Безглинистый буровой раствор

 

Изобретение относится к области бурения скважин на нефть, газ и воду. Цель - повышение способности восстановления технологических свойств после удаления выбуренной породы при одновременном повышении скорости флокуляции. Раствор (Р) содержит следующие ингредиенты при их соотношении, мас.%: акриловый полимер 0,001 - 0,035; соль трехвалентного металла 0,003 - 0,030; эфир целлюлозы 0,100 - 0,300; вода - остальное. В качестве акрилового полимера Р содержит или полиакриламид, или метас, или метакрил-14, а в качестве соли трехвалентного металла - или сульфат алюминия, или сульфат железа, или хлорид алюминия, или хлорид железа. В качестве эфира целлюлозы Р содержит или карбоксиметилцеллюлозу со степенью полимеризации от 350 до 700, или оксиэтилцеллюлозу. Для приготовления Р можно использовать как техническую, так и пластовую воду. Приготавливают Р путем смешения ингредиентов. Данный раствор позволяет повысить качество вскрытия продуктивных пластов, улучшить показатели работы долот, сократить затраты на приготовление и обработку раствора. 4 табл.

Изобретение предназначено для бурения скважин на нефть, газ и воду, оно представляет собой безглинистый буровой раствор, применяемый для промывки скважин в процессе бурения и вскрытия продуктивных пластов в условиях, осложненных осыпями и обвалами глин и аргилитов. Цель - повышение способности восстановления технологических свойств после удаления выбуренной породы при одновременном повышении скорости флокуляции. Раствор содержит ингредиенты при следующем их соотношении, мас.%: Акриловый полимер 0,001-0,035 Соль трехвалентного металла 0,003-0,030 Эфир целлюлозы 0,100-0,300 Вода Остальное В качестве акрилового полимера раствор содержит полиакриламид (ПАА) или метас, или метакрил-14, а в качестве соли трехвалентного металла - или сульфат алюминия, или сульфат железа, или хлорид алюминия, или хлорид железа. В качестве эфира целлюлозы раствор содержит или карбоксиметилцеллюлозу со степенью полимеризации от 350 до 700, или оксиэтилцеллюлозу. Для приготовления раствора можно использовать как техническую, так и пластовую воду. Раствор приготовляют путем смешения ингредиентов. П р и м е р. К 939 г воды добавляют 40 г 5%-ного раствора КМЦ-700, после 30 мин перемешивания добавляют 1 г 10%-ного раствора хлорида железа. Смесь перемешивают 15 мин, после чего к ней добавляют 20 г 0,5%-ного раствора полиакриламида (Polydia). После перемешивания в течение 30 мин получают безглинистый буровой раствор, имеющий состав, мас.%: карбоксиметилцеллюлоза 0,2; ПАА 0,01; FeCl₃ 0,01; техническая вода - остальное, пригодный для использования. Аналогичным образом получали другие составы безглинистого бурового раствора с различными соотношениями ингредиентов, приведенные в табл. 1. В табл. 2 приведены результаты их исследования. Для получения безглинистого бурового раствора в лабораторных условиях использовали следующие вещества: пластовая вода плотностью 1180 кг/м³ с общей минерализацией 260 г/л и содержанием хлорида кальция 52 г/л; техническая вода (водопроводная) жесткостью менее 5 мг-экв/л; полиакриламид отечественного производства, железообразное вещество с содержанием основного вещества 6-8%, в опытах использовали 2%-ный водный раствор; полиакриламид японского производства марок ДК-DrillA-1, А-15, Polydia, сухое порошкообразное вещество белого цвета, в опытах использовали 0,5%-ный водный раствор; карбоксиметилцеллюлоза (КМЦ), КМЦ-500, КМЦ-600 или КМЦ-700, мелкозернистое, порошкообразное или волокнистое вещество белого цвета, в опытах использовали 5%-ный водный раствор; карбоксиметилцеллюлоза - СМС В-805 японского производства, порошкообразное вещество белого цвета, в опытах использовали 5%-ный водный раствор; оксиэтилцеллюлоза (ОЭЦ), порошкообразное вещество белого цвета, в опытах использовали 5%-ный водный раствор;
метас - полимерный реагент акрилового ряда, порошкообразное вещество белого цвета, в опытах использовали 2%-ный водный раствор, приготовленный на 0,5%-ном растворе NaOH;
сополимер М-14 - сополимер суспензионный метакрил-14 высоковязкий, белое порошкообразное вещество, в опытах использовали 1%-ный водный раствор, приготовленный на 0,3%-ном растворе NaOH;
сульфат алюминия, порошок белого цвета, в опытах использовали 10%-ный водный раствор;
сульфат калия - алюминия, порошок белого цвета, в опытах использовали 5-ный водный раствор;
хлорид железа, кристаллическое вещество темно-желтого цвета, в опытах использовали 10%-ный водный раствор;
сульфат железа, желтое кристаллическое вещество, в опытах использовали 10%-ный водный раствор;
хлорид алюминия, белое порошкообразное вещество, в опытах использовали 10%-ный водный раствор. В ходе лабораторных исследований определяли следующие свойства безглинистого бурового раствора: плотность (δ , кг/м³), условная вязкость (УВ₁₀₀, с), показатель фильтрации ( Φ , см³ за 0,5 ч по прибору ВМ-6). При проведении лабораторных исследований определяли также флокулирующие свойства безглинистого бурового раствора и замеряли показатель фильтрации и условную вязкость безглинистого раствора после воздействия на него выбуренной породы (по изменению значений показателя фильтрации и условной вязкости после воздействия выбуренной породы судили о свойстве безглинистого раствора). Для получения сравнительных данных в ходе лабораторных исследований определяли аналогичные свойства известных безглинистых буровых растворов. Исследование флокулирующих свойств безглинистых буровых растворов и оценку устойчивости их фильтрационных и реологических свойств по отношению к выбуренной породе проводили по следующей методике. После приготовления безглинистого бурового раствора замеряли его плотность, показатель фильтрации и вязкость. Затем определяли флокулирующие свойства бурового раствора, для этого к раствору при перемешивании добавляли 6% глинопорошка (в опытах использовали альметьевский глинопорошок). Раствор с глинопорошком перемешивали в течение 0,5 ч на высокооборотной лабораторной мешалке со скоростью 2500 об/мин. После перемешивания замеряли плотность раствора и раствор наливали в 4 мерных цилиндра объемом по 100 мл, имеющих отверстия посередине, закрытые пробкой. Включали секундомер и замеряли плотность верхней половины раствора через 3, 10, 30 и 60 мин. По изменению плотности безглинистого бурового раствора во времени судили о скорости осаждения твердой фазы, т.е. о флокулирующих свойствах безглинистых буровых растворов. После замера флокулирующих свойств замеряли плотность, показатель фильтрации и условную вязкость раствора после осаждения из него глинопорошка. Анализ данных, представленных в табл. 1 и 2, показывает, что раствор имеет низкие значения показателя фильтрации (от 2,5 до 10 см³), низкие значения вязкости (от 3,6 до 4,2 с), раствор обладает высокими флокулирующими свойствами (уже через 3 мин осаждается 94,2-100% твердой фазы, введенной в раствор) и обладает устойчивостью фильтрационных и реологических свойств к воздействию выбуренной породы (после осаждения и удаления твердой фазы показатели свойств раствора остаются без изменений). Поскольку раствор может быть приготовлен также и на пластовой воде (ПВ), то получаемый в этом случае раствор имеет высокие ингибирующие свойства благодаря присутствию электролитов, содержащихся в пластовых водах, в результате чего такой буровой раствор обеспечивает сохранение устойчивости стенок ствола скважины в процессе бурения. Указанные выше значения ингредиентов являются граничными, т.е. их изменения в большую или меньшую стороны не позволяют достичь поставленной цели изобретения. Так, при концентрации эфиров целлюлозы менее 0,1% и содержании акриловых полимеров менее 0,001% (раствор 4) безглинистый раствор хотя и имеет удовлетворительные значения показателя фильтрации исходного раствора (12 см³), но не устойчив к воздействию выбуренной породы, так как его показатель фильтрации после флокуляции возрастает до 17 см³. При концентрации эфиров целлюлозы более 0,3% и акриловых полимеров более 0,035% (растворы 9, 12, 13 и 16) безглинистые буровые растворы имеют низкие флокулирующие свойства. При концентрации солей трехвалентных металлов менее 0,003% и более 0,03% безглинистые растворы имеют высокие значения показателя фильтрации (растворы 20 и 22). При использовании только одного полимера либо акрилового (растворы 2 и 3), либо эфира целлюлозы (раствор 13) в сочетании с солями трехвалентных металлов поставленная цель изобретения не достигается, так как указанные растворы имеют либо низкие флокулирующие свойства, либо высокие значения показателя фильтрации. Сопоставление свойств данного раствора с известными (см. табл. 3) показывает, что последние (растворы 1, 2 и 3) не сохраняют свои свойства после удаления из них твердой фазы. Этим свойством они обладают лишь тогда, когда в их состав входит твердая фаза (флокулирующие свойства у них невысокие), но стоит ее убрать и свойства резко ухудшаются. Кроме этого, в известных растворах эфир целлюлозы (в частности КМЦ-600) без лигносульфонатов не обеспечивает получения низких значений показателя фильтрации даже в исходных безглинистых растворах, т.е. растворы, полученные по известной рецептуре исключением лигносульфонатов, характеризуются высоким показателем фильтрации (см. табл. 3, растворы 3 и 6). Достигаемый описываемым буровым раствором эффект, как показывают следующие опыты, обеспечивается комплексным действием всех трех компонентов системы (акрилового полимера, эфира целлюлозы и солей трехвалентных металлов) и не следует из известных свойств (прямого функционального назначения) каждого из этих компонентов. При проведении опытов сначала готовили состав из двух ингредиентов заявленного раствора, затем туда добавляли 6 мас.% альметьевского глинопорошка (АГ), а далее вводили третий компонент. Затем определяли флокулирующие свойства у полученного раствора и его свойства после удаления твердой фазы. Данные, полученные в ходе испытаний, приведены в табл. 4. Их анализ показывает, что при вводе глинопорошка в смесь двух компонентов раствора [ПАА + +Al₂(SO₄)₃; КМЦ + Al₂(SO₄)₃ или ПАА + КМЦ] не удается получить описываемый буровой раствор добавками третьего компонента (КМЦ, ПАА или Al₂(SO₄)₃, так как буровой раствор, устойчивый к воздействию выбуренной породы, может быть получен только при одновременном взаимодействии всех трех компонентов раствора, при этом образуется устойчивая система, которая характеризуется качественными показателями даже после удаления выбуренной породы. Во всех трех опытах (см. табл. 4) эфир целлюлозы не проявляет стабилизирующего действия, синергетический эффект не проявляется также и при совместной обработке полиакриламидом и эфиром целлюлозы (см. опыт. 3 в табл. 4). Указанные технические преимущества данного безглинистого бурового раствора при его использовании позволяют: повысить качество вскрытия продуктивных пластов за счет уменьшения в 1,5 раза по сравнению с известными растворами проникновения дисперсионной среды и дисперсной фазы бурового раствора в пласт (ввиду сохранения низких значений показателя фильтрации в процессе бурения и высоких флокулирующих свойств раствора); улучшить показатели работы долот (повысить проходку на долото и механическую скорость на 15-20% ) за счет высоких флокулирующих свойств раствора; снизить в 2-3 раза стоимость бурового раствора за счет снижения расхода химических реагентов (ввиду высокой устойчивости фильтрационных и реологических свойств раствора к воздействию выбуренной породы и высокой флокулирующей способности раствора).

Формула изобретения

БЕЗГЛИНИСТЫЙ БУРОВОЙ РАСТВОР, включающий акриловый полимер, соль трехвалентного металла и воду, отличающийся тем, что, с целью повышения способности восстанавливать технологические свойства после удаления выбуренной породы при одновременном повышении скорости флокуляции, он дополнительно содержит эфир целлюлозы при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:
Акриловый полимер - 0,001 - 0,035
Соль трехвалентного металла - 0,003 - 0,030
Эфир целлюлозы - 0,100 - 0,300
Вода - Остальное

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Номер и год публикации бюллетеня: 10-2002

Извещение опубликовано: 10.04.2002        

---