Модификатор буровых растворов
Владельцы патента RU 2286373:
Открытое акционерное общество "Нижнекамскнефтехим" (RU)
Изобретение относится к нефтегазовой отрасли, в частности к добавкам для буровых растворов, используемых при бурении, вскрытии продуктивных пластов и заканчивании скважин. Технический результат - обеспечение буровому раствору необходимого уровня ингибирующих и поверхностно-активных свойств, в том числе и в условиях повышенной температуры. Модификатор буровых растворов содержит, мас.%: алкиленгликоль или смесь алкиленгликолей 60,0-99,8, алкоголят полиалкиленгликоля 0,1-30, сополимер окисей пропилена и этилена с молекулярной массой 1000 - 10000 у.е. или смесь сополимеров окисей пропилена и этилена 0,1-10,0. Причем в качестве указанного сополимера окисей пропилена и этилена модификатор содержит сополимер на основе полиспиртов с числом гидроксильных групп 3-8. 1 з.п. ф-лы, 5 табл.
Изобретение относится к нефтегазовой отрасли, в частности к добавкам для буровых растворов, используемых при бурении, вскрытии продуктивных пластов и заканчивании скважин.
Известен буровой раствор для вскрытия продуктивных пластов, в состав которого входят полиалкиленгликоли (ди-тетра-пентаэтиленгликоли) (Патент РФ №2163248, МПК7 С 09 К 7/02, опубл. 20.02.2001).
Буровой раствор имеет низкий коэффициент фильтруемости и оптимальную вязкость, однако эта композиция не способна в достаточной степени проявлять поверхностную активность, что негативно влияет на качество вскрытия пласта. Кроме того, такие промышленные смеси способствуют вспениванию бурового раствора.
Известна композиция, состоящая из моноалкиловых эфиров пропиленгликоля и полиалкиленгликолей (сополимеров окисей этилена и пропилена с содержанием окиси пропилена не более 50 мол.% с молекулярной массой 6000-40000 и/или сополимеров окиси этилена и окиси пропилена с содержанием окиси пропилена не менее 85 мол.% с молекулярной массой 300-6000) (Патент РФ №2169753, МПК С 09 К 7/02, опубл. 2001).
Приведенный состав обеспечивает существенное снижение показателя фильтрации в присутствии ионов щелочных и щелочноземельных металлов, но имеет низкую ингибирующую способность в буровых растворах.
Наиболее близким к предлагаемому является модификатор бурового раствора для бурения и заканчивания скважин, содержащий алкиленгликоли с молекулярной массой менее 800 у.е. и сополимер окисей этилена и пропилена с молекулярной массой менее 800 у.е. или смесь указанных сополимеров (Патент США №6080704, МПК7 С 09 К 7/02, опубл. 27.06.2000).
Однако подобные водорастворимые композиции также не обеспечивают эффективного снижения поверхностного натяжения на границе углеводородной и водной фаз и обладают недостаточно высокой ингибирующей способностью при повышении температуры бурового раствора.
Задачей изобретения является создание модификатора буровых растворов для бурения и заканчивания скважин, обеспечивающего буровому раствору необходимый уровень ингибирующих и поверхностно-активных свойств, в том числе и в условиях повышенной температуры.
Поставленная задача решается модификатором буровых растворов для бурения и заканчивания скважин, содержащим алкиленгликоль или смесь алкиленгликолей, сополимер окисей пропилена и этилена с молекулярной массой 1000-10000 у.е. или смесь указанных сополимеров и щелочной алкоголят полиалкиленгликоля при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| Алкиленгликоль или | |
| смесь алкиленгликолей | 60,0-99,8 |
| Алкоголят полиалкиленгликоля | 0,1-30 |
| Сополимер окисей пропилена и этилена или | |
| смесь сополимеров окисей пропилена и этилена | 0,1-10,0 |
В качестве указанного сополимера окисей пропилена и этилена модификатор содержит сополимер на основе полиспиртов с числом гидроксильных групп 3-8.
В качестве таких сополимеров модификатор может содержать, например, статистические или блок-сополимеры окисей пропилена и этилена или их смеси на основе таких полиспиртов, как ксилит, тетраизопропанолэтилендиамин, глицерин, сорбит, сахароза и др., или смеси указанных сополимеров.
Предлагаемый модификатор буровых растворов в качестве алкиленгликолей может содержать диэтиленгликоль, триэтиленгликоль, тетраэтиленгликоль, дипропиленгликоль, трипропиленгликоль, тетрапропиленгликоль и др. или их смеси. Некоторые свойства этих алкиленгликолей представлены в таблице 1.
В качестве алкоголята полиалкиленгликоля модификатор буровых растворов может содержать алкоголяты натрия или калия таких выпускаемых в промышленности полиалкиленгликолей, как Лапрол-202-3-100 (ТУ 2226-017-10488057-94), Лапрол-402-2-100 (ТУ 2226-013-10488057-94), Лапрол-502 М (ТУ 2226-012-05766801-93) и др. Свойства указанных продуктов представлены в таблице 2.
Осуществление предлагаемого изобретения иллюстрируют следующие примеры.
Пример 1
В реактор объемом 1,0 л, снабженный перемешивающим устройством и терморубашкой, загружают стартовую систему, состоящую из 18,0 г ксилита и 1,2 г гидроксида калия, подают инертный газ азот и дважды продувают реактор азотом. Затем включают мешалку, обогрев реактора и доводят температуру реакционной массы до 110-120°С, после чего в реактор начинают подавать из мерника предварительно приготовленную смесь окиси пропилена и окиси этилена при массовом соотношении окись пропилена : окись этилена, равном 60:40. Процесс анионной сополимеризации окисей пропилена и этилена и оксипропилированного простого эфира на основе сорбита проводят при температуре реакционной массы 115-120°С и давлении 5,0-6,0 кг/см2. После подачи 582,0 г смеси окисей пропилена и этилена реакционную смесь выдерживают в течение 1,0 ч при температуре 115-118°С до полного срабатывания окисей пропилена и этилена.
В результате опыта получают 600 г статистического сополимера окисей пропилена и этилена на основе ксилита со следующими характеристиками: динамическая вязкость при 50°С 450 сПз, гидроксильное число 47 мг КОН/г, содержание оксиэтильных блоков 39,0 мас.%, молекулярная масса 5000 у.е..
Примеры 2-5
Статистические сополимеры окисей пропилена и этилена получают так же, как описано в примере 1, используя в качестве стартовой системы тетраизопропанолэтилендиамин, глицерин, сорбит и сахарозу. Свойства полученных продуктов представлены в таблице 3.
Пример 6
В реактор объемом 1,0 л, снабженный перемешивающим устройством и терморубашкой, загружают стартовую систему, состоящую из 13,5 г сорбита и 1,2 г гидроксида калия, подают инертный газ азот и дважды продувают реактор азотом. Затем включают мешалку, обогрев реактора и доводят температуру реакционной массы до 110-120°С, после чего в реактор начинают подавать окись пропилена. Реакцию оксипропилирования проводят при температуре 115-120°С и давлении 5,0-6,0 кг/см2. Общий расход окиси пропилена составляет 406,6 г. После подачи окиси пропилена осуществляют выдержку реакционной массы в течение 1,0 часа при температуре 115-118°С и начинают подачу окиси этилена. Процесс оксиэтилирования проводят аналогично оксипропилированию при температуре 115-120°С и давлении 5,0-6,0 кг/см2. Общий расход окиси этилена составляет 180,0 г. После подачи расчетного количества окиси этилена осуществляют выдержку реакционной массы при температуре 110-115°С в течение 1,0 часа до полного срабатывания окиси этилена.
В результате опыта получают 600 г блок-сополимера окисей пропилена и этилена на основе сорбита со следующими характеристиками: динамическая вязкость при 50°С 570 сПз, гидроксильное число 26,7 мг КОН/г, содержание оксиэтильных блоков 45,0 мас.%, молекулярная масса 8100 у.е.
Пример 7
Блок-сополимер окисей пропилена и этилена получают так же, как описано в примере 6, используя в качестве стартовой системы глицерин. Свойства полученного продукта представлены в таблице 3.
Модификатор буровых растворов готовят путем смешения при температуре 40-50°С алкиленгликоля или алкиленгликолей (таблица 1), алкоголята полиалкиленгликоля (таблица 2) и сополимера окисей пропилена и этилена (таблица 3). Состав полученного модификатора буровых растворов приведен в таблице 4.
Оценка эффективности модификатора буровых растворов проводилась изучением изменения свойств модельного глинистого бурового раствора и бурового раствора, дополнительно содержащего ингибиторы фильтрации и набухания породы в виде хлористого калия, хлористого кальция и полианионной целлюлозы «КМЦ» в присутствии предлагаемого модификатора, при этом определялись следующие характеристики буровых растворов:
- величина фильтрации (Ф, см3) измерялась на фильтре-прессе фирмы "Baroid", США;
- реологические свойства - вязкость пластическая (ηпл, мПа*с) и динамическое напряжение сдвига (τo, дПа) - измерялись на приборе "Fann 35С", фирмы "Fann", США;
- статическое напряжение сдвига за 1 и 10 мин (СНС, дПа) - на приборе СНС-2;
- условная вязкость (УВ, с) - на вискозиметре ВБР-1.
Результаты испытаний приведены в таблице 5.
Поверхностно-активные свойства модификаторов буровых растворов оценивались по изменению значения поверхностного натяжения на границе раздела фаз фильтрата глинистого бурового раствора с керосином, определяемого на сталагмометре (по методике [Практикум по заканчиванию скважин. //Подгорня В.М., Ведищев И.А./ М.: Недра. -1985]). Полученные значения представлены в таблице 5.
Введение предлагаемого модификатора в состав глинистых буровых растворов (таблица 5) приводит к улучшению общетехнологических параметров, в том числе и для горячего бурового раствора. Так, отмечается повышение антифильтрационных свойств (Ф, см3), улучшение смазочных свойств (Ктр) и повышение ингибирующих свойств бурового раствора.
Композиция бурового раствора, содержащая предлагаемый модификатор, имеет низкое значение межфазного поверхностного натяжения (σ, мН/м) на границе фильтрата бурового раствора с керосином (таблица 5) при температуре 70°С, что обеспечивает более качественное вскрытие продуктивных пластов.
| Таблица 1 | ||||||
| № п/п | Наименование алкиленгликоля | Гидроксильное число, мг КОН/г | Динамическая вязкость при 20°С, сПз | Относительная плотность при 20°С, г/см3 | Содержание воды, мас.% | Средняя молекулярная масса, у.е. |
| 1 | диэтиленгликоль | 1050 | 36 | 1,12 | 0,05 | 106 |
| 2 | триэтиленгликоль | 740 | 48 | 1,126 | 0,02 | 150 |
| 3 | тетраэтиленгликоль | 598 | 62 | 1,125 | 0,01 | 193 |
| 4 | дипропиленгликоль | 830 | 107 | 1,024 | 0,03 | 135 |
| 5 | трипропиленгликоль | 580 | 87 | 1,017 | 0,01 | 193 |
| 6 | тетрапропиленгликоль | 448 | 103 | 1,011 | 0,01 | 250 |
| Таблица 2 | |||||
| № п/п | Наименование полиалкиленгликолевой основы алкоголята | Катион щелочного металла алкоголята | Содержание алкоголята полиалкиленгликоля в пересчете на соответствующий гидроксид щелочного металла, мас.% | Динамическая вязкость при 100°С, сПз | Гидроксильное число, мг КОН/г |
| 1 | Лапрол 202-3-100 | Na+ | 18,3 | 15200 | 214 |
| 2 | Лапрол 202-3-100 | К+ | 25,0 | 13500 | 184 |
| 3 | Лапрол 402-2-100 | К+ | 13,7 | 7800 | 237 |
| 4 | Лапрол 502 М | Na+ | 6,0 | 9600 | 80 |
| Таблица 3 | ||||||
| № примера | Наименование стартового вещества | Число гидроксильных групп в стартовом веществе | Динамическая вязкость при 50°С, сПз | Гидроксильное число, мг КОН/г | Содержание оксиэтильных блоков | Молекулярная масса блок-сополимера, у.е. |
| 1 | Ксилит | 5 | 450 | 47,0 | 39,0 | 5000 |
| 2 | Тетраизопропанолэтилендиамин | 4 | 380 | 32,1 | 2.0,0 | 7000 |
| 3 | Глицерин | 3 | 320 | 67,5 | 51,0 | 2500 |
| 4 | Сорбит | 6 | 8430 | 328,9 | 35,0 | 1020 |
| 5 | Сахароза | 8 | 830 | 45,1 | 60,0 | 9900 |
| 6 | Сорбит | 6 | 570 | 41,5 | 45,0 | 8100 |
| 7 | Глицерин | 3 | 320 | 26,7 | 30,0 | 6290 |
| Таблица 4 | ||||||
| № состава | Состав модификатора бурового раствора | |||||
| Компонент 1 - алкиленгликоль | Компонент 2 - алкоголят полиалкиленгликоля | Компонент 3 - сополимер окисей пропилена и этилена | ||||
| № по таблице 1 | мас.% | № по таблице 2 | мас.% | № по таблице 3 | мас.% | |
| 1 | 1 | 94,9 | 1 | 0,1 | 1 | 5,0 |
| 2 | 1 | 69,9 | 1 | 30,0 | 2 | 0,1 |
| 3 | 2 | 81,0 | 1 | 9,0 | 3 | 10,0 |
| 4 | 3 | 90,5 | 3 | 0,5 | 4 | 9 |
| 5 | 4 | 72,5 | 4 | 27,0 | 5 | 0,5 |
| 6 | 5 | 93,5 | 4 | 0,5 | 6 | 6,0 |
| 7 | 6 | 74,0 | 2 | 25,0 | 7 | 1,0 |
| 8 | 1;2 | 41,0; 41,0 | 3 | 15,0 | 5;3 | 1,0;2,0 |
| 9 | 2;5 | 5,0; 92,8 | 1 | 0,2 | 4 | 2,0 |
| 10 | 1;2;3 | 3,0; 83,0; 13,0 | 2 | 0,4 | 3 | 0,6 |
| 11 | 4;6 | 30,0; 31,0 | 2 | 29,0 | 1; 6 | 8,7; 1,3 |
| 12 | 4 | 88,0 | 3 | 6,0 | 6; 7 | 4,0; 2,0 |
| Таблица 5 | |||||||||||||||||
| № п/п | Состав раствора, мас.% | Параметры бурового раствора | |||||||||||||||
| Глина, мас.% | КМЦ, мас.% | KCl, мас.% | CaCl2, мас.% | Модификатор | УВ, с | Ф30, см3 | СНС, дПа | ηпл, мПа·с | τ0, дПа | Kтр | σ, при 70°С мН/м | ||||||
| № по таб-лице 4 | мас.% | при 20°С | при 70°С | 1 мин | 10 мин | при 20°С | при 70°С | при 20°С | при 70°С | ||||||||
| 1 | 9,0 | 0,35 | 5,0 | 2,0 | 21 | 16 | 25 | 1,0 | 3,0 | 12 | 9 | 29 | 34 | 0,140 | 56 | ||
| 2 | 9,0 | 0,35 | 5.0 | 2,0 | 1 | 1 | 32 | 6,4 | 6,3 | 4,6 | 6,9 | 10 | 6 | 24 | 38 | 0,095 | 2,6 |
| 3 | 9,0 | 0,35 | 5,0 | 2.0 | 1 | 3 | 38 | 5,3 | 5,1 | 9,7 | 10,4 | 10 | 5 | 32 | 41 | 0,090 | 2,1 |
| 4 | 9,0 | 0,35 | 5,0 | 2,0 | 1 | 5 | 42 | 5,3 | 5,1 | 12,1 | 15,9 | 10 | 5 | 30 | 50 | 0,085 | 1,6 |
| 5 | 9,0 | 0,35 | 5,0 | 2,0 | 2 | 3 | 31 | 8,0 | 10,0 | 4,7 | 5,2 | 9 | 5 | 29 | 32 | 0,095 | 4,9 |
| 6 | 9,0 | 0,35 | 5,0 | 2,0 | 3 | 1 | 33 | 6,2 | 6,3 | 3,8 | 5,1 | 10 | 6 | 30 | 39 | 0,090 | 1,8 |
| 7 | 9,0 | 0,35 | 5,0 | 2,0 | 4 | 3 | 39 | 4,9 | 4,7 | 5,7 | 7,1 | 9 | 5 | 31 | 41 | 0,085 | 9,8 |
| 8 | 9,0 | 0,35 | 5,0 | 2,0 | 5 | 5 | 34 | 9,0 | 7,0 | 4,7 | 6,7 | 10 | 5 | 44 | 51 | 0,085 | 1,5 |
| 9 | 9,0 | 0,35 | 5,0 | 2,0 | 6 | 3 | 37 | 5,2 | 5,5 | 9.9 | 10,7 | 9 | 6 | 31 | 42 | 0,090 | 2,5 |
| 10 | 9,0 | 0,35 | 5,0 | 2,0 | 7 | 1 | 29 | 6,3 | 6,5 | 4,3 | 5,1 | 10 | 6 | 26 | 39 | 0,095 | 2,3 |
| 11 | 9,0 | 0,35 | 5,0 | 2,0 | 8 | 5 | 39 | 5,1 | 4,8 | 9,4 | 11,3 | 9 | 6 | 30 | 48 | 0,080 | 1,7 |
| Продолжение таблицы 5 | |||||||||||||||||
| № п/п | Состав раствора, мас.% | Параметры бурового раствора | |||||||||||||||
| Глина, мас.% | КМЦ, мас.% | KCl, мас.% | CaCl2, мас.% | Модификатор | УВ, с | Ф30, см3 | СНС, дПа | ηпл, мПа·с | τ0, дПа | Ктр | σ, при 70°С мН/м | ||||||
| № по таб-лице 4 | мас.% | при 20°С | при 70°С | 1 мин | 10 мин | при 20°С | при 70°С | при 20°С | при 70°С | ||||||||
| 12 | 9,0 | 0,35 | 5,0 | 2.0 | 9 | 3 | 37 | 5,7 | 5,5 | 8,7 | 10,2 | 10 | 6 | 31 | 40 | 0,085 | 2,1 |
| 13 | 9,0 | 0,35 | 5,0 | 2,0 | 10 | 5 | 42 | 6,5 | 6,0 | 8.9 | 10,3 | 9 | 5 | 31 | 48 | 0,090 | 2,1 |
| 14 | 9,0 | 0,35 | 5,0 | 2,0 | 11 | 1 | 34 | 5,3 | 5,0 | 5,1 | 6,3 | 10 | 7 | 25 | 37 | 0,090 | 2,6 |
| 15 | 9,0 | 0,35 | 5,0 | 2,0 | 12 | 3 | 33 | 5,7 | 5,7 | 5,0 | 6,8 | 10 | 6 | 28 | 39 | 0,085 | 2,3 |
1. Модификатор буровых растворов для бурения и заканчивания скважин, содержащий алкиленгликоль, или смесь алкиленгликолей и сополимер окисей пропилена и этилена, или смесь сополимеров окисей пропилена и этилена, отличающийся тем, что он содержит сополимер окисей пропилена и этилена с молекулярной массой 1000-10000 у.е. или смесь указанных сополимеров и дополнительно содержит щелочной алкоголят полиалкиленгликоля при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| Алкиленгликоль или | |
| смесь алкиленгликолей | 60,0-99,8 |
| Алкоголят полиалкиленгликоля | 0,1-30 |
| Сополимер окисей пропилена и этилена или | |
| смесь сополимеров окисей пропилена и этилена | 0,1-10,0 |
2. Модификатор буровых растворов по п.1, отличающийся тем, что в качестве указанного сополимера окисей пропилена и этилена он содержит сополимер на основе полиспиртов с числом гидроксильных групп 3-8.
