Буровой раствор

 

Изобретение относится к области бурения скважин, а именно к составам буровых растворов, предназначенных для проводки горизонтальных скважин. Техническим результатом является повышение качества бурового раствора за счет улучшения его реологических параметров: показателя нелинейности и реологического критерия с помощью легкодоступных и экологически безопасных реагентов. Буровой раствор для проводки горизонтальных скважин, содержащий воду, мел, структурообразователь и гидролизованный полиакрилонитрил “унифлок”, в качестве структурообразователя содержит глинопорошок, полианионную целлюлозу ПАЦ-В и алюмокалиевые квасцы, и дополнительно кремнийорганическую жидкость и калий хлористый при следующем соотношении компонентов, мас.%: глинопорошок 2,0-2,5; мел 4,0; полианионная целлюлоза ПАЦ-В 1,0-1,2; алюмокалиевые квасцы 0,15-0,25; гидролизованный полиакрилонитрил “унифлок” 0,08-0,10; кремнийорганическая жидкость 0,10-0,15; калий хлористый 3,0-3,5; вода - остальное. 1 табл.

Изобретение относится к области бурения скважин, а именно к составам буровых растворов, предназначенных для проводки горизонтальных скважин.

Для достижения улучшенных показателей бурения и успешной проводки горизонтальной скважины особенно важно поддерживать высокие взвешивающие и несущие свойства бурового раствора. Эти требования выполняются, если применять буровой раствор, в котором после циркуляции образуется структура, достаточная для удержания шлама во взвешенном состоянии. Такой буровой раствор характеризуется низкими значениями показателей нелинейности (псевдопластичности, n<0,65) и высокими значениями реологического критерия (К_р=300 с^-1 и выше).

Известны буровые растворы, обладающие хорошими реологическими свойствами, предназначенные для вскрытия продуктивных пластов, включающие глину, гидролизованный полиакрилонитрил "унифлок", триполифосфат натрия и воду [Патент РФ №2012586, кл. С 09 К 7/02, 15.05.94] или глину, крахмал, карбоксиметилцеллюлозу, карбонат кальция, минерализованную пластовую и пресную воду [Патент РФ №2103312, кл. С 09 К 7/02, 27.01.98].

Применение этих буровых растворов для проводки горизонтальных скважин невозможно из-за недостаточной взвешивающей и несущей способности.

Наиболее близким к заявляемому по назначению и совокупности существенных признаков является буровой раствор для проводки горизонтальных скважин, содержащий мел, структурообразователь, полимер и воду [Патент РФ №2087516, кл. С 09 К 7/02, 20.08.97]. Структурообразователем в этом буровом растворе является смесь коротковолокнистого асбеста камерного сорта марки К-6-30 и эксола (смесь предельных и непредельных спиртов).

Однако данное техническое решение имеет следующие недостатки: усложненность и длительность процесса модификации асбеста эксолом, подбором только определенной марки асбеста и небезопасным для здоровья работающего персонала, недостаточно высокими несущими и взвешивающими свойствами.

Техническим результатом изобретения является повышение качества бурового раствора за счет улучшения его реологических параметров: показателя нелинейности и реологического критерия с помощью легкодоступных и экологически безопасных реагентов.

Буровой раствор для проводки горизонтальных скважин, содержащий воду, мел, структурообразователь и гидролизованный полиакрилонитрил “унифлок”, в качестве структурообразователя содержит глинопорошок, полианионную целлюлозу ПАЦ-В и алюмокалиевые квасцы, и дополнительно кремнийорганическую жидкость и калий хлористый при следующем соотношении компонентов, мас.%: глинопорошок 2,0-2,5; мел 4,0; полианионная целлюлоза ПАЦ-В 1,0-1,2; алюмокалиевые квасцы 0,15-0,25; гидролизованный полиакрилонитрил “унифлок” 0,08-0,10; кремнийорганическая жидкость 0,10-0,15; калий хлористый 3,0-3,5, вода - остальное.

Из патентной и научно-технической литературы нам не известны буровые растворы, содержащие совокупность указанных выше компонентов в предложенном качественном соотношении, что позволяет сделать вывод о новизне заявляемого технического решения.

Достигаемый при осуществлении изобретения технический результат состоит в том, что композиция, состоящая из малоглинистой суспензии, полианионной целлюлозы и алюмокалиевых квасцов, придает буровому раствору высокие значения динамического напряжения сдвига при сравнительно низких значениях пластической вязкости.

В процессе диспергирования глинопорошка в воде за счет обменных процессов в кристаллической структуре глинистых частиц и перехода ионов алюминия в активную форму они образуют прочную связь с полианионной молекулой целлюлозы. В одно и то же время алюмокалиевые квасцы "сшивают" полианионные молекулы ПАЦ-В, образуя прочную гелеобразную структуру в буровом растворе. В результате, в буровом растворе образуется "сшитая" композиция: глинистая частица полимерная молекула - ионы алюминия (алюмокалиевые квасцы), по структурообразующей способности не уступающая биополимерам зарубежного производства.

Из существующего уровня техники нам не известно, что данная композиция в буровом растворе обеспечивает указанные выше свойства, что позволяет сделать вывод о соответствии предлагаемого технического решения критерию "изобретательский уровень".

Из научно-технической и справочной литературы известно, что такие компоненты, как ГКЖ и калий хлористый, ингибируют и гидрофобизируют глинистые частицы пласта, что в конечном итоге снижает вероятность возникновения осложнений деформационного характера и разупрочнения стенок скважины.

При необходимости в буровой раствор может быть введено необходимое количество смазочной добавки.

Раствор готовят следующим образом.

В одной фазе диспергируют глинопорошок. Затем добавляют расчетное количество ПАЦ-В и "унифлока" и тщательно перемешивают до растворения полимеров. Алюмокалиевые квасцы добавляют в полученную полимерно-глинистую композицию в виде 10%-ного водного раствора. Состав перемешивается до образования сшитой структуры в растворе, что фиксируется по повышению вязкости раствора. В структурированный раствор последовательно добавляют КС1, ГКЖ, мел и интенсивно перемешивают после добавления каждого реагента и до образования однородной массы.

Пример приготовления бурового раствора (состав №2).

В 880 мл технической воды диспергируют 20 г глинопорошка, затем в глинистую суспензию добавляют 12 г ПАЦ-В и 1,0 г "унифлока" и перемешивают до растворения полимеров. В полученную полимерно-глинистую композицию добавляют 15 мл 10%-ного водного раствора алюмокалиевых квасцов и перемешивают до образования сшитой структуры в растворе. В полученный раствор при интенсивном перемешивании добавляют 30 г КСl, после его растворения 1,5 г ГКЖ, а затем 40 г мела. Перемешивание продолжают до образования однородной массы. Раствор оставляют на 1-2 часа, затем после тщательного перемешивания измеряют технологические параметры бурового раствора по стандартным методикам.

Аналогичным образом готовят растворы с различным соотношением компонентов.

Состав и технологические параметры заявляемого бурового раствора и раствора прототипа представлены в таблице.

Как видно из таблицы, буровой раствор для проводки горизонтальной скважины позволяет достичь поставленной цели изобретения. Показатели нелинейности предложенных растворов близки к показателю нелинейности раствора прототипа (n<0,65). Высокие значения реологического критерия (в 1,63-2,60 раза выше, чем у раствора-прототипа) свидетельствуют о высокой несущей и взвешивающей способности заявляемого бурового раствора. При этом все остальные технологические параметры бурового раствора удовлетворяют требованиям качественного вскрытия пластов горизонтальным бурением.

На Равенском месторождении 000 "ЛУКОЙЛ-Западная Сибирь" были пробурены 2 горизонтальные скважины с использованием предложенных составов бурового раствора с длиной горизонтальных стволов в продуктивных пластах 500 м. Обе скважины пробурены без осложнений, с высокой механической скоростью и качеством вскрытия продуктивного пласта. Скважины вступили в эксплуатацию фонтанным способом.

Полученные результаты промысловых испытаний показали, что предложенные буровые растворы обладают высоким качеством и позволяют достичь поставленной цели.

Условные обозначения: ρ - плотность; Т - условная вязкость; Ф - фильтрация; СНС - статическое напряжение сдвига; К - толщина корки; ϕ - коэффициент трения; η_пл - пластическая вязкость; τ₀ - динамическое напряжение сдвига; рН - водородный показатель; n - показатель нелинейности; К_р - реологический критерий.

Формула изобретения

Буровой раствор для проводки горизонтальных скважин, содержащий воду, мел, структурообразователь и гидролизованный полиакрилонитрил “унифлок”, отличающийся тем, что он в качестве структурообразователя содержит глинопорошок, полианионную целлюлозу ПАЦ-В и алюмокалиевые квасцы, и дополнительно кремнийорганическую жидкость и калий хлористый при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Глинопорошок 2,0 - 2,5

Мел 4,0

Полианионная целлюлоза ПАЦ-В 1,0 - 1,2

Алюмокалиевые квасцы 0,15 - 0,25

Гидролизованный полиакрилонитрил “унифлок” 0,08 - 0,10

Кремнийорганическая жидкость 0,10 - 0,15

Калий хлористый 3,0 - 3,5

Вода Остальное