Буровой раствор с низкой плотностью
Изобретение относится к бурению нефтяных и газовых скважин. Цель - сохранение стабильности раствора в условиях повышенных давлений и температур за счет увеличения гидростатической прочности и термостойкости облегчающей добавки. Раствор содержит в качестве облегчающей добавки пластмассовые газонаполненные микросферы из мочевиноформальдегидной или фенолформальдегидной смолы, модифицированной органоалюмосиликонатом натрия. Раствор включает следующие ингредиенты при их соотношении, мас.%: глина 5 - 15 реагент стабилизатор 0,5 - 1,5 пластмассовые газонаполненные микросферы из мочевино-или фенолформальдегидной смолы, модифицированной органоалюмосиликонатом натрия 5 - 12 вода остальное. При приготовлении раствора вначале воду затворяют глиной и тщательно перемешивают, затем вводят последовательно остальные ингредиенты, входящие в раствор. Последний сохраняет свои технологические свойства постоянными в условиях повышенных давлений и температур. 4 табл.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (si)s С 09 К 7/02
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ о
IQ !
5 — 15
0,5 — 1,5 (21) 4650180/03 (22) 13.02.89 (46) 07.07 91, Бюл. М 25 (71) Башкирский государственный научноисследовательский и проектный институт нефтяной промышленности (72) Г.П.Бочкарев, Б,А.Андресон, А.П,Крезуб и Л.П.Вахрушев (53) 622.243.144.3(088.8) (56) Патент Франции N 2534268, кл. С 09 К7/00, 1977.
Авторское свидетельство СССР М 578320, кл. С 09 К 7/00, 1968. (54) БУРОВОЙ РАСТВОР С НИЗКОЙ ПЛОТНОСТЬЮ (57) Изобретение относится к бурению нефтяных и газовых скважин. Цель — сохранение стабильности раствора в условиях повышенных давлений и температур за счет увеличения гидростатической прочности и
Изобретение относится к бурению нефтяных и газовых скважин, в частности к буровым растворам для предупреждения поглощения и вскрытия продуктивных пластов с низкими пластовыми давлениями, в которых в качестве облегчающих наполнителей могут быть использованы различные твердые дисперсные материалы, имеющие низкую плотность и малые размеры частиц.
Цель изобретения — сохранение стабильности бурового раствора в условиях повышенных давлений и температур за счет,,5U,, 1661185 А1 термостойкости облегчающей добавки, Раствор содержит в качестве облегчающей добавки пластмассовые газонаполненные микросферы из мочевино-формальдегидной или фенолформальдегидной смолы, модифицированной органоалюмосиликонатом натрия. Раствор включает следующие ингредиенты пои их соотношении, мас.7;: глина 5 — 15; реагент стабилизатор 0,5 — 1,5; пластмассовые газонаполненные микросферы из мочевино- или фенолформальдегидной смолы, модифицированной органоалюмоси.ликонатом натрия,5-12; вода остальное.При приготовлении раствора вначале воду затворяют глиной и тщательно перемешивают, затем вводят последовательно остальные ингредиенты, входящие в раствор. Последний сохраняет свои технологические свойства постоянными в условиях повышенных давлений и температур. 4 табл. увеличения гидростатической прочности и термостойкости облегчающей добавки. буровой раствор включает глину, реагент-стабилизатор, воду, а в качестве облегчающей добавки — газонаполненные пластмассовые микросферы из мочевиноили фенолформальдегидной смолы, модифицированной органоэлюмосиликонатом натрия, при следующем соотношении ингредиентов, мас. :
Глина
Стабилизатор
1661185
Пластмассовые микросферы из мочевино-формальдегидной или фенолформальдегидной смолы, модифицированной органоалюмоси.пиконатом натрия 5 — 12
Вода Остальное
Пластмассовые гаэонаполненные микросферы получают методом распылительной сушки композиции, содержаще1л мочевино- или фенолфомальдегидную cMQ лу, реагент газообразователь (порофор
ЧХЗ вЂ” 57) и Органоагномосиликонат натрия ("Петросил-2М"), причем указанные компоненты берут в следующем соотношении, мас,,ь: реагент-газообразователь 1 — 3; органоалюмосиликонат натрия 1-3; смола Остальноее.
Гра -l_#_чные э I:а .F IIvill и н градиентов в ис ходной композицIël;; Обоснованы следующим, Еслл брать концентрацию реагентагазообразователя меньше ни>кнего предела (1 мас,7,), ",о плотность пластмассовых микросфер будет зысокой (0,4-0,6 г/см ) з
w3-за недостаточнжо коллчества выделяющегося азота. Если же брать концентрацию реагента-гаэообразователя более верхнего г редела .,3 мас.,ь), то значительный обьем микросфер получается с Отверстиями э оболочке в результате прорыва через нее излишков азота, г,е. некондиционHI lx, Если брать концентраци о модифицирующей добавки — орган оал юмосили ко ната натрия — меньше ни>кнего предела (1 мас, jp), То пластмассовые микросферы будут иметь низкие гидростатическуlo прочность и термостойкость, При кс1нцентрации органе
BllюмОсиликОната HBTpI в композиции более верхнего предега (3 мас,", ) гидростатическая прочность и термостойкость пластмассовых микросфер улучшаются незначительно, но при этом увеличивается и их плотность, что нежелательно, Пример 1, В 895 г воды затворяют 50 г глины(бентонита) и перемешивают в течение 1 ч до полного распускания глины. Затем вводят 5 г стабилизатора (КМЦ) и перемешивают еще 0,5 ч, после чего вводят
50 г пластмассовых микросфер, перемешивают 20 мин и замеря ;от параметры, Пример 2. В 810 г воды затворяют 100
r глины (бентонита) и перемешивают в течение 1 ч до полного распускания глины, Затем вводят 10 г стабллизатора (КЫЦ) и перемешивают еще 0,5 ч, после чего вводят
80 r пластмассовь.х микросфер, перемешивают 20 мин и замеряк>т параметры.
Пример 3. В 715 г веды затворяют 150 г глины (бентонита) и перемешивают в течение 1 ч до полного распускания глины. Затем вводят 15 г стабилизатора (КМЦ) и перемешивают еще 0,5 ч, после чего вводят 120
r пластмассовых микросфер, перемешива5 ют 20 мин и замеряют параметры.
В лабораторных условиях исследованы облегченные растворы, полученные путем введения в исходный раствор пластмассовых микросфер из мочевино-формальдегид10 ной (марки УКС) и фенолформальдегидной (марки БЖ вЂ” 3) смол, модифицированных органоалюмосиликонатом натрия, т,е. предлагаемые облегченные растворы.
В табл,1 приведены составы иссле15 poBBHHblx растворов. В составах 1 — 5 используют микросферы из мочевино-формальдегидной смолы марки УКС, модифицированной органоал омосиликонатом натрия, В составе 6
20 используют микросферы из той же смолы, но без модификации. Аналогично в составах 7 — 11 используют микросферы из,фенолформальдегидной смолы марки БЖ вЂ” 3, модифицированной органо25 ал омосиликонатом натрия, а в составе
12 — микросферы из той же смолы, но без модификации. Причем в составах 2 — 4 и
8-10 взяты граничные и средние значения ингредиентов, в составах 1 и 7 меньше гра30 ничных значений, а в составах 5 и 11 — больше граничных значений.
Данные о технологических параметрах облегченных растворов, приготовленных из всех приведенных составов, приведены в
35 табл,2, Как следует из приведенных данных, при содержании ингредиентов ниже граничных значений (составы 1 и 7) растворы имеют некачественные технологические
40 параметры. высокий показатель фильтрации и сравнительно высокую плотность (больше плотности дисперсионной среды), из — эа низких значений структурно-механических свойств раствора отмечается обрат45 ная седиментация (всплывание) микросфер.
При содержании ингредиентов в предлагаемых пределах (составы 2 — 4 и 8 — 10) растворы имеют качественные технологические параметры: низкую плотность (ниже
50 плотности дисперсионной среды), низкий показатель фильтрации, оптимальные вязкостные и структурно-механические свойства, высокие значения удельного электрического сопротивления.
55 При содержании ингредиентов выше граничных значений (составы 5 и 11) у растворов черезмерно повышаются вязкостные и структурно-механические свойства, что может вызвать технологичесКие трудности при их практическом применении.
ioo11Оо
У растворов, приготовленных из известных составов (составы 6 и 12), несколько выше плотность и ниже удельное электрическое сопротивление, чем у предлагаемых растворов. 5
Для изучения стабильности свойств растворов (табл,1) при воздействии на них давления и температуры растворы выдерживают в автоклаве при различных давлениях и температурах в течение 4 ч, а затем 10 после стравливания давления и остывания до комнатной температуры замеряют их технологические параметры. Результаты исследований при воздействии только одного давления представлены в табл,3, а при воэ- 15 действии одновременно давления и температуры — в табл.4.
Как следует из сравнения данных табл.2 (до термобарического воздействия) и данных, приведенных в табл. 3 и 4 (после тер- 20 мобарического воздействия), предлагаемые составы облегченного раствора при оптимальных соотношениях компонентов (составы 2 — 4 и 8 — 10, табл.3 и 4) сохраняют высокую стабильность своих технологиче- 25 ских свойств в исследованных диапазонах термобарического воздействия: сохраняется низкая плотность (ниже плотности дисперсионной среды), практически не изменяются показатели вязкости, фильтра- 30 ции, статического напряжения сдвига и удельного электрического сопротивления.
В меньшей степени сохраняют стабильность своих свойств составы, содержащие компоненты в концентрациях больше гра- 35 ничных значений (составы 5 и 11), особенно при совместном воздействии давления и температуры (табл,4), Это связано с повышенным содержанием глины (бентонита), у которой под действием давления и темпера- 40 туры изменяется Степень гидратации и диспергации, что сказывается на параметрах раствора.
Особенно значительное изменение свойств облегченного раствора после тер- 45 мобарического воздействия наблюдается у известных составов (составы 6 и 12, табл.З и 4). У них резко повышается плотность изза разрушения большей части микросфер: она становится больше плотности диспер- 50
5 — 12
Остальное сионной среды, а при совместном воздействии давления и температуры (табл.4) она становится равной плотности исходного глинистого раствора (1,08 г/смз), что свидетельствует о полном разрушении всех микросфер. При этом также существенно ухудшается показатель фильтрации, снижается удельное электрическое сопротивление и резко повышаются вязкость и структурно-механические показатели.
Таким образом, в результате повышения гидростатической прочности и термостойкости пластмассовых микросфер путем модификации мочевино- или фенолформальдегидных смол органоалюмосиликонатом натрия раствор сохраняет свои технологические свойства ппстоянными в условиях повышенных давлений и температур, например, при бурении глубоких скважин. Это позволяет получить экономический эффект за счет значительного сокращения расхода микросфер для восполнения разрушенных в процессе бурения.
Формула изобретения
Буровой раствор с низкой плотностью,, включающий глину, реагент-стабилизатор,. облегчающую добавку и воду, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью сохранения стабильности раствора в условиях повышенных давлений и температур за счет увеличения гидростатической прочности и термостойкости облегчающей добавки, он в качестве облегчающей добавки содержит пластмассовые газонаполненные микросферы из мочевино-формальдегидной или фенолформальдегидной смолы, модифицированной органоалюмосиликонатом натрия при следующем соотношении игредиентов, мас. Д:
Глина 5 — 15
Реагент-стабилизатор 0,5 — 1,5
Пластмассовые газонаполненые микросферы из мочевиноформальдегидной или фенолформальдегидной смолы, модифицированной органоалюмосиликонатом натрия
Вода
1661185
Таблица 1
Содержание компонентов, мас.X
Состав
Вода
Глина Стабилиза- !!икросферы, модифицирован- Иикросферы без модитор ные органоал)омосиликонатом фикаций из натрия из фе нолформал ьдегидной смолы И(-3 фенолформальдегидной смолы
Б)! 3 мочеBI!HQ формальдегидной смолы YI(C мочевиноф орма л ьдегид ной смолы У!(С
4,0
3,0
0,3
Остальное
5,0
10,0
5,0
8,0
0;5
1,0
12,0
15,0
S,0
3,0
5,0
8,.0
12i 0
15,0
8,0
Таблица 2
Параметры растворов
Состав раствора
СНС, дПа
Показатель
Удельное электрическое сопротивление, Ом
Плотность, Условная г/см
3 вязкость фильтрации, .мЗ за 10 мин за 1 мин
5
7
9
11
1
3
5
7
9
11
15,0
18,0
10,0
4,0
5,0
15,0
18,0
10,0
1,0!
0,95
0,92
0,88
0,86
0,92
1,02
0,97
0,94
0,90
0,88 0,94
1,5
1,S
1,0
0,3
0,5
1,0
1,5
1,S
1,0
?0
28
38
48
41
19
23
27
43 39
6
4
17
7
0,2
2,4
7,6
10,6
24,8
12,2
0,2
1,8
5,8
8,6
16,2
9,2
1,S
5,8
11,4
18,2
41,8
19,8
1,2
4,6
10,6
14,4
2S S
13,6
1,25
1,46
1,58
1,64
1,68
1,28
1>32
1,64 !
178
1, 87.
1,90
1,46
11
Il
1t
11
11
ll
tl
1661185
Таблнцэ3
Термобарические ус ловия выцеряки раствора
Параметры раствора после термобарического ноэдсйс>пня
Состав раствора
Удельное электрическое сопротивление, Ом
СПС, дПа
Показатель фил ьтр вцик, смз
Плотность, г/,„3 словная яэкость>
Давление, 7емпера
ИПа тура, за 1 мин за 10 мин
1,02
0,96
0 93
0i90
1
3
5
7
9
10 .> g1
0,87
1,05
1,03
0,97
0,95
0,92
1
3
5
7
9
11
Табли ца 4
Параметры раствора после термобарического воздействия
Термобарические условия выдер>кки растворов
Состав раствора
Показатель фильтрации, см
Плотность, г/см з
Удельно е электрическое сопротивление, Ом
Условная вязкость, с
1 Температура, С за 1 мин за 10 мин
Давление, Ntla
23
28
41
48
84
27
37
46
29
31 42
49
28
26
Э2 ".
38
47
100
100
1
3.
5
7
9
11
12
2
4
6
8
11
0i89
1,04
1,02
0,97
0,94
0>92
О,SS
1>07
1,03
О, 98.
0,96
0>93
0,90
1>06
1,03
0,98
0,95
0 94
0>89
1, 08
1>04
0,98
0,98
0,94
0,90
1i 0S
1i 04
0,99
0,96
0 95
0,90
1> 08
I 05
0,99
0,99
0,95
0 91
1,08
22
26
28
38
47
61
24
28
37
44
59 23
26
28
39
48
69
29
38
16
6 .6
14
17
7
6
12
17
6
6
14
17
6
13
16
8
6
16
18
8
7
17
9
7 !
18
8
7
0,2
2 4
7,6
22,4
39>8
0,2
2>2
5>8
9>8 !
S,0
32,4
0,2
1,8
6,8
S,6
22,4
118
0,2
2,2
5,S .
10,2
18,0
104
2 ° 4
4,4
8,6
10,8
26,2
112,4
2,8
4,4
6,4
S,4
22,4
96>4
3,6
4,4
8,6
11,2
24,2
122,8
2,8
4,4
7,8
8 4
19,2
112,4
1,8
4,8
10> 8
16,4
40,2
68,2
1,2
4,6
9,8
15,2
28,8
66,5
1,8
4,2
9,8
15,8
40,2
222
1,2
5,8
8,6
15,6
28>8
184
3,6
5,6
11,2
18,4
42,2
142,6
4,2
6,4
12>4
14>6
30,2
116>4
4,8
5,6
1 1,2
18,4
44,6
158,4
4>2
6,4
14,6
16,4
30,2
120,8
1,25
1,45
1, 58
1,62
1,67
1,12
1,32
1,64
1, 76
1,84
1,90
1, 15
1>25
1,42
1,56
1 60
1>66
1 !!
1>32
1>62
1,72
I,80
1,89
li 14
1,23
1,38
1,52
1,58
1,64
1,08
l 3!
1,60
1>65
1,73
1,75
1,12
1>24
1>36 1, 5!
1> 56
1,65
1, 08
1,30
1,58
1, 63
1, 70
1,85
1>12
