Буровой раствор

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

WINII

РЕСПУБЛИК (!Е (1!) 3(5Р С Of К 7/06

ГОСУДАРСТВЕННЬ1Ч1 КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ

0,9-2

9-14 (21) 2045701/23-03 (22) 18.07.74 (46) 23.01.84. Бюл.9 3 .(72) Янош Балас, Миклош Халмош, Ене

Молнар, Агнеш Патцко., йожеф Сабо, Ференц Санто, Вернат Варконьи и

Ласло Таши (ВНР) (71) Эсакмадьярорсаги Ведьимювек и

Кеолай-ЕШ Фелдгаэбаньасати Ипари

Кутато Лабораториум (BHP) (53) 622.243.144.3(088.8) (-56) 1. Мухин Л.К. и др. Ойыт применения термостойкого утяжеленного раствора на нефтяной основе при бурении скважины с высокой забойной температурой.-"Бурение". 1969, Р 9, с.15-18.

2. Патент СцА Р 2900336, кл.252-8,5, опублик. 1959.

3. Патент США 9 2900337, кл.252-8.5, опублик. 1959. (54)(57) БУРОВОЙ РАСТВОР, содержащий нефтяную фракцию, свободную от

° асфальтово-смолистых веществ, эмульгатор, воду, олеофилиэированный барит, обработанный поверхностно-активннчи веществами в количестве

3-6 мас.ч. поверхностно-активного вещества на 1000 мас.ч. барита, отличающийся тем, что, с целью повышения стабильности раствора в условиях сверхглубокого бурения, он дополнительно содержит органофильные глинистые минералы и/или органофильные гуминовые кислоты, в качестве эмульгатора - кальциевую соль жирной кислоты, а в качестве олеофилизированного барита — барит, обработанный натриевой солью жирной кислоты при следующем соотношении ингредиентов, мас.Ъ:

Нефтяная фракция 30-67

Органофильные глинистые минералы и/или органофильные гуминовые кислоты О, 3-4

Кальциевая соль жирной кислоты

Вода

Олеофилизированный барит 13-62

1069630

Изобретение относится к буровым растворам, содержащим обратимые .эмульсии.

При поиске и освоении таких полезных ископаемых, как углеводородсодержащие, а также при ответственном бурении для геологических и подобных целей, применяются для промывки буровых скважин так называемые буровые растворы.

Ранее для этой цели приМенялись, главным образом, так называемые водные буровые растворы.

Маслосодержащие, т.е. использующие в качестве носителя масло, буровые растворы стали применяться с большим успехом только за последние

20 лет и прежде всего для глубокого бурения (глубже чем 3000 м), а таК- же для специальных задач,. например при пересечении скважин (сквозных отверстиях) в слоях из набухающей (вспучиваемой) глины или трескающихся сланцев и при сквозных отверстиях в слоях, подводящих углеводородные вещества.

К этим: растворам предъявляются черезвычайно высокие (жесткие) требования: при,BbIcoKMx давлениях и температуре они должны сохранять свои хорошие реологические свойства, свою стабильность, способность к удержанию воды и масла (в них) и способность к оводнению (восстановлению влагосодержания).

Главным видом буровых растворов на базе масел являются так называемые черные шламы, содержащие высококипящие фракции минеральных масел, асфальт, асфальтовые смолы и утяжелители 513.

Черные шламы имеют тот недостаток, что из-за окраски можно только с трудом отличить, когда скважина достигла нефтеносных слоев. Кроме того, асфальтом и еще больше асфальтовыми смолами забиваются поры нефтесодержащих слоев, имеющих пористую структуру.

С точки зрения. технологии бурения .лучшие свойства проявляют так называемые белые шламы. Белыми шламами называют буровые растворы, которые состоят из высококипящих Фракций нефти (газойль, петролеум и т.д.), глинистых минералов с модифицированной повЕрхностью (бетонит, хекторит, аттапульгит), гуминовых кислот с модифицированной поверхностью или лигнина, далее из двух или трех различных поверхностно-активных веществ.

Известны также буровые растворы— так называемые эмульсионные или обратимозмульсионные буровые шламы.

Они отличаются от шламов, созданных только на масляной базе, прежде всего тем, что для них основной средой

О, 3-4 является эмульсия типа воды (ма<.— ла) 23.

Однако данные растворы не пригодны для целей глубокого бурения, так как не содержат необходимого количе" ства утяжелителя и вследствие этого не обладают достаточным удельным весом.

Известен также буровой раствор (белый буровой шлам), созданный на

10 основе инвертной эмульсии, содержащий нефтяную фракцию, свободную от смол и асфальтенов, воду, эмульгатор и олеофилиэированный барит барит, обработыннй поверхностно-активным веществом, выбранным из группы соединений общей формулы

Рй Н Ийа Ю +1СХ 1 или 1М Hz)CX"1, где R — алкил или алкенил, Х вЂ” кислотный остаток, причем для обработок берут. 3-6 мас.ч. поверхностноактивного вещества на 1000 мас.ч. барита.

Известный буровой раствор может содержать до 70 вес.Ъ утяжелителя (барита) и сохранять при этом стабильность и хорошие реологические свойства L 3).

Недостатком известного раствора является недостаточно высокая терми ческая устойчивость, вследствие чего этот раствор неустойчив в усло. виях сверхглубокого бурения.

Целью изобретения. является повышение стабильности раствора в условиях сверхглубокого бурения.

$5 Указанная цель достигается тем, что предлагается буровой раствор, содержащий следующие ингредиенты, мас.Ъ:

Нефтяная фракция, 40 с об дная от асфальтово-смолистых веществ 30-67

Органофильные глинистые минералы и/или органофильные гуминовые кислоты

Кальциевая соль жирной кислоты О, 9-2 вода 9-14

50 Олеофилизировайный барит, обработанный натриевыми солями жирных кислот.. (3-6 мас.ч. кислот

55 на 1000 мас.ч. барита ) 13-62

Таким образом, для очень глубокогс бурения необходимы шламы, удельный вес которых может меняться в широких

60 пределах (1,0-2,5 г/см") без существенного изменения реологических свойств шламов. Если, например, предел текучести — сопротивление движению (по Bun@ham) шлама через 10 с и через 10 мин исследовать после среза (отрыва), то оба значения должны быть близки друг к другу и лежать в пределах 25-250 дин/см .

Кроме того, шлам.при больших давлениях и температурах должен оставаться стабильным и отдавать жидкость только в малых величинах (100 мл шлама при 7 атм в течение 30 мин могут потерять. максимум 7 мл жидкости), а также из шлама не должен осаждаться утяжелитель (максимально i0 допустимая толщина осадка из шлама

2,5 мм1. Кроме того, не должны ухудщаться реологические свойства (свойства текучести) также и при длительном воздействии высокой температуры 15 (220 С в течение 6 ч) и не должна уменьшаться ни кажущаяся, ни дифференциальная вязкость.

Обеспечение Ьлеофильности утяжелителей может проводиться различными способами. Целесообразно готовить из твердых утяжелителей водную суспензию и добавлять в нее при активном перемешивании необходимое количество тензидов. Затем осаждают олеофильные утяжелители, фильтруют, отмывают, сушат и дезинтегрируют (размельчают).

Степень олеофильности, до которой должны быть доведены утяжелители, определяется как адссрбцией, объе- З0 мом осаждения, скоростью осаждения, Так и реологическими свойствами.

Иэ-за этого множеста факторов были проведены многочисленные опыты в газойле с суспенэиями из сделанных 35 поверхностно-олеофильными сульфата .бария, карбоната кальция, кварца и других утяжелителей. Выли исследова.нь1 также суспензии, изготовленные из смеси представленных материалов 40 совместно с органофильными глинистыми минералами и органофильными гуминовыми кислотами.

Эксперименты показали, что при применении утяжелителей поверхност- 45

:ные свойства которых были модифицированы с целью создания олеофильности, у суспензий получаются су.— щественно другие свойства, а именно: другая стабильность, способность - 5(1 удерживать масло, другие реологические свойства (предел текучести, вязкость, тиксотропия и т.д.). Эти свойства черезвычайно важны для технологии бурения, путем подбора уровня 55 олеофильности можно регулировать эти свойства в зависимости от потребности в широких пределах.

Ф

Олеофилизированные утяжелители хорошо сочетаются в буровом шламе с 60 органофильной глиной и органофильными гуминовыми кислотами. Последнему придается при образовании структуры суспензии черезвычайно большое значение.

Если олько часть наружной поверхности утяжелителей покрыта олеофилизирующим ПАВ (0,2-0,3 r IIAB на

100 г утяжелителя), то поверхность имеет олеофильную — олеофобную микромозаичную структуру. В этом случае возникают между частицами утяжелителя и газойля относительно значительные силы адгезии, с помощью которых в шламе поддерживается нужная устойчивость структуры и стабильность. Это необходимо для маслянь1х шламов, изготовленных с относительно небольшим удельным весом (1,001,70 г/см ). Для этих шламов, таким образом, применяется для олеофилизации утяжелителя 0,2-0,3 вес.В ПАВ.

Чем выше удельный вес необходимого бурового шлама, тем больше он должен содержать утяжелителя. Это может быть достигнуто при более высоком уровне олеофильности утяжелителя (0,4-0,б вес.В ПАВ), так как в таких случаях выгодно, если вся поверхность утяжелителя покрыта молекулами ПАВ. Необходимая стабильность суспензии может быть гарантирована только системой, хорошо увлажняемой маслом, с высокой степенью заполнения объема.

Далее было найдено, что с поверхностно-олеофильными утяжелителями могут быть получены не только масляные буровые шламы, но и буровые шламы на базе так называемых обратимых эмульсий. Эти буровые шламы, средой которых является обратимая водомасляная эмульсия, важны тем, что их реологические свойства с увеличением температуры меняются на меньшую величину, чем в случае шламов со средой в виде чистого масла.

При изготовлении предлагаемого состава буровых шламов было найдено, что олеофильные глины, используемые как среда для первого перемеши-. вания, сначала размачиваются и затем ептизируются, в то время как утяжеители, имеющие олеофильные поверхости, дезагрегируются. Таким обра:зом, создается система с полностью гомогенным распределением. Пептиэация органофильной глины и дезагрегация олеофильных утяжелителей могут быть желательны при целесообразно выбранных добавках, например сульфате гидроокиси, щелочи, аддукте окиси этилена и олеиновой кислоты и других.

При изготовлении шламов на основе обратимых эмульсий было установленб, что особо стабильной становится водомасляная эмульсия, когда эмуль. гирующее средство образуется во время процесса эмульгирования на граничной поверхности воды и,масла (причем до этого были разбавлены вода или масло) из безводных или без2069630 масляных составляющих. Предлагаемый состав белых буровых шламов, содержащих масло или обратимые эмульсии, с избытком обладает всеми свойствами, требуемыми в соответствии с техникой бурения. 5

Удельный вес этих шламов можно регулировать в широких пределах (1,00-2,50 г/см®) . Ни их кажущаяся, ни их дифференциальная вязкость не уменьшаются, пределы текучести, изме- !О ренные непосредственно после среза (отделения части шлама) или 10 мин позже, лежат очень тесно друг к друРу и незначительно меняются при выСоких температурах (220 С и выше).

При высокой температуре хорошо сохраняется свойство удерживать масло 4 воду, и из буровых шламов почти не

1ыделяется осадка. Особое преимущес во предлагаемого бурового шлама на арекове обратимых эмульсий состоит в том, что он в случае прорыва воды в скважину поглощает воду, не меняя при этом существенно своих свойств °

При изготовлении масляных буроum шламов смачиваются-способствую25

,ие набуханию и пептизации ПАВ при .0-50 С и высококипящих (свыше 200 С) фракциях нефти, например в газойле, атем при интенсивном перемешивании одаются органофильные глины и гуми ЭО овые кислоты и, в заключение, проедят гомогенизацию утяжелителей, оторые делаются олеофильными.

При изготовлении предлагаемых буовых шламов на основе обратимых мульсий сначала растворяется 1вес.Ъ жирных кислот с 6-30 атомал углерода в высококипящих фракциях ефти, затем при интенсивном перемеаивании добавляют 10-40 вес.Ъ воды, содержащей 1-10 вес.Ъ от веса воды

Гашеной извести. К подготовленной

Таким образом обратимой эмульсии добавляют сначала ПАВ, способствующие йабуханию и пептизации, а затем при 45 интенсивном перемешивании порциями

Органофильные глины и/или гуминовые кислоты, и в конце процесса перемешивается и гомогениэируевся раствор с утяжелителями, имеющими олзофиль- 5р ные поверхности.

Пример 1. В 100 г гаэойля при 20-40 С растворяется 1 r нормального оцетилсесквигидрофосфата и и раствор при энергичном перемешивании добавляется 4,4 r IVEGEL (органофильный бентонит: изготовитель

Eszakmagyarorsе@ 1 (Венгрия), далее в течение 10 мин перемешивают.

Затем оставляют суспензию на ночь.

На другой день раствор заново гочогениэируют путем перемешивания в течение 10 мин, затем добавляются порциями 106 г осажденного бирита (сульфита бария). 65 Пример 2. Аналогичен примеру 1, но отличается тем, что вместо чистого сульфата бария добавляется 106 г сульфата бария, которому придана олеофильность с помощью добавки 0,2 вес.Ъ натриевой соли жирных кислот (натриум олеат).

Пример 3. Аналогичен примеру 1, но вместо 106 r осажденного сульфата бария применено 106 r осажденного сульфата бария, которому придана олеофильность добавкой

0,3 вес.% натриевой соли жирных кислот (олеата натрия).

Пример 4. Суспензия готовится так же, как описано в примере

1, но содержит вместо 106 г осажденного сульфата бария 106 r осажденного сульфата бария, которому придана олеофильность добавкой 0,4 вес.Ъ олеата натрия.

Важнейшие реологические свойства буровых шламов, изготовленных в соответствии с примерами 1-4, приведены в табл.1.

Из табл.1 видно, что путем добавки сульфата бария с разной степенью олеофильности у исходных одинаковых составов с одинаковым удельным весом существенно снижается предел текучести по Bingham " и пластическая вязкость ъф буровых шламов.

Пример 5. Со 100 г газойля при 20-40 С смешивают 3,0 г эмульгирующего средства; например Ethonsen

S-12 (кальциевого мыла жирных кислот), и 20 r воды. Затем небольшими порциями добавляют при энергичном перемешивании 6,0 г IVEGEL (органофильный бентонит). По окончании добавления раствор еще 10 мин перемешивают, оставляют стоять на ночь, снова на другой день перемешивают в течение 10 мин и затем добавляют сначала 1 г H-октил-сескви гидрофосфата, и потом йри интенсивном перемешивании порциями 20 r измельченного барита, которому придана олеофильность с помощью 0,2 вес.% натриевых солей жирных кислот.

Пример 6. Аналогичен при- меру 5 с отличием, что применено

5 г IVEGEE и 106 r измельченного барита, которому придана олеофильность добавкой 0,3 вес.Ъ натриевых солей жирных кислот.

Пример 7. Аналогичен прч-. меру 5, только вместо данного там количества применено 1,8 г IVEGEL u

178 r измельченного барита, которому придана олеофильность добавкой

0,4 вес.% натриевых солей жирных кислот.

Пример 8. Аналогичен примеру 5, но используют 1,5 г IVEGEL и 196 г измельченного барита, кото-рому придана олеофильность добавкой

1069630

Кроме того, в каждом примере произведены два замера: замер соответствует комнатной температуре, замер 6 является результатом измерения после 16-часового воздействия температуры 220 С.

Т а б л и ц а 1

Пример Количество олеата натрия Удельный вес, Ц

+« на 100 r сульфата бария, г/смэ дин/см 7р6, с0

1,5

580

1,5

0,2

180

0,3

1,5

1,5

« - предел текучести по Bin@ham

® - пластическая вязкость

Таблица 2 параметр

Примеры

1,10 1,50 1,50 2,00 2,00 2,24 2,24 2,00 2,00

1,10

67 86 74 98 87,5 102 87 102

51 84 67 86

37 48

27 37

22 24 58 57 63 63 80,5 62,5 77 43

0,6 вес.Ъ натриевых солей жирных кислот

Пример 9. Аналогичен примеру 7, однако перед добавкой смеси, содержащей 1,5 r IVEGEL и 178 r измельченного барита, которому придана олеофильность добавкой 0,4 вес.Ъ натриевой соли жирных кислот, добавляется 1,5 г органофильных гуминовых кислот.

Реологические параметры и устойчивость свойств эмульсионных буровых шламов, приготовленных согласно примерам 5-9, приведены в табл.2..

Кажущаяся и дифференциальная вязкость была измерена ротационным вискоэи- 15 метром по Папп/у при 600 об/мин.

Предел текучести через 10 с и 10 мин после среза был измерен выскозиметром того же типа. Выделение. жидкости, так же как и количество осадка (тол- 20 щина осадка из шлама), определялись через 30 мин при 7 атм. Один раз измерения проводились при комнатной температуре, другой — после 16-часового воздействия 220 С. В последнем случае была температура бурового шлама еще при измерении 220 С.

Из данных табл.2 хорошо видно,что предлагаемые буровые шламы, имеющие очень различный удельный вес

30 (1,10-2,20 г/см ), обнаруживают примерно идентичные реологические свойства и являются очень стабильными, почти независимыми от температуры, системами.

В табл.2 параметры растворов обозначены уледующим образом:

1. — Удельный вес, г/см.

2. — Кажущаяся вязкость. сП (измеренная ротационным вискозиметром по Папп/у при 600 об./мин).

3. - Дифференциальная вязкость, сП (измеренная так же).

4. — Сопротивление движения через 10 с, дин/см (измеренное ротационным вискозиметром IIQ Папп/у) °

5. — Сопротивление двйжению через 10 мин, дин/см (измеренное ротационным вискозиметром .по Папп/у). б. — Потеря жидкости, мл (иэ

100 мл при 7 атм в течение 30 мин).

7. — Толщина воды в потерянной жидкости мл

8. - Толщина осадка шлама, мл.

1069630

Продолжение т абл . 2 т

° б

Примеры

4 5

Параметр

48.49

72 " 77 86 96 88 77,5 86 81

3,0

0,5,0,2

3,6 0,2 4,0 4,0 4,8

2,0 0,5 2,0 1,0 2,5

1,5

0,5

0,5

Составитель М.Бабминдра

Редактор В.Данко Техред Л,Пилиненко Корректор В.Бутяга

Заказ 11511/60 Тираж 638 Подписное

ВНИИПИ Государствейного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Филиал ППП "Патент", r.Óæãîðoä, ул.Проектная,4

5,8

2,0

0 5 2,0