Буровой раствор

 

Изобретение относится к бурению нефтяных и газовых скважин, в частности к буровым растворам на углеводородной основе. Техническим результатом является получение безводного раствора с улучшенными вязкостными и структурно-механическими свойствами, сохраняющего стабильность основных технологических параметров при попадании в него воды. Буровой раствор содержит, мас.%: высокоокисленный битум 5 - 8, синтетическая жирная кислота фракции C_20-25 0,5 - 1,5, щелочь 0,05 - 0,15, гидрофильный уретановый предполимер 2 - 6, дизельное топливо - остальное. 3 табл.

Предлагаемое изобретение относится к области бурения нефтяных и газовых скважин, в частности к буровым растворам на углеводородной основе (БРУО), применяемым главным образом для отбора керна при бурении оценочных скважин и для качественного вскрытия продуктивных пластов, в т.ч. в горизонтальных скважинах.

Основным требованием, предъявляемым к таким растворам, является их безводность, поскольку даже небольшое содержание воды в РУО может привести к существенной ошибке при оценке запасов нефти.

Наиболее распространенной из известных рецептур РУО является так называемый известково-битумный раствор (ИБР), содержащий дизельное топливо, высокоокисленный битум, негашеную известь, ПАВ и воду (см., например, Рязанов Я. А. Справочник по буровым растворам. М., Недра, 1979., с. 55-57) при следующих соотношениях ингредиентов, мас.%): Высокоокисленный битум - 15-25 Негашеная известь (CaO) - 20-30 Вода - 3-5 ПАВ - 0,5-2 Дизельное топливо - Остальное Основные недостатки ИБР: а) высокие вязкостные и структурно-механические свойства; б) большой расход битума и негашеной извести; в) сравнительно высокое содержание воды в приготовленном растворе (2-5%); г) резкое ухудшение технологических свойств при попадании в ИБР воды (загущение раствора, выпадение барита в осадок, повышение показателя фильтрации).

Если ИБР дополнительно обработать негашеной известью для связывания попавшей в раствор воды, то при этом резко возрастают вязкостные и структурно-механические свойства раствора, поскольку в нем образуются кальциевые мыла жирных, нафтеновых и других кислот, содержащихся в битуме и дизельном топливе.

Но даже в этом случае остаточное содержание воды в ИБР достигает 1-2%.

В некоторых известных рецептурах РУО вместо негашеной извести используют другие структурообразующие и водосвязующие компоненты.

В рецептуре раствора, защищенной а.с. СССР N 1263705 кл. C 09 K 7/06, 1987 г., содержится дизельное топливо, высокоокисленный битум, синтетические жирные кислоты (СЖК), гидрофобизированный глинопорошок, щелочь и утяжелитель при следующем соотношении ингредиентов, мас.%: Дизельное топливо - 34-75 Высокоокисленный битум - 10-17 СЖК - 0,5-3,0
Глинопорошок, гидрофибизированный полиорганоалкосилоксанами - 1-10
Щелочь - 0,1-0,2
Утяжелитель - Остальное
В данном РУО структурообразующим и водосвязующим компонентом является гидрофобизированный глинопорошок. Однако указанный РУО также содержит остаточную воду и у него резко ухудшаются технологические параметры при поступлении в него посторонней воды.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому изобретению является РУО, защищенный а. с. СССР N 1609811 кл. C 09 K 7/06, 1990 г. Он содержит следующие компоненты, мас.%:
Дизельное топливо - 39,9-54,1
Высокоокисленный битум - 5,8-8,2
СЖК - 0,93-1,31
Щелочь (NaOH) - 0,07-0,09
Полиорганоэтоксиланы - 1,2-2,6
Термообработанный мел - 35,9-50,1
В данной рецептуре РУО водосвязующим и утяжеляющим компонентом является термообработанный мел, который после термообработки необходимо еще гидрофобизировать полиорганоэтоксиланами.

Остаточное содержание воды в приготовленном РУО составляет 0,5-2,0%, а при увеличении ее содержания более 5% раствор резко загущается и теряет седиментационную стабильность (мел выпадает в осадок).

Задачей предлагаемого технического решения является получение безводного РУО с улучшенными вязкостными и структурно-механическими свойствами, который сохраняет стабильность своих основных технологических параметров в случае попадания в него воды.

Решение указанной задачи достигается составом БРУО, содержащего дизельное топливо, высокоокисленный битум, синтетические жирные кислоты (СЖК) фракции C_20-25, щелочь и водосвязующий реагент, в качестве которого используют гидрофильный уретановый предполимер при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:
Высокоокисленный битум - 5-8
СЖК фракции C_20-25 - 0,5-1,5
Щелочь - 0,05-0,15
Гидрофильный уретановый предполимер - 2-6
Дизельное топливо - Остальное
Сопоставительный анализ заявляемого технического решения с прототипом показывает, что заявляемый РУО содержит новый компонент, ранее не применяемый в составах РУО - гидрофильный уретановый предполимер. Таким образом, предложенное техническое решение отвечает критерию "новизна".

Сопоставительный анализ показывает, что заявляемое техническое решение отвечает критерию "существенные отличия", поскольку новый компонент не только связывает воду, но и вызывает неожиданный эффект: снижает вязкостные и структурно-механические свойства РУО.

Известная область применения гидрофильных предполимеров - это получение эластичных пенопластов (см., например, Берлин А.А., Шутов. Ф.А. Пенополимеры на основе реакционноспособных олигомеров. М., Химия, 1978, 295 с.)
Гидрофильные уретановые предполимеры получают в результате реакции между гидроксилсодержащими сложными или простыми полиэфирами (например, сополимер окиси этилена и окиси пропилена) и изоцианатами (например, толуилендиизоцианат-ТДИ или полиизоцианат-ПИЦ). Их смешивают в соотношениях, обеспечивающих избыток изоцианата, в результате образуется предполимер с концевыми реакционноактивными изоцианатными группами (-NCO):

"Аквизол" - одно из технических наименований гидрофильного уретанового предполимера, выпускаемого на опытном заводе НПО "Полимерсинтез" (Г. Владимир) по ТУ 6-05-221-580-91. Краткая его физико-химическая характеристика такова:
Внешний вид - Вязкая светло-желтая жидкость
Молекулярная масса (ММ) - 4500
Содержание свободных изоцианатных групп (-NCO),% - 8,02
Плотность при 25^oC, г/см³ - 1,13
Вязкость 25^oC, мПа·с - 1800
Примеры конкретного приготовления РУО:
Пример 1. В 924,5 г дизельного топлива растворяют при перемешивании и нагревании 50 г высокоокисленного бутима, затем вводят 5 г СЖК фракции C_20-25 и перемешивают до полного растворения. Далее вводят 0,5 г (пересчете на сухое вещество) водного раствора щелочи, имеющего 50%-ную концентрацию, перемешивают и вводят 20 г уретанового предполимера "Аквизол". После 10-минутного перемешивания раствор считается готовым.

Пример 2. В 884 г дизельного топлива растворяют при перемешивании и нагревании 65 г высокоокисленного битума, затем вводят 10 г СЖК фракции C_20-25 и перемешивают до полного растворения. Далее вводят 1 г (в пересчете на сухое вещество) водного раствора щелочи, имеющего 50%-ную концентрацию, перемешивают и вводят 40 г уретанового предполимера "Аквизол". После 10-минутного перемешивания раствор считается готовым.

Пример 3. В 843,5 дизельного топлива растворяют при перемешивании и нагревании 80 г высокоокисленного битума, затем вводят 15 г СЖК фракции C_20-25и перемешивают до полного растворения. Далее вводят 1,5 г (в пересчете на сухое вещество) водного раствора щелочи, имеющего 50%-ную концентрацию, перемешивают и вводят 60 г уретанового предполимера "Аквизол". После 10-и минутного перемешивания раствор считается готовым.

В табл. 1 (см. в конце описания) представлены компонентные составы заявляемого и принятого за прототип по а.с. N 1609811 растворов на углеводородной основе. Для заявляемого РУО взяты составы с заявляемыми значениями концентраций компонентов (составы 1-3).

В табл. 2 (см. в конце описания) представлены данные о технологических параметрах РУО, компонентные составы которых приведены в табл. 1.

Как следует из данных табл. 2, заявляемый РУО при оптимальных значениях концентраций компонентов (составы 1-3) имеет высокое качество: низкий показатель фильтрации, низкие вязкостные и структурно-механические свойства и полное отсутствие воды. Раствор прототипа (состав 4), содержащий большое количество термообработанного мела, имеет повышенные вязкостные и структурно-механические свойства и содержит значительное количество воды.

Исследовано поведение РУО, составы которых приведены в табл. 1, при попадании в них воды. Для этого в каждый приготовленный состав вводили пресную воду в количестве 10 мас.%, перемешивали 30 мин и замеряли параметры.

Из анализа данных табл. 3 (см. в конце описания) следует, что попадание воды в заявляемый РУО, содержащий оптимальное количество компонентов (составы 1-3), не вызывает ухудшения его качества: сохраняются стабильными вязкостные, структурно-механические и фильтрационные свойства, а содержание воды в РУО практически нулевое.

У состава 4 (по а.с. 1609811) при попадании воды резко ухудшается качество: вязкость становится "нетекучей" (н/т), существенно повышается показатель фильтрации и содержание воды в растворе, часть мела выпадает в осадок.

Таким образом, заявляемый РУО имеет следующие технико-экономические преимущества перед известным техническим решением:
1) Практически полная безводность, что позволит качественно и достоверно оценить запасы месторождения при бурении оценочных скважин.

2) Стабильность технологических свойств при попадании в РУО воды, что позволит сэкономить средства на восстановление качества РУО.

3) Низкие вязкостные и структурно-механические свойства, что благоприятствует лучшему разрушению горных пород и повышению показателей бурения.

4) Высокое качество вскрытия продуктивного пласта, поскольку в растворе отсутствует водная фаза.

Формула изобретения

Буровой раствор, содержащий высокоокисленный битум, синтетическую жирную кислоту фракции С_20-25, щелочь и дизельное топливо, отличающийся тем, что он дополнительно содержит гидрофильный уретановый предполимер при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:
Высокоокисленный битум - 5 - 8
Синтетическая жирная кислота фракции С_20-25 - 0,5 - 1,5
Щелочь - 0,05 - 0,15
Гидрофильный уретановый предполимер - 2 - 6
Дизельное топливо - Остальное

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3