Способ промывки буровых скважин

 

СО103 СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) (И) д1)ф С 09 К 7/02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ПАТЕНТУ

-СН -СН1

N-g

1о-в

-СН -СНI

C=O

I мн (21) 3460066/23-03 (62) 2953015/23-03 (22) 30,06.82 (23) 04.08.80 (31) Р 29 31897.6 (32) 06.08.79 (33) DE, (46) 23.01.86. Бюл. В 3 (71) Касселла АГ(1)Е ) (72) Фридрих Энгельхардт, Ульрих Ригель, Мартин Хилле и Хейнц Витткус (1)Е) (53) 622.243.144 (088.8) (56) 1. Патент ФРГ Р 1300481, кл. 5а 21/04, опублик. 1969.

2. Патент ФРГ 9 2444108, кл. 5а 21/04, опублик. 1973.

3. Патент США Р 2775557, кл. 252-8.5, опублик. 1957. (54)(57) СПОСОБ ПРОМЫВКИ БУРОВЫХ

СКВАЖИН, по которому применяют водную суспензию набухаемых минеральных твердых веществ и в соответствующем случае повышающих плотность нерастворимых в воде добавок и органической добавки, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения стабильности суспензии к высоким температурам и концентрациям электролитов, в качестве органической добавки используют водорастворимый сополнмер, состоящий по ста. тистическому распределению на 1095 мас.Е из остатков общей формулы — CH — СН2

СО

НИ С(СН >g СН SOЭХ на 5-50 мас.Ж из остатков общей формулы и на 0-80 мас.Ж из остатков формулы!

I гдеR uR ны и означают водород, метил или зтил

Х вЂ” катион натрия или калия, или аммония, или диметилоксиэтиламмония.

12

Изобретение относится к бурению нефтяных и газовых скважин, в частности к буровым промывочным жидкостям, и может использоваться при промывке водными суспензиями глубоких скважин с высокими температурами и высокоминерализованными пластовыми водами.

Цель изобретения — повышение стабильности суспензии к высоким температурам и концентрациям электролитов, В предлагаемом способе промывки буровых скважин в качестве промы4, вочной жидкости применяют водную

-суспензию обычных набухаемых минеральных твердых веществ, таких как глины, главным образом бентониты, и в соответствующем случае повышающих плотность водонерастворимьгх добавок„ например карбоната кальция, сульфата бария или окислов железа, стабилизированную органической добавкой - водорастворимым сополимером в количестве 0,5-40 кг/м,состоящей но статическому распределению на l0.-95 мас.% из остатков фор1 157лы на 5-50 мас,% иэ остатков структурной формулы

-СН вЂ” СН—

N — R

СΠ— Я и на 0-80 мас.% иэ остатков структурной формулы

1 где R и ЗР— одинаковы или различны и обозначают водород, метил или этил, Х - катион натрия или калия, или аммония, или диметилоксиэтиламмония.

Получение водорастворимых сополимеров согласно предлагаемому способу возможно, если в целях получения

07398.

100 мас.ч. сополимериэата растворить в воде или смешивающемся с водой органическом растворителе от 10 до

95 мас.ч. 2-акриламидо-2-метил-пропансульфоновой кислоты-(3) структурной формулы (I)

С1,- СН-СО-йН- С(СН,,-СН,-503 Н

I затем нейтрализовать путем добавления основания сульфоновую кислоту, затем добавить от 5 до 50 мас.ч. винилациламида структурной форму15 лы II

pj г

СН = СИ вЂ” N CO Я

26 где P и R — одинаковы или различны ! и обозначают водород, метил или этил

25 добавляя в соответствующем случае от

0 до 80 мас.ч..акриламида, после чего можно начать вести сополимеризацию известным способом при 10-120 С.

Сополимериэаты согласно предлагаемому способу получают путем применения для образования сополимериэата в количестве по 100 мас.ч. от 30 до 70 мас.ч. 2-акриламидо-2-метил-пропансульфоновой кислоты-(3) структурной формулы Х,от 01 до

30 мас.ч, винилациламида структур ной формулы II и в соответствующем случае от 0 до 60 мас.ч. акриламида.

В качестве смешивающихся с водой

40 органических растворителей в частЭ ности, применяют водорастворимые алканолы с числом атомов С 1-4: метанол, этанол, пропанол, 090 -пропанол, н вЂ, в ор — и î30 -бутанол, предпочтительно, однако, т ет -бута" нол.

Содержание воды в используемых в качестве растворителей низких алканолов не должно превышать мас.% поскольку в противном случае

5Q при полимеризации может произойти комкообразование. Предпочтительно работают с содержанием воды 0-3%.

1(оличество используемого растворителя зависит в определенной степе55 ни от рода применяемого сомономера.

1(ак правило, на 100 r общего количества мономеров используют

200-1000 r растворителя.

12073

40, 3

Используемое для нейтрализации

2-акриламидо-2-метил-пропансульфоновой кислоты-(3) основание выбирать целесообразно так, чтобы оно давало желаемый катион Х, Поэтому в качестве основания обыкновенно используют соль щелочного металла слабой кислоты, гидроокись щелочного метал- ла или же соединение формулы NR, причем три остатка R — одинаковы или 10 различны и обозначают водород, алкил с числом атомов С 1-4 или оксиэтил.

Как правило, предпочтительно применяют в качестве основания натрие- 15 вую или калиевую соль слабой кислоты, гидроокись натрия или калия, если продукты предназначаются для применения в качестве вспомогательных веществ при бурении без ис- 20 пользования твердых материалов.

Как обычно, полимеризацию ведут в атмосфере защитного газа, предпочтительно азота. Температура полимеризации колеблется в пределах диапазона 20-120 С предпочтио о

Э тельно 40-80 С.

В целях инициирования полимеризации можно использовать электромагнитные лучи высокой энергии или же обычные инициаторы полимеризацни, например органические перекиси, как перекись бензоила, гидроперекись

7 åò -бутила, перекись метилэтилкетона, гидроперекись кумола, азосоеди" нения, как азо-ди-изо-бутиро-нитрил, 35 а также неорганические перекисные соединения, как (NH ) 8 О, или

К, Я, Оз, или Н,О,, в соответствующем случае в сочетании с восстановителями, как натрийгидросульфит или ,же восстановительно-окислительные системы, которые содержат в качестве восстанавливающего компонента алифатические и ароматические сульфиновые кислоты, как бенэолсульфиновая и толуолсульфиновая кислоты, или производные этих кислот, как, например, аддукты Манниха из сульфиновых кислот, альдегидьв и аминосоединений. На 100 r общей массы мономеров, как правило, используют

0,05-2 r инициатора полимеризации.

В случае использования воды в качестве растворителя полимеризация проходит в условиях полимеризации в растворе с получением водного вязкого раствора сополимеризата, из

98 4 которого продукт выделяют отгонкой воды или осалсцением путем смешения раствора со смешивающимся с водой органическим растворителем, таким как метанол, этанол, ацетон или т.п.. Предпочтительно, однако, полученный водный, раствор использовать прямо по назначешпо при достижении требуемой концентрации.

При проведении сополимериэации в указанных органических растворителях, предпочтительно ърет -бутаноле, работают в условиях поли.маризации осаждением. При этом полимеризат выпадает в твердом виде, так что его можно выделить путем отгонки растворителя или же отсасыванием и сушкой. Предлагаемые сополимеры в буровых промывочных жидкостях оказывают очень хорошее действие в качестве защитных коллоидов как при высоких температурах, так.и при высоких концентрациях электро-. литов, превосходя по устойчивости к электролитам и старению в значительной степени самые близкие известные вещества применяемые в ка) честве добавок к буровым промывочным жидкостям.

Пример 1. Перед использованием в технике буровой промывочной жидкости надо проверить ее свойства на стабильность по меньшей мере одним из указанных опытов на моделях.

При этом пригодность. буровой промывочной жидкости и, главным образом, добавляемого сополимеризата по показателю фильтрации определяют по американскому стандарту American

Petroleum industrie Code 29.

В пробы буровых промывочных жидкостей с содержанием 47. бентонита и воды, фактически не содержащей электролитов, а также бурового раствора с 25 хлористого натрия и 1 гипса добавляют в каждом случае по i добавок А-D. Промывочная жидкость, фактически не содержащая электролйтов, имеет показатель фильтрации 24 см, а промывочные жидкости с 25 . хлористого натрия и

1 гипса — б3 см . Показатели фильтрации по стандарту АР1 в нор.о мальных условиях (20 С) И после термостатирования в течение !5 ч при 200 С замеряются и регистрируются.

Результаты испытаний сведены в табл.1.

1207398 l0

5

Пример 2, В пробы буровой промывочной жидкости, содержащей

4% бентонита, 10% хлористого натрия и 10 хлористого кальция, вводят в каждом случае по 2% добавок A-D.

Показатель фильтрации промывочной жидкости без добавок составляет

72 см . Испытания проводят аналогично примеру 1.

Результаты испытаний сведены в табл.2.

Результаты испытаний показывают превосходство предлагаемых соединений А и В над известными, до сих пор устойчивыми к высоким температурам добавками к промывочным жидкостям С, D и Е. В табл.1 показана их примерная равноценность в буровых промывочных жидкостях на основе воды, фактически не содержащей электролитов. В буровых растворах из соляных копей четко выражена более высокая эффективность продуктов

А и В. Особенно высокое превосходство проявляют смешанные полимеризаты А и В, когда промывочные жидкостп, как в примере 2, содержат наряду с чористым натрием также и хлористый кальций, Соединения

С и Е при этом отказывают за счет их чувствительности к ионам кальция, в то время как сополимеризат

D не достигает эффективности смешанных полимеризатов А и В.

Дпя сравнительных испытаний прим ен moт следующие до б ав к и.

А. Смешанный полимеризат (предлагаемый), состоящий из 65 AKIK (2-акриламидо-2-метил-пропансульфоновой кислоты), 20 N-винил-N-метилацетамида, 15 акриламида.

В, смешанный полимеризат (предлагаемый), состоящий иэ 80 АМПК, 20 1",-винил-И-метилацетамида.

C смешанный полимеризат, состоящий из акрилата натрия, акриламида (3J, пример 2, продукт N> 5 (сопоставительный), D. Смешанный полимериз ат, состоящий из 45 натрийвинилсульфоната, 55 . М-винил-N-метилацетамида (1).

Е. Смешанный полимеризат, состоящий из 20 натрийвинилсульфоната, 70% акриламида, 10 N-винилпирролидона (2) .

Применяемую в указанных опытах согласно предлагаемому способу добавку получают следующим образом.

В колбу для полпмеризацни емкостью в 2 л, оснащенную мешалкой, ооратным холодильником, капелъной воронкой, впуском для газа и водяной баней, обогреваемой электричеси, загружают 600 мл т ет -бутанола, растворяя в нем 65 мг АИПК с перемешиванием, после чего по каплям добавляют раствор 17 г гидробкиси калия в 60 мл воды с последующим добавлением 15 г акриламида и 20 г

N-винпл-N-метилацетамида. При вводе азота реакционную смесь нагревают с помощью электрической водяной

15 бани до 50 С, добавляя затем 1,0 r азо-изо-бутиронитрила, По истечении срока индукции около 2 ч начинается полимеризация, температура реакции о . повышается до 69 С, полимеризат

2О выпадает, Затем еще подогревают 2 ч о при 80 С, получая густую взвесь.

Пол мер выделяют отсасыванием и сушкой в вакууме при 50 С. Растворитель, однако, можно отгонять

25 прямо при пониженном давлении из реакционной смеси. Полимер получают в виде белого легкого порошка, хорошо растворяющегося в воде, Значение

К по Фикенчеру составляет 170.

ЗО

Если полимеризуют аналогичным образом 80 r АМПК и 20 г N-винил-N-метилацетамида, то получают применяемую предлагаемую добавку В.

Пример 3. а) В промывочную жидкость с содержанием 4 . бентонита и воды, практически не содержащей электролитов, а также бурового раст- пора с содержанием 25 . хлористого натрия и 1% гипса добавляют по 1 . согласно предлагаемому способу сополимеризата Е. Буровой промывочный раствор, практически не содержащий электролитов, без добавки присадки имеет показатель фильтрации 24 см, а буровой раствор с содержанием

25% хлористого натрия и 1 гипса—

63 см . Замеряют показатели фильтра- ции по АРХ в обычных условиях (20 С) и после термостатирования в

0 течение 15 ч при 200 С.

Показатель фильтрации по АР?. в обычных условиях для а составляет

8,2, для Р 6,8, после термостатирования для а 9,0, для 6 8,0, где а — промывочные жидкости с водой, практически не содержащей электролитов, б — промывочные жидкости с содержанием 25% хлористого натрия и

17. гипса. б) Применяемую в примере 3 для

О добавку Е получают следующим образом.

В колбу для полимеризации емкостью 2 л и оснащенную мешалкой, обратным холодильником, капельной воронкой, газоподводящей трубой и электрически обогреваемой водяной баней загружают 600 мл 111ет -бутанола, в котором затем с перемешиванием взвешивают 79 г АМПК, вводят

7,1 л аммиачного газа и добавляют

1,0 r акриламида и 20 г N-винил-N-метилацетамида. Вводя азот, реакционную смесь подогревают посредством электрически обогреваемой о бани до 50 С, затем добавляют 1,0 r азо-иэо-бутиронитрила. После срока индукции около 2 ч начинается полимеризация, реакционная температура о поднимается до 69 С, полимеризат выпадает. Затем еще домешивают 2 ч о при 80 С с образованием густой жидкости-взвеси. Полимер выделяют ото сасыванием и сушкой при 50 С в вакууме. Однако также есть возможность прямой отгонки растворителя под пониженным давлением из реакционной смеси. Полимер получают в виде белого легкого порошка, хорошо растворяющегося в воде ° Значение К по

Фикентчеру 190.

Пример 4. В буровой раствор с содержанием 47 бентонита, 10Х хлористого натрия и 10 хлористого кальция добавляют 2% сополимера Е. Показатель фильтрации бурового раствора без добавок составляет 72 см . Испытания проводят по примеру t.

Показатель фильтрации по API, см, в обычных условиях составляет

5,0, по старении 5,5.

Пример 5. Из трех испытаний в открытом поле взяты пробы

:II и III применяемых буровых растворов со следующим составом.

Морская вода: приблизительно

4 мас.% бентонита, приблизительно

30 мас. тяжелого шпата (сульфата бария) и приблизительно 4 мас.% полученных при бурении твердых веществ. !.

II. Вода, насыщенная хлористым натрием: приблизительно 3 мас.X бентонита, приблизительно 4 мас.X

1207398 полученных при бурении твердых веществ.

III. Вода, насыщенная 20 мас.7. хлористого кальция: приблизительно

50 мас.X мела, приблизительно 0,20,5 мас.7 полученных при бурении твердых веществ °

У всех трех проб определяют показатель фильтрации по АРТ и при

1р условиях с высокой температурой и высоким давлением приблизительно о

150 С и 35 бар. Затем прибавляют добавку А согласно предлагаемому способу к пробе I 8 кг/и, к пробе

II 26 кг/м и к пробе III 36 кг/мз.

В табл.3 показаны физические свойства буровых .Растворов.

Для всех трех буровых растворов после этого устанавливают опять показатель фильтрац1н1 IIo API условиях при высокой температуре и высоком давлении 150 С и 35 бар. о

Полученные результаты приведены в табл.4.

Если к буровому раствоРу при бавляют только 4 кг/мз предлагаемой добавки Л, то устанавливают по API показатель фильтрации 0 „2 см и в условиях при высокой температуре

30 и высоком давлении (150 С/35 Oap)

34 см . Аналогично можно также получать приведенные в табл,5 добавки и применять их согласно изобретению.

В табл. 5 и 6 приведены сокращения:

АМ вЂ” акриламид

ВМА — N-винил-N-метил-ацетамид, ЛМПК вЂ” 2-акриламидо-2-метил-пропансульфоновая кислота-(3), причем показатели обозначают: 1 аммониевую соль, 2 — диметил-Р-оксиэтиламмониевую соль, 3 — калиевую соль, 4 — натриевую соль, BA — винилацетамид, ВФ вЂ” винилформамид, А — аммонийпероксидисульфат;

 — аммонийпероксидисульфат+дибутиламмонийхлорид +

H,, 502 — СН вЂ” ХН вЂ” СООСН3

COO?1 аэоизобутиронитрил, П р и м е. р 32. Предлагаемые сополимеризаты можно получать также и в водной среде. При этом работают аналогично следующему предписанию для изготовления.

1207398

Таблица 1

Показатели фильтрации по стандарту

API смэ, Добавки после термостатирования при нормальных условиях

) ь** а Ь

8,8 10 4

9,1 8,1

9,0

8,5

В

6,6

8,3

9,2 46

12 0 44

9,3 30

8,8

9,0 l4,0

9,2

7,4

8,9

* Промывочные жидкости, фактически не содержащие электролитов, * Промывочные жщцкости, содержащие 25% хлористого натрия и 1% гипса °

Т а б л и ц а 2

Показатели фильтрации по стандарту АР1, см, Добавки при нормаль- после термоных условиях статирования

4,8

5,5

4,5

5,4

100

100

21,6

8,5

100

В примере 1 устройстве к 200 мл деиониэированной воды добавляют

28 мл (25%-ного) аммиачного раствора, после чего с перемешиванием и вводом слабого потока азота добавляют 65 r ANIIK. По образовании прозрачного раствора еще добавляют

15 r ациламида и 20 r N-винил-N-метилацетамида, рН раствора 8,0.

При 23 С путем добавления 10 мл

0,5%-ного водного раствора аммонийпероксидисульфата инициируют процесс полимеризации. По истечении срока индукции около 40 мин полимериэация начинается, температура повышается до 42 С, реакционная смесь становится вязкой, Затем er-e подогревают 2 ч при 80 С.

Получают прозрачный высоковязкий раствор со значением К по. Фикенчеру 250, которую сразу же можно использовать в качестве .добавки к жидкости для бурения.

Аналогичным образом можно синтезировать и сополимеризаты (табл.б), которые очень пригодны для предла- гаемого способа.

1207398

Таблица 3

Показатели для пробы

Свойства

1,41

1,46

1,3

Плотность

43 58

7,5

8,5

Значение рН

28

26

33

14

13 3

0,5

0,8

0,7

Корка, мм

Таблица 4

Оценка по АНИ

Показатель фильтрации, смз

II III

Без добавки

87 95

>100 100

100

С добавкой cor3,8

19 5 18,5

10,5

Т а б л и ц а 5

Реакционная среда

Катали s aВМА ЛМПК ВА ВФ

Значение К

Пример тор

5 6 7

2 т.рет -бутанол

Условная вязкость по воронке Марша, с

Кажущаяся вязкость, сП

Пластическая вязкость,1"

10" гель (фунтов) 100 кв.дюйм

10 гель (фунтов) 100 кв.дюйм ласно предлагаемому способу 6,5 2,5

210 15 20 65

192 15 30 55

153 65 30 5

163 60 30 10

В условиях при высокой температуре и высоком давлении

Дополнительные добавки в пересчете на общий вес мономера!

9 10

1 207398.

Продолжение табл.5

1 2 3 4

184 55, 30 15

11 11

40 5

159 55

It tl

171 50 40 10!! !!

1 80 45

166 45

100 15

40 15

40 15

20 65.

20 65!! 11!! !1

10!

1 I1 тре -бутанол

168 15

495 55 40 5

I I It

«%

0„5X аллилсахарного э@ира

-520 15 20 65

0,5Х аллилсахарного эфира

15 20 65

2Х стеарнл« пролилендиамина

tt It

203 25 20 55

21t 22,7 27,3 50

40 45

30 45

207,5 15

204,5 25

I t 11

209 35 20 45

205,5 35 30 35

11 11

20

11 11

40 35

50 35

20 35

35 65

50 50

20 80

206 25 . трат-бутайЪл

199 15

II 11

199 45

23!! II

202

II !!

192

1! tt

190!! !!

10 90

177!

1 If

13 т L i li IT

16

Продолжение табл 5

1207398

9 о

Ф 5 6 7

65 20

191 15. трет -бутанол

65 20

65 35

202 15

30

219

-194

35

31 100 65 30 5

>100 60 30 10

)100 55 30 15

265,5 15 20 65

504 15 20 65

509 15 20 65

Вода

35

37

498 15 20 65

А

50 50

45,5 54,5

10 90

223

232

Вода

192

Н 0

142,5

35 65

Н,0, 50 50

120

20 80

135,5

58, 3 41,7

62,6

363

390

37,4 С

ВНИИПИ Заказ 8747/61 Тираж 644 Подписное

Филиал ППП "Патент", г.Ужгород, ул.Проектная, 4