Инвертный эмульсионный буровой раствор
ИНВЕРТНЫЙ ЭМУЛЬСИОННЫЙ БУРОВОЙ РАСТВОР, содержащий воду Щ1И глинистый раствор на в.одной основе, дизельное топливо, эмульгатор и стабилизатор , отличающийся тем, что, с целью повышения термостойкости раствора до 120 С и его агрегативной устойчивости к загрязнению гидрофильными породами, раствор дополнительно содержит мелкодисперсньй мел, а в качестве эмульгатора содержит талловый пек, омыленный углекислым натрием, и в качестве стабилиза .тора - побочный продукт производства фитостерина при следующем соотношении компонентов, мас.%: Глинистый раствор на водной основе или вода ;23-39 Талловый пек, омыленный углекислым натрием 10-12 Дизельное топливо 40-50 Побочный продукт производства фитостерина 1-3 Мелкодисперсный мел
СО1ОЗ СОВЕТСНИХ
СОЩМЛИСТИЧЕСНИХ
РЕСПУБЛИН
4(51) С 09 К 7/06
ОПИСАНИЕ ИЗСБРЕ1ЕК4Я
К АВТОРСИОМ / СВКДЕТеЛЬСТВу
10-12
40-50
t-3
10-12
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ HOMHTET СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЬПИЙ (21) 3612456/23-03 (22) 23.06.83 (46) 15.01. 85. Бюл. h» 2 (72) А.Ф. Усынин, В.Д. Тур, В.С. Войтенко, А.И. Телицина и С.Н. Горецкий (71) Всесоюзный научно-исследовательский геологоразведочный нефтяной институт (53) 622. 243. 445. (088. 8) (56) 1. Патент США ¹ 3002923, кл, 252-8 5, опублик. 1961.
2. Ильин Г.A. и др. Преобразование глинистого раствора в инверткую эмульсию. Экспресс-информация ВНИИЭГазпром, сер. Геология, бурение и разработка газовых месторождений", ¹ 16 (40), 1977, с. 19-22 (прототип). (54)(57) ИНВЕРТНЫЙ ЭМУЛЬСИОННЫЙ БУРОВОЙ РАСТВОР, содержащий воду или глинистый раствор на водной основе, дизельное топливо, эмульгатор и стабилизатор, отличающийся тем, что, с целью повышения термостойо кости раствора до 120 С и его агрегативной устойчивости к загрязнению гидрофильными породами, раствор дополнительно содержит мелкодисперсный мел, а в качестве эмульгатора содерKHT талловый пек,,омыленный углекислым натрием, и в качестве стабилиза.тора — побочный продукт производства фитостерина при следующем соотношении компонентов, мас.Ж:
Глинистый раствор ка водной основе или вода 23-39
Талловый пек, омыпенный углекислым натрием
Дизельное топливо
Побочный продукт производства фитостерина
Мелкодисперсный мел
1 1 134594
Изобретение относится к бурению нефтяных и газовых скважин, в част- э ности к буровым растворам на углеводородной основе типа- инвертных (обэ ратных) эмульсий, 5
Известен инвертно-эмульсионный н буровой раствор, состоящий из вод- а ной фазы, нефтяной фазы и эмульгатон ра в количестве 2,9-3,2 кг на 1 м . (Эмульгатор, в основном, состоит из 10 в растворимого в нефти поверхностно- . ч активного вещества, относящегося б к группе амидов жирных кислот ангидро-алкилглюкамина и эфиров данных о амидов. Способ приготовления этой 15 обратной эмульсии заключается в до- м бавлении к воде нефти (дизельного а топлива) с растворенным эмульгатон ром (1) .
28„5-54
32-35
16-18
2-5
18-26
10-! 2
Недостатками этого раствора являются сложность и многоступенчатость получения эмульгатора, его дефицитность и высокая стоимость.
Наиболее близким техническим решением к изобретению является инвертный эмульсионный буровой раствор, содержащий в качестве водной фазы воду или глинистый раствор на водной основе, а в, качестве углеводородной фазы — смесь дизельного топлива или нефти с окисленным битумом, СМАД-1 и эмульталом при следующем соотношении компонентов, вес.7.:
Вода или глинистый 35 раствор на водной основе
Дизельное топливо или нефть 40-60
Высокоокисленный 40 битум 2-4,5 СМАД-1 2-4 0
Эмультал 2-3i0
Приготовление указанного инвертного эмульсионного бурового раствора осуществляется по следующей технологии. При непрерывной циркуляции глинистый раствор предварительно обогащается дизельным топливом до 27 вес.X высокоокисленным битумом до 2,0 вес.7 50 и СМАД-1 до 2,0 вес.%. Параллельно заготавливается углеводородная фаза (УФ), содержащая эмульгатор (эмультал) и оставшуюся от расчетного количества часть дизельного топлива, 55
СМАД-1 и высокоокисленного битума.
Приготовленная УФ перемешивается с циркулирующим глинистым раствором до преобразования его в инвертную мульсию 2 .
Г 1
Недостатком этого инвертного мульсионного бурового раствора, получаемого из глинистого раствора а водной основе, является низкая грегативная устойчивость при загрязении частицами выбуренной породы более 15X) и увеличении температуры
ыше 70 С, что в свою очередь ограни0 ивает использование раствора при урении глубоких скважин, а также при вскрытии горизонтов, сложенных сыпающимися и набухающими породами.
Цель изобретения — повышение теростойкости раствора до 120 С и его грегативной устойчивости к загрязнеию гидрофильными породами.
Поставленная цель достигается тем, что инвертный эмульсионный буровой раствор, содержащий воду или глинистый раствор на водной основе, дизельное топливо, эмульгатор и стабилизатор, дополнительно содержит мелкодисперсный мел, а в качестве эмульгатора содержит талловый пек, омыленный углекислым натрием, и в качестве стабилизатора — побочный продукт производства фитостерина при следующем соотношении компонентов, мас.7:
Глинистый раствор на водной основе или вода 23-39
Талловый пек, омыленный углекислым натрием 10-12
Дизельное топливо 40-50
Побочный продукт производства фитостерина 1-3
Мелкодисперсный мел 10-12
Содержание глины в глинистом растворе на водной основе должно составлять не более 10 мас.X.
Талловый пек, омыленный углекислым натрием, имеет следующий состав, мас.X:
Нейтральные вещества
Окнсленные вещества
Смоляные кислоты
Жирные кислоты
Натриевые соли жирных кислот 10-20
Натриевые соли смоляных кислот 8-10
Побочный продукт производства фитостерина ППФ содержит, мас.7.:
Натриевые соли жирных кислот 12-22
Натриевые соли смоляных кислот
113 45
94 4
Неомыляемые вещества (спирт алифатический
С14 -С ь, углеводороды)
1-3
Этиловый спирт 2-10
Вода Остальное 5
Талловый пек, омыленный углекислым натрием, и ППФ вЂ” побочный продукт производства фитостерина, выпускаются Соломбальским ЦБК согласно
ТУ 13-4000 177-174-83 и ТУ 13-05
ТУ 13-4000 177-174-83 и ТУ 13-05-109-82 соответственно.
Способ приготовления предлагаемого инвертно-эмульсионного бурового раствора заключается в следующем. 15
В воде или глинистом растворе на водной основе, содержащем не более 10 мас.% глины, при непрерывном перемешивании (циркуляции) растворяют талловый пек, омыленный углекис- 20 лым натрием (50 мас. от расчетного количества). Затем вводят дизельное топливо с растворенной в нем оставшейся частью таллового пека — УФ.
В образующуюся эмульсию добавляют 25
ППФ и мелкодисперсный мел (с размером частиц меньше 0.25 мм) ° После 40-60 мин перемешивания технологические параметры эмульсии стабилизируются и она .
° готова к применению. 30
Предлагаемый способ получения инвертной эмульсии аналогично известному предусматривает технологический прием, согласно которому во избежание интенсивного загущения в процес- 35 се добавления к воде или глинистому раствору углеводородной фазы некоторое количество ингредиентов, в данном случае часть эмульгатора, предварительно растворяется в воде или в 4g глинистом растворе на водной основе, а другая часть — в углеводородной жидкости, т.е. представляет собой низкоконцентрированную УФ. Благодаря такому разделению, а также влиянию природы эмульгатора (его способности растворяться одновременно в воде и углеводородной жидкости) и концентрации составляющих компонентов эмульгированне — обращение фаз, начи-у> нается при содержании в растворе
75-100 мас. от расчетного количества углеводородной жидкости и эмульга. тора, т.е. когда соотношение между . содержанием воды иЛи между глинистым раствором на водной основе и УФ (смеси дизельного топлива с талловым пеком, омыленным углекислым натрием) является сбалансированным. При этом эмульгирование протекает равномерно и обеспечиваются хорошие реологические показатели эмульсии (табл. 1).
На заключительном этапе вводится высокоэффективный стабилизатор ППФ и мелкодисперсный мел.
Поскольку увеличение концентрации глины в растворе на водной основе свыше 10 мас.% сопровождается образованием в процессе обращения фаз плотного осадка из гидратированных глинистых частиц (табл. 5), то содержание глинистой фазы на требуемом уровне в промысловых условиях регулируется предварительной механической очисткой глинистого раствора на водной основе в сочетании с разбавлением его водой или водным раствором эмульгатора.
Для выбора оптимального содержания таллового пека, омыленного углекислым натрием (табл. 2), ППФ (табл.3), мелкодисперсного мела (табл. 4), дизельного топлива и воды или глинистого раствора на водной основе (табл. 5), а также содержания глины в исходном глинистом растворе (табл. 6) провели ряд последовательных лабораУ торных исследовании.
Пример. Приготовление инверт-., . ного эмульсионного бурового раствора.
50 г таллового пека растворяли в 300 г воды. Параллельно растворяли 50 r таллового пека в 480 г дизельного топлива ° При интенсивном перемешивании постепенно вводили углеводородную фазу в водную. В процессе образования эмульсии вводили 20 г
ППФ и 100 г мелкодисперсного мела.
Через 40-60 мин после введения в систему всех компонентов и последующего непрерывного перемешивания Определяли технологические параметры полученной эмульсии.
В табл. 2-6 приведены технологические параметры рапворов различного состава, приготовленных по описанному способу.
Из табл. 2 следует, что оптимальной добавкой таллового пека, омыленного углекислым натрием, следует считать 10-12 мас. . Увеличение содержания пека свыше 12 мас.X нецеле-. сообразно, поскольку оно практически не влияет на изменение технологических параметров эмульсии, в частности величины фильтрации и напряже1134594 ния пробоя. При концентрации пека менее 10 мас,X увеличивается фильтрация и снижаются структурно-механические показатели эмульсий (СНС и условная вязкость).
Из данных табл. 3 видно, что добавка ППФ в количестве 1-3 мас.X является наиболее приемлемой, так как при содержании ППФ менее 1 и более 3 мас.% увеличивается фильтрация эмульсии.
Из табл. 4 видно,, что при содержании мела менее !О мас.7 снижаются
СНС и вязкость, а при содержании более 12 мас.7 — СНС эмульсии. Исходя из этого рекомендуемая добавка мела 10-12 мас.%.
На основании данных табл. 5 содержание воды в эмульсии принято равным 23-39 мас.%, а дизельного топлива 40-50 мас.% поскольку при содержании воды более 39 мас.%, а дизельного топлива менее 40 мас.X увеличивается вязкость и величина фильтрации; при содержании воды менее 23 мас.7, а дизельного топлива более 50 мыс.% снижаются структурномеханические показатели (вязкость и CHC) эмульсии и возрастает фильтрация.
Из данных, гриведенных в табл.б, видно, что образование плотного осадка из гидратированных глинистых частиц начинается при содержании в исходном растворе более 10 мас.X глинопорошка.
Результаты сравнительных испыта. ний предлагаемого инвертного эмульсионного бурового раствора (по его граничным и средним значениям концентраций компонентов) с известным составом (прототипом) приведены в
Изменение условной вязкости, с, образующейся инвертной эмульсии в зависимости оТ добавки низкоконцентрированной УФ, мас.X
50 75 90 100
0 10 20 30
Вода 80
Глинопорошок 10
Талловый пек 10
40 41 42 45 48 98 119 120
Состав бурового раствора на водной основе, мас.7 табл. 7. Из данных табл. 7 следует, что после добавления до 20 мас.X негидратированного бентонитового глинопорошка и термостатирования в те5 чение 2 ч при 120 С и давлении бО КПа эмульсии 1-3 имеют практическн неизменяющиеся значения показателя фильтрации и структурно-механические показатели (вязкость и СНС).
Эмульсия 4 (известный состав) разрушается уже при температуре выше ?О С и содержании глинопорошка более
15 вес.X.
Длч приготовления глинистого раствора на водной основе можно использовать любые глинопорошки, поскольку представленные исследования выполнены в экстремальных условиях с помощью одного из лучших бентонитов аскангеля, высокая дисперсность и коллоидальность которого являются одной из причин загущения в процессе преобразования глинистого раствора в обратную эмульсию (табл. 6). Во избежание выпадения из эмульсии гидратированных глинистых частиц и формирования на их основе нелрокачиваемой пасты содержание глинопорошка не должно превышать 10 мас..7..
ЗО В состав эмульсии наряду с необработанными глинистыми суспензиями могут входить и стабилизированные химреагентами глинистые растворы.
Однако уже предварительные исследоЗ5 вания показывают, что изменение свойства глинистого раствора на водной основе за счет введения химических
Ф добавок может быть использовано для регулирования параметров получаемой
40 эмульсии — улучшения ее свойств (фильтрационных, реологических, диэлектрических и т.д.).
Таблица 1
1134594
Таблица 2
;Состав инвертной эмульсии, мас.7
Корка, СНС, Па
УсловПлотность, г/см ильтраия, м /30 мин
U, В ная
1 мин 10 мин
Вяз кость, с.
Э
Вода 32
Талловый пек 5
>250
1,04
1,04 65
0,8 >250
Мел 12
Мел 12
1,04 87
1,04 100
2,0 )250
То )ке 1,2
Талловый пек 15
Дизельное топливо 49
ППФ 2
Мел 12
Вода 31
Талловый пек 8
Дизельное топливо 47
ППФ 2
Вода 30
Талловый пек 10
Дизельное топливо 46
ППФ 2
Вода 29
Талловый пек 12 .Дизельное топливо 45
ППФ 2
Мел 12
Вода 28
Дизельиое топливо 43
ППФ 2
Технологические параметры эмульсии
3, 0 Пленка 0
1,0 Пленка 0,4
То же 0,84 . 1,80 >250
1134594 гические параметры эмульсии
Состав иивертн эмульсии, кас.
/3 мин 10
) 250
1,4 2,4
1,04 125
Иел 12 ,Вода 26.
ППФ 2
Иел 12
1,04 200
Та блица 3
Технологические параметры эмульсии
Состав инвертной эмульсии, мас.7
Корка, СНС, 1 мин
ПлотВяз Па
U, В ность, г/смз. кость с
10 мин
1,03
Иел 10
ППФ 1
Иел 10 1,03
Вода 31
Талловый пек 10
Талловый пек 20
Дизельное топливо 40
Вода 33
Талловый пек 10
Дизельное топливо 47
ППФ 0
Вода 32
Талловый пек 10
Дизельное топЛиво 47!
Фильтрация, см /30 мин
Продолжение табл. 2
Пленка 2,08 3,0 >250
Пленка 0,2 0,3 >250
То же 0,3 0,6 >250
1134594
12 Продолжение табл.3
Состав инвертной эмульсии, мас.X
Филь
ЦИЯ см / !
ИИЯ
Вяэ. кость, С
0,8
1,6 )250
1,03 77
О 8
О
0,88 ) 250
1,03
1,03 140
Мел 10
Вода 28
Талловый пек 10
Дизельное топливо 47
ППФ 5
Мел 10
1,03
Т аблица 4
Состав инвертной эмульсии, мас.Е
Фильтрация, см /30 мин
Па
ВязСНС, Корка, Плотность, г/см и, в кость, с.
1 мин 10 мин
Вода 30 (Талловый пек 10 Дизельное топливо 47 .ППФ 2
Мел 10
Вода 30
Талловый пек 10
Дизельное топливо 47
ППФ 3
Мел 10
Вода 29
Талловый пек 10
Дизельное топливо 47
ППФ 4 нологические параметры эмульсии
О, 5 Пленка О, 88 О, 96 р 250
189 3,0 -"- 0,98 1,2 >250
Технологические параметры эмульсии
1134594
)3 остав инвертной
I: эмульсии,мас.X уВ
СНС, Па
Корка, ВязФильтрацияя, см/30 мин
Плотость, /см кость, с мин lO ми
О )250
Пленка О
1,02 50
О
1,02 55
1,03 65
То же
1,03 77
1,04 87
Мел 12
Вода 30
Талловый пек 10
Дизельное топливо 55
ППФ 2
Мел 3
Вода 30
Талловый пек 10
Дизельное топливо 53
ППФ 2.
Мел 5
Вода 30
Талловый пек 10
Дизельное топливо 50
ППФ 2
Мел 8
Вода 30
Талловый пек 10
Дизельное топливо 48
ППФ 2
Мел 10
Вода 30
Талловый пек 10
Дизельное топливо 46
ППФ 2
l4
Продолжение табл.4
Технологические параметры эмульсии
Пленка О, 06 О, 12 ) 250
0 4 08 )250
0,8 1,6 >250
0,84 i 80 )250
1134594.15
Технологические параметры эмульсии
Состав инвертной эмульсии, мас.X.
Па
1,05 85
Таблица
Состав инвертной эмульсии, мас.%
Технологические параметры эмульсии
ПлотКорка, ВязСНС, Па
U,В ность, г/ MЗ кость, с
1 мин 10 мин
Вода 20
Талловый пек 10 250
Пленка 0
1,03
Мел 10
Вода 23
Талловый пек 12
1,03
Мел 12
Вода 28
Талловый пек 10
0,98 1 )250
Мел 10
1,03
Вода 33
Дизельное топливо 43
ППФ 2
Мел 15
Дизельное топливо 58
ППФ 2
Дизельное топливо 50
Дизельное топливо 50
ППФ 2 от- Вяэсть . кость см
Фильтра ция g смз /30
Фильтрация, см /30 мин
Продолжение табл.4
О, 12 0,52 >250
То же 0,06 0,12 >250
1134594
Состав инвертной эмульсии,.мас.X хнологические параметры эмульсии
СНС, Па
ВязКорка, мм кость с мин 10 мин
Талловый пек 10
Мел 10
1,03
ППФ 1
Мел 1О
1,03
100
ППФ 2
Мел 10
1, 03 250
Дизельное топливо 45
ППФ 2
Вода 39
Талловый пек 10
Дизельное топливо 40
Вода 45
Талловый пек 10
Дизельное топливо 33
Ф
Фильтрация, см /30 мин
Пленка 0,8 1, 6 р250, То же 1,2 2,0 7250
2,08 3,0 7250. 19
1134594
t î ф л
Х Ф
И
Х О сч о
1
1
f
o o. o1
И И И
CV CV CV
О О О сГ " И И
C»t N СЧ
h, л л
1 I л t
1 0 . 1
1—
1 1
1 1 х
I cd I Е
I Х I ! О сч
0О 3 л л л сЧ О О
00 СЧ СЧ л л
О СЧ СП
I ! л о х о
1 1
1 )
1 — » л 1
1 0 1
1 I E" I
1 0) О
1 Х О О
I СР Х
I л
I 0 и
О О О
I!!
О С> О! с»Ъ 0 00
О О О л л
Q а
Ф П 01. О
О О С0
Р Х
О О О Б»
1
1
И О !
О Р U
Х С0 СО
5 с0 О
Х Х
Р
Cf
О
О и
)g О !
О
0l с0 !
»
О (Р! I
I I
1 I, I
° 1
I l
1 1
1
1 ,1
I
I
t
I!
»
Е
Cd
Й
Х
Х
Ф х
Х
О
Ц
О х
Х !
- л
1 Ф
1 Х
I Р
I й4
I1
1 Х
t Х
1 I Х
Д л ! Х Х Е
t e av!
1 !
1
I
I
1
1 !
I
1
I эх
О
Х
В
О
I0 сб О
»
Р. Х
О Ф
lCt 1» !
-е
U Я ал 0!
С»1 О
О Ф
С0 С0
О О & а Х
О
С0 О б Р сч о сч сч л л л л л л о сч сч о о
Cd
Х Ф х K
Ф 1 I 1 I
Д
О
Н l I 1 I
О О О О О О 1
О О О И О С-00 СЧ CO 00 00 Л
И 00 О СЧ
Ф
О х
А О
Ц M ° Ф
Ф И и с3ь ц
Ф О х х х &»
1134594
21 ь а
С4 и, ь и
CV л
Clj
Q о ь
1ГЪ
С«С л
О а О
ФЧ а
ФЧ
С«С
Cl а
«Ф
o > о!» ь о вФ ! 6
Ol О коо ь
С4 с4
l»
Q о
X а ь сч ь л ь ю
СЧ л а ю и с ъ м
I а
С4 ь
OO а
СЧ а со
OQ а
CV а
» ь
СЧ ь; О ь ь
%11
Ф о о
Ю !
1! х хх
О де
»
I (" 11
И о М
Ь О
3 + ь х
РЪ
Е» к
4)
3 !%
Я
Ф" Е а о о
Е к о к а 6, Ю у о, + и ф, О4 5 и о м
Й Й Зл
24 л а. л о
СЧ
Юб о
С 3
ЮФ
Ф о м
I и 1а
Ю Р 1
CL I
И ф а ю
1 s0 л .
lk u е 55 ты 3
X о
) 134594
t4 ФЬ
° з о е а о о о а
Ю
Ю ° \ о о ч о 4 Ф 3 о о
Ф ) С о о л cv
