Эмульсионный буровой раствор на углеводородной основе и способ его приготовления

 

Изобретение обеспечивает повышение устойчивости раствора к воздействию глиносолевого шлама, пластовых вод и сероводорода при сохранении его термостойкости до 200°С и сокращение расхода материала. Это достигается за счет содержания в ЭБР дизельного топлива (13,8-37,5 мас.%), бентонита , модифицированного диалкилдиметиламмоний хлоридом 0,6-3,8 мас.%, окиси кальция 0,56-2,6 мас.%, эназола - соли алкилимидазолинов и алкиламидоаминов 0,015-0,07 мае. %, эмул ьгатора - смеси кубовых остатков синтетических жирных кислот с эназолом - солью алкилимидазолинов и алкиламидоаминов 0,56-2,6 мас.%, минерализованной воды 11,4-52,5 мас.% и барита остальное. Способ его приготовления включает в себя введение в дизельное топливо структурообразователя, эмульгатора, окиси кальция, эмульгирование минерализованной воды с последующим утяжелением баритом с эназолом, а 17-25 мас.% эмульгатора и окиси кальция добавляют в раствор после утяжеления его баритом. 2 с п. ф-лы, 5 табл. Ё

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)ю С 09 К 7/06

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕ НТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Ч

С

О (21) 4823938/03 (22) 16,03.90 (46) 07.12,92. Бюл. N- 45 (71) Всесоюзный научно-исследовательский и проектный институт по креплению скважин и буровым растворам НПО "Бурение" (72) В. В. Касперский, С. Н. Шишков, А.И.Пеньков, Л.П.Вахрушев, M.È.Ëèïêåñ, Н.М.Касьянов, И.Ç.Файнштейн. Д,Л.Мухин, С.А.Домашенко и В.В.Круть (56) Авторское свидетельство СССР

М 753887, кл. С 09 К 7/06, 1978, Липкес M.È. и Барановский Ю,В. Инструкция по приготовлению и применению термостойкого инвертно-эмульсионного раствора — ТИЭР: РД 39-2-412-80, М., 1980.

Авторское свидетельство СССР

N. 1032009, кл. С 09 К 7/06, 1983, (54) ЭМУЛЬСИОННЫЙ БУРОВОЙ РАСТВОР НА УГЛЕВОДОРОДНОЙ ОСНОВЕ И

СПОСОБ ЕГО ПРИГОТОВЛЕНИЯ (57) Изобретение обеспечивает повышение устойчивости раствора к воздействию глиИзобретение относится к нефтяной и газовой промышленности, в частности к эмульсионным буровым растворам на углеводородной основе, используемым для бурения скважин в сложных геологических условиях, Известен эмульсионный раствор, содержащий дизельное топливо, кубовые остатки синтетических жирных кислот (КОСЖК), окись кальция, минерализованную воду, технические жирные кислоты (ТЖК), барит (1), Известен способ приготовления эмульсионного раствора на углеводородной осно„„5LI 1779688 Al носолевого шлама, пластовых вод и сероводорода при сохранении его термостойкости до 200 С и сокращение расхода материала, Это достигается за счет содержания в ЭБР дизельного топлива (13,8-37,5 мас.%), бентонита, модифицированного диалкилдиметиламмоний хлоридом 0,6-3,8 мас., окиси кальция 0,56-2,6 мас., эназола — соли алкилимидазолинов и алкиламидоаминов

0,015-0,07 мас., эмульгатора — смеси кубовых остатков синтетических жирных кислот с эназолом — солью алкилимидазолинов и алкиламидоаминов 0,56-2.6 мас.%, минерализованной воды 11,4-52,5 мас,% и барита остальное. Способ его приготовления включает в себя введение в дизельное топливо структурообразователя, эмульгатора, окиси кальция, эмульгирование минерализованной воды с последующим утяжелением баритом с эназолом, а 17-25 мас.% эмульгатора и окиси кальция добавляют в раствор после утяжеления его баритом. 2 с.п. ф-лы, 5 табл. ве, включающий эмульгирование минерализованной хлоридом кальция воды в дизельном топливе совместно с окисленным петролатумом (СМАД-1), окисью кальция, бентонитом, алкилбензилдиметиламмонийхлоридом с последующим утяжелением полученной эмульсии баритом (2).

Известен инвертный эмульсионный раствор и способ его приготовления, включающий ввод в дизельное топливо КОСЖК, окиси кальция, минерализованной по хлористому кальцию воды, бентонита, модифицированного октадецилдиметиламмоний хлоридом и диоктадецилдиметиламмоний

1779688

10

20

25 ра, Для приготовления раствора использу30

50 хлоридом, эмульгирование и последующее утяжеление эмульсии баритом (3).

Недостатком данного раствора и способа его приготовления является существенное снижение устойчивости эмульсии при ее утяжелении в условиях одновременного действия температур до 200 С выбуренного глиносолевого шлама, пластовых вод и сероводорода.

Цель изобретения — повышение устой- . чивости раствора к воздействию глиносолевого шлама, пластовых вод и сероводорода при сохранении термостойкости до 200 С и сокращение расхода материалов на его приготовление и обработку., Цель достигается тем, что эмульсионный буровой раствор на углеводородной основе, включающий дизельное топливо, структурообразователь, эмульгатор, окись кальция, минерализованную воду и барит, дополнительно содержит эназол — соль алкилимидазолинов и алкиламидоаминов, при этом в качестве структурообразователя используют бентонит, модифицированный диалкилдиметиламмоний хлоридом, а в качестве эмульгатора смесь кубовых остатков синтетических жирных кислот с солью алкилимидазолинов и алкиламидоаминов

{эназолом) при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Дизельное топливо 13,8-37,5

Бентонит,модифицированный диалкилдиметиламмоний хлоридом 0,6-3,8 3

Окись кальция 0,56-2,6

Эназол — смесь алкилимидазолинов и алкиламидоаминов 0,015-0,07

Эмульгатор — смесь кубовых остатков синтетических жирных кислот с солью алкилимидазолинов и алкиламидоаминов (эназолом) . 0,56-2,6

Минерализованная вода 11,4-52,5

Ба.рит Остальное

Способ приготовления эмульсионного бурового раствора, включающий ввод в углеводородную основу структурообразователя, эмульгатора, окиси кальция, эмульгирование минерализованной воды и последующее утяжеление готовой эмульсии баритом, отличается тем, что одновременно 5 с баритом вводят эназол, а 17-25 мас.% эмульгатора и окиси кальция добавляют в раствор после утяжеления его баритом.

Положительный эффект от использования изобретения достигается за счет совокупности используемых в рецептуре раствора структурообразователя эмульгатора и эназола. В качестве самостоятельной добавки эназол выполняют роль гидрофобизатора поверхности твердой фазы раствора, увеличивая степень ее сродства к углеводородной основе, а в составе эмульгатора— функции дополнительного стабилизатора (вторичного эмульгатора), усиливая его эмульгирующее действие за счет упрочнения межфазных слоев эмульсии. Ввод вышеуказанной части эмульгатора и окиси кальция после добавления барита позволяет сохранить высокую устойчивость эмульсии при любой достигаемой степени утяжеления и сократить расход материалов на ее приготовление и обработку, Кроме того, использование полиалкилбензола в качестве растворителя эмульгатора и эназола придает им удобный для практического использования товарный вид в широком диапазоне температур окружающей среды, не оказывая при этом отрицательного воздействия на показатели свойств самого раствоют следующие материалы: дизельное топливо марки "Л" по ГОСТ

305-82, структурообразовател ь — бентонит, модифицированный диалкилдиметиламмоний хлоридом по ТУ 39-0148052-001-86, известь негашеная с содержанием оки-си кальция не менее 60% по ГОСТ 9179-77, эназол (соль алкилимидазолинов и алкиламидоаминов), нейтрализованный смесью СЖК С21-С25 и жирных кислот хлопкового соапстока фракции С1т-Czo— продукт термической реакции циклоконденсации .СЖК С17-Czo с полиэтиленполиамином, выпускается по ТУ 38-50-772-88 в виде

15 мас,% раствора в полиалкилбензоле, эмульгатор; 30 мас.% КОСЖК, 5 мас.% эназола, 65 мас,% полиалкилбензола по ТУ

38-50-771-88, концентратбаритовый по ГОСТ 4682-84 или утяжелитель баритовый порошкообразный, немодифицированный по ТУ 39-981-84, хлористый натрий по ГОСТ 13830-84, хлористый кальций по ГОСТ 450-77, вода техническая.

При бурении скважин в условиях сероводородной агрессии в раствор дополнительно вводят нейтрализаторы сероводорода, например ЖС-7 по ТУ 14-15132-84.

Последовательность операций по приготовлению раствора следующая.

Вначале готовят неутяжеленную эмульсию, например, следующего состава, мас.%:

1779688

10

20

Дизельное топливо 38,0

Структурообразователь 1,88

Э мул ьгатор 5,24 .

Окись кальция 1,88

Минерализованная вода 53,0

В дизельное топливо вводят структурообразователь и диспергируют его в течение

10 мин. Затем, не останавливая процесса перемешивания, в бентонитовую суспензию последовательно вводят эмульгатор, окись кальция, предварительно подготовленную минерализованную воду(10-15 мас.% NaCI, 10-20 мас. CaClz) и эльмугируют в течение 30 мин, После приготовления эмульсии ее утяжеляют до требуемой плотности с одновременным разбавлением раствора дизельным топливом и обработкой эназолом в количестве 0,1 мас.% к весу барита.

Экспериментальным путем были установлены количественные соотношения между необходимой плотностью раствора, количеством неутяжеленной эмульсии, барита и дизельного топлива для разбавления раствора (табл.1).

На всех стадиях приготовления эмульсии использовали лабораторную мешалку

LR-40 (5000 об/мин), Изобретение иллюстрируется следующими примерами.

Для сравнения устойчивости предлагаемой системы и прототипа в условиях воздействия дестабилизирующих факторов готовили по три одинаковых пробы утяжеленных растворов, Эмульсии автоклавировали при температуре 200 С, а затем в отдельные пробы вводили соответственно бентонитовую глину, минерализованную воду и поваренную соль, после чего растворы снова автоклавировали в течение 6 ч при той же температуре. Качество растворов оценивали следующими показателями свойств: плотность (р), электростабильность (Э), условная вязкость (УВ1оо), статическое напряжение сдвига через 1 и 10 мин покоя (CHC>/ю), а при необходимости контролировали седиментационную устойчивость

РР).

Вид и количество добавок, а также показатели свойств растворов представлены в табл. 2.

Анализ представленных результатов показывает, что предлагаемый раствор значительно превышает по своей устойчивости прототип, о чем, прежде всего, свидетельствует показатель электростабильности. Его значение у прототипа после дестабилизирующего воздействия, а также резкое загущение растворов однозначно характеризует наличие в них флокуляционных процессов, предшествующих инверсии фаз эмульсии. В то же время, предлагаемый раствор имеет достаточно высокий показатель Э, технологически приемлемые значения i УВ1оо и

СНС1/ o и не требует дополнительных обработок, В табл, 3 представлены результаты. характеризующие влияние способа приготовления раствора на его показатели свойств.

По вышеописанной методике было приготовлено по четыре пробы растворов плотностью 2,0 г/см, отличающихся только по з количеству эмульгатора и окиси кальция.

Проба 1 содержала 0,84 мас. (на основное вещество) эмульгатора и 0,84 мас,g окиси кальция; проба 2 соответственно

1,12 и 1,12 мас. ; проба 3 1,4 и 1,4 мас.7ь; и роба 4 1,68 и 1,68 мас. . После утяжеления пробы 1. 2 и 3 разделили на две части и в одну из частей каждой пробы ввели по

0,28 мас.о эмульгатора и 0,28 мас.% окиси кальция (пробы 1, 2, 3 ). Для пробы 1 величина добавки эмульгатора и окиси кальция после утяжеления составила 25 мас. от их общего содержания в растворе, Для проб 2 и 3 соответственно 20 мас. и 17 мас., Таким образом по составу пробы 1, 2 и

3 стали идентичны соответственно пробам

2, 3 и 4.

Показатели свойств растворов после автоклавирования при 200 С, представленные в табл. 3, позволяют сделать следующие выводы.

Дополнительный ввод определенной части эмульгатора и окиси кальция после утяжеления раствора существенно повышает его устойчивость к инверсии фаз, о чем свидетельствует значение показателя электростабильности проб 1 и 1, 2 и 2, 3 и 3, Растворы, приготовленные по новой технологии, имеют более высокий показатель электростабильности по сравнению с растворами того же состава, но приготовленных по старой технологии (например, пробы 1 и 2, 2 и 3, 3 и 4).

Использование новой технологии приготовления раствора позволяет сократить расход эмульгатора и окиси кальция для получения высокоустойчивого утяжеленного раствора (пробы 1 и 4).

Это можно обьяснить тем, что ввод в углеводородную эмульсионную систему большого количества гидрофильного баритового утяжелителя ослабляет прочность межфазных слоев за счет перераспределения части эмульгатора и его кальциевых мыл с поверхности эмульгированной воды на поверхность утяжелителя. Ввод 17-25 мас, от рецептурного количества эмульгатора и

1779688 окиси кальция после утяжеления эмульсии восстанавливает устойчивость ее к инверсии фаз, Данные, характеризующие зависимость показателей свойств раствора от его долевого компонентного состава и вида минерализации водной фазы, представлены в табл. 4.

Для приготовления растворов по рецептурам, указанным в табл. 4, необходимо использовать данные, представленные в табл, 1.

Например, для приготовления 100 мас, раствора плотностью 2,2 г/см (проз ба 4) необходимо взять 21,44 мас, неутяжеленной эмульсии.

Количество материалов для ее приготовления следующее, мас. :

Дизельное топливо 7,9 (13,8-5,948)

Структурообразователь 0,6

Эмульгатор 0,56

Окись кальция 0,56

Минерализованная вода 11,4.

После приготовления эмульсии ее утяжеляет, добавляя 5,948 мас. дизельного топлива, 42,54 мас, барита и 0,042 мас. эназола. При новом способе приготовления раствора на стадии получения неутяжеленной эмульсии вводили по 0,42-0,48 мас. эмульгатора и окиси кальция, а остальную часть после ее утяжеления.

Как видно иэ табл. 4 заявляемое техническое решение (пробы 2, 3, 4) по сравнению с прототипом позволяет получать растворы с более высокой устойчивостью к инверсии фаэ (показатель Э) в широком диапазоне плотностей (1,0-2„2 г/смз) при сохранении седиментационной устойчивости и требуемых вяэкостных и структурных показателей.

При этом увеличение или уменьшение количественного содержания компонентов за рамки заявляемого нецелесообразно и может привести к снижению электростабильности раствора и его черезмерному загущению (проба 5) вследствие недостаточного содержания эмульгатора, эназола и избытка структурообразователя или к его седиментационной неустойчивости (проба

6) вследствие избытка эмульгатора, эназола и недостатка структурообразователя, Вид минерализации водной фазы эмульсии (проба 3 приготовлена на основе

30 мас. раствора хлористого кальция, проба 3" на основе 15 мас,, раствора хлористого натрия) не оказывает существенного влияния на показатели свойств раствора и определяется требованиями к ее активности.

Характер изменения показателей свойств проб раствора при воздействии сероводорода (табл,5), а также общее его количество, поглощаемое растворами, 5 доказывает перспективность использования заявленного технического решения при бурении скважин на месторождениях с высоким содержанием в пластовом флюиде агрессивных газов.

10 Зкономический эффект по данным приемочных испытаний составляет 140 руб, на

1 м проходки.

0,6-3,8

0,56-2,6

0,56-2,6

Формула изобретения

15 1, Эмульсионный буровой раствор на углеводородной основе, включающий дизельное топливо, структурообразователь, эмульгатор, окись кальция, минерализованнуюводуи барит,отл ич а ю щи йс ятем, 20 что, с целью повышения устойчивости раствора к воздействию глиносолевого шлама, пластовых вод и сероводорода при сохранении его термостой кости до 200 С и сокращении расхода материалов, он дополнительно

25 содержит эназол — соль алкилимидазолинов и алкиламидоаминов, при этом в качестве структурообразователя используют бентонит, модифицированный диалкилдиметиламмоний хло ридом, а в качестве

30 эмульгатора — смесь кубовых остатков синтетических жирных кислот с эназолом— солью алкилимидазолинов и алкиламидоаминов при следующем соотношении компонентов, мас, :

35 Дизельное топливо 13,8-37,5

Бентонит,модифицированный диалкилдиметиламмоний хлоридом

40 Окись KB/lbgNSl

Эназол — соль алкилимидазолинов и алкиламидоаминов 0,015-0,07

Эмульгатор — смесь

45 кубовых остатков синтетических жирных кислот с "Эназолом"— солью алкилимидазолинов и алкиламидо50 аминов

Минерализованная вода 11,4-52.5

Барит Остальное

2, Способ приготовления эмульсионно55 го бурового раствора на углеводородной основе, включающий введение в дизельное топливо структурообразователя, эмульгатора, окиси кальция, эмульгирование минерализованной воды и последующее утяжеление готовой эмульсии баритом.

1779688

10 эмульгатора и окиси кальция добавляют в раствор после утяжеления его баритом. отл ича ю щи йся тем,что эназол вводят одновременно с баритом, а 17-25 мас, Таблица 1

Состав растворов различной плотности, мас.

Таблица 2

Показатели свойств растворов после автоклавирования l1

200 С

N п/и

Вид и количество добавки, мас. г/см

Э,в

CHC gio, д

УВ*ioo, с

670

1,86

1,86

18

740

1,81

1,86

21

120

1,70

1,70

23

1,66

1,70

140

48

* — показатели УВ оо и CHC)iso измерены при температуре 46ОC.

Таблица 3

Исходный раствор (1)+ 7,5 глины (1) + 10 минерализо- ванной всды (1)+ 10 соли

Исходный раствор (прототип) (5) + 7,5 глины (5) + 10 минерализованной воды (5)+ 10 соли

54/82

110/156

96/108

30/72

48/87

243/291

222/264

177/219

1779688

Таблица 4

Состав раствора, мас,%

Номер пробы

Лр, гlсм р, г/см

Э,в

УВ оо, с

СНСц1о, Па

310

0,02

1,7

36/63

528

1,0

32/43

t,6

0,01

830

37/48 .

910

0,01

24/39

1,59

0,01

810

42/56

2,2

0,02

Запред

978 ельный диап

26/30 азон

1.24

233

188/243

1,57

1087

0,08

3/6

Прототип

Дизельное топливо 37,5

Структурообразователь 3,8

Эмульгатор 2,6

Окись кальция 2,6

Минерализованная вода 52,5

Соль алкилимидазолинов и алкиламидоаминов (зназол) 0,015

Барит 0.985

Дизельное топливо 21.4

Структурообразователь 1,25

Эмульгатор 0.95

Окись кальция 0,95

Минерализоаанная вода 25,5

Эназол 0,05

Барит 49,9

Дизельное топливо 21,4

Структурообразователь 1,25

Эмульгатор 0,95

Окись кальция 0,95

Минерализованная вода (30 мас.% раствор СаС1г) 25,5

Эназол 0,05

Барит 49 9

Дизельное топливо 21,4

Структурообразователь 1,25

Эмульгатор 0,95

Окись кальция 0,95

Минерализованная вода (15 мас.% раствор NaCI) 25,5

Эназол 0,05

Барит 49,9

Дизельное топливо 13,8

Структурообразователь 0,6

Эмульгатор 0,56

Окись кальция 0,56

Минерализованная вода 11,4

Эназол 0,07

Барит 72,54

Дизельное топливо 11,3

Структурообразовател ь 4,6

Эмульгатор 0,41

Окись кальция 0,41

Минерализованная вода 55,5

Эназол 0,01

Бар. т

Дизельное топливо 40,6

Структурообразователь 0,45

Эмульгатор 2,82

Окись кальция 2,82

Минерализованная вода 10,1

Эназол 0.08 °

Ба ит 13,13

Показатели свойств растворов после автоклавирования при

200 С

1779688

14

Таблица 5

Примечание; общее количество поглощенного сероводорода составило для пробы 1

6736 мг/л; для пробы 2 7392 мг/л.

Составитель M. Кендис

Техред М.Моргентал Корректор Л. Филь

Редактор Л. Волкова

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина. 101

Заказ 4417 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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