Буровой раствор без твердой фазы (варианты)

Изобретение относится к области нефтяной и газовой промышленности, а именно, к буровым растворам для вскрытия продуктивного пласта-коллектора. Технический результат - создание бурового раствора без твердой фазы с сохранением своих реологических и фильтрационных показателей в течение длительного времени независимо от плотности раствора. По первому варианту буровой раствор содержит, мас.%: биополимер ксантан «Сараксан-Т» или «Сараксан» 0,2-0,6, крахмал химически модифицированный 0,2-0,8, нитрат кальция 14-50, нитрат аммония 2-7, пеногаситель «Софэксил 9056-20» 0,01-0,15 и воду остальное, при этом раствор имеет плотность 1100-1600 кг/м³. По второму варианту буровой раствор содержит, мас.%: биополимер ксантан «Сараксан-Т» или «Сараксан» 0,2-0,3, крахмал химически модифицированный 0,1-0,3, нитрат кальция 14-50, нитрат аммония 2-7, хлорид кальция 15-20, пеногаситель «Софэксил 9056-20» 0,01-0,15 и воду остальное, при этом раствор имеет плотность 1100-1600 кг/м³. 2 н.п. ф-лы, 2 табл.

 

Изобретение относится к области нефтяной и газовой промышленности, а именно к буровым растворам для вскрытия продуктивного пласта-коллектора.

Наиболее близким аналогом к заявленному является буровой раствор, содержащий твердую фазу, способный создавать тиксотропную структуру с низким показателем фильтрации. Буровой раствор включает биополимер (гетерополисахарид) ксантан, синтезируемый бактериями Xanthomonas campestris, смесь солей, крахмал и воду (см. патент США №4422947, опубл. 27.12.83 г.).

Известное техническое решение имеет недостаток в том, что в буровом растворе находится твердая фаза, за счет чего он не имеет возможности сохранения своих реологических и фильтрационных показателей в течение длительного времени независимо от плотности раствора.

Технический результат - создание бурового раствора без твердой фазы с сохранением своих реологических и фильтрационных показателей в течение длительного времени независимо от плотности раствора.

По первому варианту буровой раствор, включающий биополимер ксантан, смесь солей, крахмал и воду, содержит крахмал химически модифицированный, биополимер ксантан «Сараксан-Т» или «Сараксан», в качестве смеси солей - нитрат кальция и нитрат аммония, и дополнительно - пеногаситель «Софэксил 9056-20» при следующем соотношении компонентов, мас.%:

указанный биополимер (на сухое)	0,2-0,6
указанный крахмал	0,2-0,8
нитрат кальция	14-50
нитрат аммония	2-7
пеногаситель «Софэксил 9056-20»	0,01-0,15
вода	остальное,

при этом раствор имеет плотность 1100-1600 кг/м³

По второму варианту буровой раствор, включающий биополимер ксантан, смесь солей, крахмал и воду, отличается тем, что он содержит крахмал химически модифицированный, биополимер ксантан «Сараксан-Т» или «Сараксан», в качестве смеси солей - нитрат кальция, нитрат аммония и хлорид кальция, и дополнительно - пеногаситель «Софэксил 9056-20» при следующем соотношении компонентов, мас.%:

указанный биополимер (на сухое)	0,2-0,3
указанный крахмал	0,1-0,3
нитрат кальция	14-50
нитрат аммония	2-7
хлорид кальция	15-20
пеногаситель «Софэксил 9056-20»	0,01-0,15
вода	остальное,

при этом раствор имеет плотность 1100-1600 кг/м³

Кремнийорганический пеногаситель «Софэксил 9056-20» представляет собой водную эмульсию модифицированного полидиметилсилоксана.

Все компоненты бурового раствора экологически чистые. Нитраты кальция и аммония используют в сельском хозяйстве как азотные удобрения, которые представляют собой аммонизированный раствор нитрата кальция (см. ТУ 113-03-22-01-87). Биополимер ксантан «Сараксан» или "Сараксан-Т" (см. патент РФ №2252033, МПК 7 А61К 47/36, С12Р 19/06, опубл. 20.05.05 г.) разрешен в технологических процессах добычи нефти. Химически модифицированный крахмал и кремнийорганический пеногаситель относятся к 4 классу малоопасных веществ. Химически модифицированный крахмал представляет собой реагент полисахаридный для буровых растворов (см. ТУ 6-55-221-147797). рН бурового раствора составляет 7,5-8,4 (в зависимости от плотности раствора).

Нитраты кальция и аммония, хлорид кальция обеспечивают плотность бурового раствора от 1100 до 1600 кг/м³, повышают загущающую способность ксантана, минимизируют внешнее воздействие на реологические свойства бурового раствора и служат бактерицидом, благодаря чему буровой раствор сохраняет высокую эффективность в течение продолжительного времени. Ксантан "Сараксан" или "Сараксан-Т" обеспечивает высокие реологические свойства благодаря своей способности растворяться с образованием минимального количества микрогелей. Химически модифицированный крахмал обеспечивает низкую водоотдачу и устойчивость к высокому содержанию ионов кальция в растворе. Количество пеногасителя "Софэксил 9056-20" 0,15 мас.% достаточно для предотвращения образования пены раствора с высокой плотностью при угловой скорости до 600 об/мин, с уменьшением плотности раствора снижается необходимое количество пеногасителя до 0,01 мас.%.

Отличительной особенностью предлагаемых буровых растворов являются сохранение реологических и фильтрационных параметров через месяц после приготовления при высокой плотности раствора без бактерицида, даже наблюдается увеличение реологических параметров, что дает возможность его многократного использования; при низкой плотности раствора биополимерная система существует не менее 3 недель без бактерицида. Данный раствор сохраняет устойчивость при повышении общего количества ионов кальция (при втором варианте бурового раствора). При пластовом давлении в скважине выше гидростатического применяется утяжеленный раствор, в данном случае в буровой раствор вводится хлорид кальция, что позволяет вскрывать пласты при высоком пластовом давлении. Данное изобретение показано на примерах, описанных ниже. Свойства предлагаемого бурового раствора представлены в таблицах 1 и 2. Реологические параметры и водоотдачу определяли через одни сутки и через 30 дней после приготовления раствора. Водоотдачу определяли при давлении в 1 атм. Вязкостные характеристики определяли с помощью вискозиметра Farm. Эффективную вязкость определяли при 600 об/мин.

Благодаря подобранному сочетанию полимеров (ксантан марки "Сараксан" или "Сараксан-Т" и химически модифицированный крахмал), раствор при низких скоростях сдвига имеет высокую вязкость, а при высоких скоростях сдвига вязкость раствора приближается к вязкости воды. При остановке течения мгновенно формируется гелеобразная тиксотропная структура, которая определяется при скорости сдвига 3 об/мин на вискозиметре Fann.

Приготовление и очистка биополимерного раствора осуществляется с использованием стандартного оборудования.

Узел приготовления буровых растворов должен включать смесительную емкость с гидравлическим и механическим перемешивателями для приготовления рабочего бурового раствора.

Способ приготовления 1 м³ бурового раствора по первому варианту с ρ=1100 кг/м³ с концентрацией биополимера ксантан «Сараксан» 0,5 мас.% (на сухое) и модифицированного крахмала 0,8 мас.% заключается в следующем.

Для приготовления 1 м³ раствора берется 0,987 м раствора, содержащего 14 мас.% нитрата кальция и 2 мас.% нитрата аммония с плотностью ρ=1100 кг/м³. При интенсивном перемешивании не менее 15 минут и температуре не меньше 20°С (если температура будет ниже, то биополимер ксантан и модифицированный крахмал будут плохо распускаться и могут образоваться не растворившиеся комки полимеров) медленно вводится 5,4 кг биополимера ксантан марки «Сараксан» (ксантановая камедь). Если перемешивание проводить меньше 15 минут, то будет происходить образование полимерных комков, которые в дальнейшем не смогут полностью распуститься в водном растворе солей. Из-за возможности образования пены после введения биополимера необходимо ввести 0,22 л пеногасителя «Софэксил 9056-20».

После введения пеногасителя «Софэксил 9056-20» при интенсивном перемешивании медленно вводят 8,8 кг модифицированного крахмала и в течение не менее 15 минут размешивают полученный раствор до полного растворения реагентов и получения заданных реологических свойств системы (см. пример №1).

Пример 1. Состав: 82,68 мас.% воды, 0,5 мас.% ксантана (использован ксантан марки "Сараксан", количество в пересчете на сухой продукт), 0,8 мас.% химически модифицированного крахмала, 0,02 мас.% пеногасителя «Софэксил 9056-20», 14 мас.% нитрата кальция и 2 мас.% нитрата аммония, обеспечивающие плотность 1100 кг/м³.

День	ηпл, мПа·с	ηэф, мПа·с	τ0, дПа	СНС10 с,дПа	СНС10 мин, дПа	Водоотдача, см3
1	13	29	156,16	68,32	82,96	2,9
30	14	30	158,23	70,76	85,4	2,5

Способ приготовления 1 м³ бурового раствора по второму варианту ρ=1600 кг/м³ с концентрацией биополимера ксантан марки «Сараксан-Т» 0,2 мас.% и модифицированного крахмала 0,1 мас.%.

Для приготовления 1 м³ раствора берется 0,85 м³ раствора, содержащего 50 мас.% нитрата кальция, 7 мас.% нитрата аммония и 20 мас.% хлорида кальция с плотностью ρ=1485 кг/м³. При интенсивном перемешивании не менее 15 минут и температуре не меньше 20°С (если температура будет ниже, то биополимер ксантан и модифицированный крахмал будут плохо распускаться и могут образоваться нерастворившиеся комки полимеров) медленно вводится 2,54 кг биополимера ксантан «Сараксан-Т». Если перемешивание проводить меньше 15 минут, то будет происходить образование полимерных комков, которые в дальнейшем не смогут полностью распуститься в водном растворе солей. Из-за возможности образования пены после введения биополимера необходимо ввести 2 л пеногасителя «Софэксил 9056-20».

После введения пеногасителя при интенсивном перемешивании медленно вводят 1,27 кг модифицированного крахмала не менее 15 минут, размешивают полученный раствор до полного растворения реагентов. После введения полимерных реагентов в течение 1 часа вводят 100 кг хлорида кальция до полного его растворения, потом в течение 1 часа еще 100 кг до полного его растворения и в течение 1 часа 133,3 кг хлорида кальция. Если хлорид кальция вводить меньше 1 часа и без разбивания массы хлорида кальция на три части, то происходит сильное нагревание раствора и медленное его остывание. После введения хлорида кальция раствор охлаждают до температуры 20-22°С, при которой происходит измерение реологических и фильтрационных характеристик (см. пример №2).

Пример 2. Состав: 22,55 мас.% воды, 0,2 мас.% ксантана (использован ксантан марки "Сараксан-Т), 0,1 мас.% химически модифицированного крахмала, 0,15 мас.% пеногасителя, 50 мас.% нитрата кальция, 7 мас.% нитрата аммония, 20 мас.% хлорида кальция, обеспечивающие плотность 1600 кг/м³.

День	ηпл, мПа·с	ηэф, мПа·с	τ0, дПа	СНС10 с, дПа	СНС10 мин, дПа	Водоотдача, см3
1	70	80	97,6	19,52	34,16	6
30	72	82,5	102,48	19,52	34,16	6

1. Буровой раствор, включающий биополимер ксантан, смесь солей, крахмал и воду, отличающийся тем, что он содержит крахмал химически модифицированный, биополимер ксантан «Сараксан-Т» или «Сараксан», в качестве смеси солей - нитрат кальция и нитрат аммония, и дополнительно - пеногаситель «Софэксил 9056-20» при следующем соотношении компонентов, мас.%:

указанный биополимер (на сухое)	0,2-0,6
указанный крахмал	0,2-0,8
нитрат кальция	14-50
нитрат аммония	2-7
пеногаситель «Софэксил 9056-20»	0,01-0,15
вода	остальное,

при этом раствор имеет плотность 1100-1600 кг/м³

2. Буровой раствор, включающий биополимер ксантан, смесь солей, крахмал и воду, отличающийся тем, что он содержит крахмал химически модифицированный, биополимер ксантан «Сараксан-Т» или «Сараксан», в качестве смеси солей - нитрат кальция, нитрат аммония и хлорид кальция, и дополнительно - пеногаситель «Софэксил 9056-20» при следующем соотношении компонентов, мас.%:

указанный биополимер (на сухое)	0,2-0,3
указанный крахмал	0,1-0,3
нитрат кальция	14-50
нитрат аммония	2-7
хлорид кальция	15-20
пеногаситель «Софэксил 9056-20»	0,01-0,15
вода	остальное,

при этом раствор имеет плотность 1100-1600 кг/м³