношениях или с некоторым избытком поливинилхлоридных материалов.

Последнее при отклонении от стехиометрических отношений компонентов более предпочтительно. В результате термического разложения поливинилхлоридной составляющей и образования продуктов реакции, гораздо легче удаляемых из пор и трещин коллектора, таких как хлориды металлов в виде водных растворов, углекислый газ, и, возможно-малый избыток соляной кислоты, объем пор и трещин коллектора, вскрытого с применением этого состава, восстанавливается практически полностью. В пределах максимально возможной (по технологическим показателям) добавки твердой фазы такой избыток поливинилхлорида над стехиометрическим (к карбонатам металлов) его содержанием ограничивается лишь экономической целесообразностью, так как поливинилхлорид и изделия (отходы) его содержащих материалов практически, например, дороже распространенных в природе карбонатов.

Если неизвестны заранее размеры пор (трещин), то следует принимать за оптимальный для порошков карбонатов и поливинилхлорида или содержащих его материалов следующий фракционный состав (наиболее характерный для наполнителей),
150-74 мк 10-15
74-30 мк 40-35
30-20 мк 10-15
20-10 мк 10-15
10-5 мк 10-20
5 мк и менее не более 10.

Исходя из расчетов (по соотношению молекулярных весов), оптимальное соотношение масс поливинилхлорида и карбоната кальция в смеси должно быть 12,5: 10. Оптимальное (из стехиометрии) соотношение масс поливинилхлорида и доломита 12,4:9,2.

После завершения бурения скважин на участке, намеченном к термическому воздействию и с применением буровых растворов, содержащих такую химически термореактивную твердую фазу, специальная химическая стадия освоения не требует. По существу освоение входит в начало термообработки пласта.

Наиболее приемлемым сырьем для использования в упомянутых составах является мука известняковая в требуемых случаях измельченная (перемолотая) дополнительно. Суммарное содержание углекислого кальция и углекислого магния и пересчета на CaCO₃ допускается не менее 88, 85, 85% (соответственно для продуктов высшей категории, 1-го и 2-го классов). Практически возможно использование сырья с содержанием карбонатов не менее 85%
Приготовление товарных порошков включает помол и классификацию карбонатного материала и материала, содержащего поливинилхлорид, и смешение их, что может быть осуществлено на любом специализированном предприятии, выпускающем утяжелители, глинопорошки, и т.п. продукцию.

Внедрение составов бурового раствора планируется на месторождениях, разрабатываемых термическими методами.

Примерные свойства составов буровых растворов показаны как при продольных температурных условиях, приближающихся к геологотехническим условиям бурения скважины на месторождениях высоковязких нефтей, так и после термообработки за малое время (5 часов) при минимальной для технологии термического воздействия температур (250^o С).

По совокупности эти условия соответствуют лишь началу реакции термического разложения поливинилхлорида в среде бурового раствора. Поэтому по изменениям в этой стадии можно обоснованно судить о направлении процессов в буровых растворах разной концентрации смесей.

Пример 1. Буровой раствор содержит 5,8% бентонита (второй сорт); 5,7% химических реагентов (ФХЛС, окзил, каустическая сода, КМЦ 600); 1,9% смеси поливинилхлорида (ПВХ, марка С-63 М) и карбоната кальция при их соотношении 12,5:100; 86,6% воды. Показатели по термообработке; плотность ρ = 1,06 г/см³ пластическая вязкость η = 7 спз, динамическое напряжение сдвига предельное статическое напряжение сдвига показатель фильтрации В_зо 8 мл; толщина фильтрационной корки К 0,5 мм; после термообработки при 250^oС в течение 5 ч показатели бурового раствора стали: η = 12 сПз, , В₃₀ 30 мл; К 10 мм; рН 6,8.

Таким образом, это минимальное содержание смесей ПВХ и СаСО₃ (1,9%) и ее доли в твердой фазе не отвечают целям профилактического кольматирования, хотя буровой раствор отвечает технологическим требованиям бурения.

Хотя рН среды (6,8) свидетельствует о наиболее полном взаимодействии соляной кислоты с карбонатом кальция, но как отмечено выше, в состав недостаточно устраняемого кольматанта.

При содержании в буровом растворе бентонита (2 сорт 6,3% химических реагентов (ФХЛС, окзил, каустическая сода, КМЦ-600) 5,4% смеси поливинилхлорида с карбонатом кальция (12,5; 10) 4,4% (включая 3% поливинилхлорида и 2,4% карбоната кальция); и воды 83,6% показатели до термообработки были: η = 6 сПз; ; ; B_зо 9,0 мл; рН 7,45. После термообработки при 250^oС в течение 5 ч стали: η = 22 СПз; ; ; В_зо 40 мл; К 12 мм; рН 5,95. Таким образом, этот буровой раствор отвечает технологическим требованиям бурения и специальным целям вскрытия проницаемого коллектора. В этой композиции полное замещение глинистой составляющей бурового раствора термически удаляемым кольматантом-смесью ПВХ и карбоната кальция и это замещение близко к 0,5.

5,4: (6,3-5,4) 0,46.

Пример 2. При содержании в буровом растворе бентонита (2 сорт) 3,7% химических реагентов 3,6% смеси поливинилхлорида с карбонатом кальция 36,9% (в соотношении 12,5: 10), включающий 20,5% поливинилхлорида и 16,4% карбоната кальция; воды 55,8% показатели бурового раствора до термообработки: η = 26 сПз; ; B_зо 44 мл; К 16 мм; рН 7,5, а после термообработки (режим тот же) η = 9 сПз; B_зо 46 мл; К 15 мм; рН 4,5.

Несколько повышенный показатель фильтрации бурового раствора способствует более полному кольматированию, а преобладание смеси поливинилхлорида с карбонатом кальция над глинистой составляющей обеспечивает при тепловом воздействии лучший результат по восстановлению объема пор, чем при малых долях смеси.

Пример 3. При содержании в буровом растворе бентонита (2 сорт) 2,7% химических реагентов (ФХЛС, окзил, каустическая сода, КМЦ-600) 2,6% смеси поливинилхлорида с карбонатом кальция 54,1% (в соотношении 12, 12,5:10), включающий 30,1% поливинилхлорида и 24% карбоната кальция; воды 40,6% показатели бурового раствора до термообработки были: η = 22 сПзз; ; B_зо 22 мл; К 20 мм; рН 7,65, а после термообработки стали: ; η = 49 сПзз;; ; B_зо 42 мо; К 12 мм; рН 3,5. Буровой раствор соответствует поставленной цели вскрытия проницаемого пласта при этой максимальной (предельной по сохранению текучести в рабочих пределах) концентрации добавляемой смеси поливинилхлорида и карбоната кальция.

Пример 4. Буровой раствор содержит бентонита (2 сорт) 5,9% химических реагентов (ФХЛС, окзил, каустическая сода, КМЦ-600) 5,7% 1,2% смеси (поливинилхлорида 62 мас.ч. двойного карбоната кальция и магния 46 мас.ч.) 1,8: воды 86,6% Буровой раствор имел показатели до термообработки: ; η = 6 сПз; ; ; B_зо 7 мл; К 0,5 мм; рН 8,4 и после термообработки η = 10 CПз; ; B_зо 38 мл; К 15 мм; рН 4,4. Буровой раствор отвечает технологическим требованиям бурения, но не соответствует решению поставленной цели из-за малой доли устраняемого кольматанта в общей массе твердой фазы

С целью устранения такого недостатка сделан состав бурового раствора, содержащий бентонита (2 сорта) 5,6% химических реагентов (ФХЛС, окзила, каустической соды, КМЦ-600) 5,3% смеси 5,6% (поливинилхлорида 62 мас.ч. двойного карбоната кальция и магния 46 мас.ч.) или поливинилхлорида 3,2% двойного карбоната кальция и магния 2,4% воды было 83,5% Показатели пробы до термообработки: η = 10 CПз; ; B_зо 8 мл; К 0,5 мс; рН 8,5, и после термообработки: η = 11 cПз; ; B_зо 44 мл, К 20 мл; рН 4,6. По технологическим свойствам этот буровой раствор отвечает требованиям как собственно бурения, так и поставленной цели избирательного кольматирования, поскольку половина твердой фазы представлена устраняемым кольматантом (смесью): .

Пример 5. Буровой раствор содержит бентонита (2 сорта) 4,2% химических реагентов (ФХЛС, окзила, каустической соды, КМЦ-600) 4,1% смеси 28,8% (из поливинилхлорида 62 мас.ч. и двойного карбоната кальция и магния 46 мас.ч.), или поливинилхлорида 16,5% двойного карбоната кальция и магния 12,3% воды - 62,9%
Буровой раствор имел показатели до термообработки: η = 23 сПз; B_зо 30 мл; К 10 мл; рН 8,8; и после термообработки: η=0; τ_o=0; θ_1/10= 0/0; B_зо 35 мл; К 8 мм; рН 3,85.

Буровой раствор отвечают принятым в бурении требованиям и в полной мере
решению поставленной задачи вскрытия с кольматированием, устраняемым при термическом воздействии.

Пример 6. Буровой раствор содержит бентонита (2 сорта) 3,3% химических реагентов (ФХЛС, окзила, каустической соды, КМЦ-600) 3,2% смеси 44,7 (из поливинилхлорида 62 мас.ч. и двойного карбоната кальция и магния 46 мас.ч.), или раздельно- поливинилхлорида 25,7% двойного карбоната кальция и магния 19% воды было 48,8% При этом предельном по сохранению текучести состава буровой раствор до термообработки имел показатели: η = 50 сПз; ; B_зо 24 мл; К 24 мм; рН 8,95; и после термообработки: ; τ_o=0, ; К 10 мм; рН 3,7.

Буровой раствор со смесью на основе измельченного винипласта и известняковой муки подобран с учетом соотношения устраняемой доли кольматанта к общей массе твердой фазы (включая инактивные в химическом аспекте компоненты винипласта и известняковой муки), близкого к 0,5.

Пример 7. Буровой раствор содержит 4,9% бентонита (2 сорт); 2,9% химических реагентов (ФХЛС, окзил, акустическая сода, КМЦ-600); 7,9% смеси молотого винипласта и известняковой муки (в соотношении 5,86:4,2 или раздельно винипласта 4,6% известняковой муки 3,3%); воды было 84,3% В пересчете на активные составляющие винипласта (поливинилхлорида 90%) и известняковой муки (карбоната кальция 85%), фактическое соотношение смеси по ее активной составляющей к общему содержанию в данной пробе есть 0,5.

Показатели бурового раствора до термообработки: η = 8,3 сПз; ; B_зо 3,8 мл; КЭ 1 мм; рН 7,65; и после термообработки: (с пеной); η = 8,3 сПз; B_зо 18 мл; К неопределенной толщины (все рыхлая пористая масса).

Этот буровой раствор по составу, технологическим свойствам и направлению изменений соответствует решению задачи.

Пример 8. С целью установления предельного содержания кольматанта (смеси) при замене поливинилхлорида винипластом испытан буровой раствор, содержащий бентонит (2 сорта) 1,9% химические реагенты (ФХЛС, окзил, каустическая сода, КМЦ-600) 2,2% смесь винипласта (42 мас.ч.) и известняка с содержанием активного вещества 85% известняковой муки 12,7% воды было 65,4%
Этот буровой раствор составлен на пределе сохранения текучести по добавке смеси, и имел до термообработки показатели: (c пеной, не удалявшейся после прекращения перемешивания); η = 24сПз; B_зо 54 мл; корка рыхлая; рН 7,9; и после термообработки: (с пеной); η = 18 сПз; B₁₅ 40 мл; рН 5,4. Этот буровой раствор отвечает обеим группам требований, предъявляемых как собственно бурением, так и методом разработки коллекторов.

Пример 9. Контрольная проба бурового раствора, без смеси поливинилхлоридных и карбонатных материалов имеет следующий состав: бентонита (2 сорта 5,2% ); химических реагентов (ФХЛС, окзил, каустическая сода, КМЦ-800) 5,1% воды 89,7% Показатели бурового раствора до термообработки: η = 10 сПз; B_зо 6 мл; К 0,1 мм; рН 7,7% и после термообработки (режим тот же): η = 24 сПз; B_зо 20 мл; К 2,5 мм; рН 7,2.

Этот буровой раствор сохранил рабочие показатели, хотя и на крайних (например по показателям фильтрации) пределах. Сохранение щелочной среды бурового раствора свидетельствует об отсутствии термических деструкций с выделением значительного количества минеральных кислот. Кроме маркантана, и крытом в незначительном количестве, из этого термообработанного бурового раствора никаких газообразных продуктов не выделялось.

И напротив, из проб с термореактивными смесями поливинилхлоридных материалов и карбонатов после термообработки буровых растворов в герметичных автоклавах и разгерметизации автоклавов наблюдались заметные, длительные (до 2-3 мин) и значительные выделения газа, в основном углекислого. Так, контрольные взвешивания до герметизации и после ее показали, что при массе добавки смеси 62 г (пример 2) выход газа составил 30 г, при массе 125 г (пpимер 3) 20 г, а при массе 86 г (пример 6) 21 г. Все это подтверждает динамическую активность введенных в буровые растворы добавок смесей поливинилхлоридных и карбонатных материалов при высокой температуре (порядка уже 250^o С).

Реализация данного решения возможна при проводке скважин на месторождениях, предложенных пористыми проницаемыми породами и намеченных к разработке термическими методами.

Буровой раствор для вскрытия продуктивных коллекторов нефти, содержащий бентонит, реагент-стабилизатор, кольматирующую фазу и соду, отличающийся тем, что, с целью обеспечения кольматации коллектора при бурении скважин в интервале температур до 100^oС с последуюей декольматацией путем термического воздействия на коллектор в качестве кольматирующей фазы, он содержит смеси поливинилхлорида и карбоната при следующих соотношениях ингредиентов, мас.%:
Бентонит - 2,7 - 6,3
Реагент-стабилизатор - 2,6 - 5,4
Поливинилхлорида - 3,0 - 30,1
Карбонат кальция - 2,4 - 24,0
Вода - Остальное

Буровой раствор для вскрытия продуктивных коллекторов нефти, содержащий бентонит, реагент-стабилизатор, кольматирующую фазу и соду, отличающийся тем, что, с целью обеспечения кольматации коллектора при бурении скважин в интервале температур до 100^oС с последующей декольматацией путем термического воздействия на коллектор в качестве кольматирующей фазы, он содержит смеси поливинилхлорида и карбоната при следующих соотношениях ингредиентов, мас.

Бентонит 2,7 6,3
Реагент-стабилизатор 2,6 5,4
Поливинилхлорида 3,0 30,1
Карбонат кальция 2,4 24,0
Вода Остальное