Малоглинистый буровой раствор
Изобретение относится к области бурения скважин, а именно к буровым растворам на водной основе, используемым для бурения продуктивных пластов и геофизических исследований нефтяных и газовых скважин. Малоглинистый буровой раствор содержит, мас.%: глина бентонитовая - 2,0-3,0, карбоксиметилцеллюлоза - 0,1-0,15, крахмал - 1,0-2,0, реагент для регулирования удельного электрического сопротивления - пентамеры пропилена - 1,0-5,0, карбонатный утяжелитель - 5,0-8,0, смазочная добавка Lubriol W - 0,1-0,5, вода - остальное. Технический результат - улучшение качества раствора за счет повышения удельного электрического сопротивления при повышенной температуре при одновременном сохранении положительных фильтрационных, структурно-механических и реологических свойств раствора. 2 табл.
Изобретение относится к области бурения скважин, а именно к буровым растворам на водной основе, используемым для бурения продуктивных пластов и геофизических исследований нефтяных и газовых скважин.
Бурение на глинистых растворах осложняется тем, что повышенное содержание глинистых частиц в буровом растворе может привести к адгезионному взаимодействию с поверхностями стенок ствола и бурильных труб и, как следствие, к различным осложнениям процесса бурения, а также к ухудшению качества вскрытия продуктивных пластов. Бурение на малоглинистых буровых растворах способствует улучшению показателей работы долот и в целом улучшает технико-экономические показатели бурения. В то же время за счет несложной декольматации продуктивного пласта применением кислотной обработки удается лучше сохранить коллекторские характеристики продуктивных пластов, сократить время освоения и повысить продуктивность скважин.
Недостатком малоглинистых буровых растворов является невысокая седиментационная устойчивость их, особенно при повышенных температурах, и высокая водоотдача, что отрицательно сказывается на состоянии коллекторов продуктивных пластов, снижая их продуктивность.
При проведении геофизических исследований в скважине необходимо, чтобы удельное электрическое сопротивление бурового раствора в скважине было не ниже 0,2 Ом·м. Иначе невозможно проведение каротажных методов, что приводит к значительной потере информации и затрудняет выдачу заключения о наличии в разрезе пород-коллекторов и характере их насыщения. Удельное электрическое сопротивление в растворе определяется концентрацией солей в растворе, их химическим составом и температурой. С повышением температуры увеличивается подвижность ионов, что обуславливает снижение показателя удельного электрического сопротивления.
Кроме того, при бурении продуктивных пород к буровому раствору предъявляются более жесткие требования по ограничению фильтрации бурового раствора в пласт и качеству фильтрата, который бы в минимальной степени снижал первоначальную проницаемость пласта по нефти.
Известен буровой раствор, близкий по своей технической сущности к предлагаемому, содержащий в своем составе бентонитовую глину, лигно-сульфонатный разжижитель, термосолестойкий акриловый сополимер, аммонийную соль фосфорной кислоты и воду (патент РФ №1451155 от 08.10.86 г.). Буровой раствор относится к малоглинистым и имеет значения показателя удельного электрического сопротивления при повышенных температурах выше рекомендуемых значений, необходимых для проведения геофизических исследований. Недостатком известного бурового раствора являются высокие значения показателя фильтрации, что не позволяет использовать его в продуктивных коллекторах.
Известен буровой раствор, близкий по своему составу к предлагаемому и взятый за прототип. Буровой раствор включает в своем составе композицию реагентов, направленных на снижение коэффициента фильтрации и увеличение коэффициента восстановления проницаемости по нефти, содержащий глину, крахмал, КМЦ, минерализатор и пресную воду, дополнительно содержит карбонат кальция, а в качестве минерализатора - минерализованную пластовую воду с плотностью 1,10-1,16 г/см3 общей минерализации 180-250 г/л (патент РФ №2103312 от 27.01.98 г.). Недостатком известного бурового раствора являются низкие значения показателя удельного электрического сопротивления из-за повышенного содержания солей в растворе, что приводит к невозможности проведения электрокаротажных исследований. Цель изобретения - улучшение качества раствора за счет повышения удельного электрического сопротивления при повышенной температуре при одновременном сохранении положительных фильтрационных, структурно-механических и реологических свойств раствора.
Поставленная цель достигается тем, что малоглинистый буровой раствор для бурения продуктивных пластов и геофизических исследований нефтяных и газовых скважин содержит глину бентонитовую, карбоксиметилцеллюлозу термостабильную, крахмал, реагент для регулирования удельного электрического сопротивления и воду, отличающийся тем, что в качестве реагента для регулирования удельного электрического сопротивления содержит пентамеры пропилена и дополнительно содержит карбонатный утяжелитель, смазочную добавку при следующем содержании компонентов, мас.%:
| Глина бентонитовая | 2,0-3,0 |
| Карбоксиметилцеллюлоза термостабильная | 0,1-0,15 |
| Крахмал | 1,0-2,0 |
| Пентамеры пропилена | 1,0-5,0 |
| Карбонатный утяжелитель | 5,0-8,0 |
| Смазочная добавка | 0,1-0,5 |
| Вода | Остальное |
Введение пентамеров пропилена приводит к повышению показателя удельного электрического сопротивления и снижению показателя фильтрации за счет частичного эмульгирования водной фазы, при этом не ухудшаются структурно-механические и реологические свойства раствора. Указанный реагент хорошо сочетается со всеми функциональными добавками, входящими в буровой раствор.
Для получения необходимых свойств, отвечающих поставленной задаче, производили подбор реагентов таким образом, чтобы при их минимальном содержании в сочетании с другими реагентами наблюдалось синергетическое взаимодействие, за счет которого получали раствор с заданными стабильными свойствами при повышенной температуре.
Реагенты, входящие в состав заявляемого бурового раствора, обеспечивают ему следующие свойства:
- глина бентонитовая используется в качестве структурообразователя и регулятора тиксотропных свойств бурового раствора (повышение удерживающей и транспортирующей способности);
- карбоксиметилцеллюлоза термостабильная обеспечивает снижение показателя фильтрации при одновременной стабилизации и регулировании реологических показателей бурового раствора, придает термо- и солестойкость.
Инкапсулирующие свойства реагента ингибируют набухание глин, снижают накопления твердой фазы в растворе и способствуют стабилизации стенок скважины.
- Крахмал обеспечивает эффективное снижение фильтрации бурового раствора в пласт.
- Пентамеры пропилена повышают удельное электрическое сопротивление, частично гидрофобизуют породу, при этом облегчается вызов притока нефти.
- Для повышения плотности бурового раствора в него может быть введено расчетное количество кислоторастворимого карбонатного утяжелителя (например, мелкодисперсного мела),
- Для улучшения смазывающей способности с целью предупреждения прихватов бурового инструмента в буровой раствор вводится смазка.
Достигаемый эффект обеспечивается комплексным воздействием всех компонентов, входящих в состав заявляемого малоглинистого бурового раствора.
Из существующего уровня техники нам не известно, что компоненты, входящие в состав заявляемого малоглинистого бурового раствора в данном сочетании, обеспечивают указанные выше свойства, что позволяет сделать вывод о соответствии предлагаемого технического решения критерию «изобретательский уровень».
При приготовлении заявляемого малоглинистого бурового раствора в лабораторных условиях были использованы следующие вещества:
- Глина бентонитовая марки ПБМБ или ПБМВ производства компании ОАО «Хакасский бентонит» (ТУ 39-0147001-105-93);
- Карбоксиметилцеллюлоза марки Carboksil THM-S производства компании Lamberti (Италия);
- Крахмал химически модифицированный ПСБ (ТУ 6-55-221-1477-97);
- Мел технический производства ОАО "Стройматериалы", г.Белгород (ТУ 21-020350-06-92);
- Пентамеры пропилена производства ОАО «Нижнекамскнефтехим» (ТУ 2211-020-05766801-2003);
- Смазочная добавка Lubriol марки W (ТУ 2458-001-74138808-06) производства ООО «Техмаш», г.Москва;
- Вода пресная.
Способ приготовления малоглинистого бурового раствора заключается в следующем. Например, для приготовления 1000 г раствора необходимо при перемешивании внести 20 г глины бентонитовой в 500 мл воды и дать выдержку для набухания. Полимерные составляющие бурового раствора растворяют в отдельной емкости, для этого при интенсивном перемешивании с помощью механической мешалки в 349 мл воды вносят последовательно 1 г карбоксиметилцеллюлозы и 20 г крахмала. Перемешивание осуществляют до полного растворения реагентов. Далее в приготовленный раствор глины вводят приготовленный раствор полимеров и при перемешивании вносят 60 г мела и 50 г пентамеров пропилена. Перемешивают раствор в течение 20-40 минут и определяют характеристики приготовленного малоглинистого бурового раствора.
Аналогичным образом готовят растворы с различным соотношением компонентов.
В лабораторных условиях проведены исследования по определению технологических параметров заявляемого бурового раствора в сравнении с прототипом. Измерения основных параметров проводили у буровых растворов свежеприготовленных и после выдержки их при температуре 80°С в течение 12 часов.
Оценка основных технологических параметров исследуемых растворов проводилась с помощью стандартных приборов по методикам, описанным в РД 39-00147001-773-2004 «Методики контроля параметров буровых растворов», разработанном в ОАО НПО «Бурение». Показатель удельного электрического сопротивления определяли с помощью измерителя сопротивления фирмы OFITE (OFI Resistivity Meter).
В табл.1 приведены данные компонентного состава исследованных растворов, в табл.2 приведены технологические характеристики указанных растворов. Результаты исследований показывают, что предлагаемый буровой раствор позволяет достичь поставленной цели изобретения.
Сравнительный анализ характеристик заявляемого малоглинистого бурового раствора с прототипом показывает, что заявляемый раствор имеет более высокие значения показателя удельного электрического сопротивления, что позволяет его использовать для геофизических исследований скважин, а его фильтрационные характеристики (водоотдача) значительно ниже, что приводит к сохранению коллекторских свойств пласта и предопределяет высокую эффективность его использования в промысловых условиях.
| Таблица 1 | |||||||
| Состав малоглинистого бурового раствора | |||||||
| Наименование компонентов | Концентрация, мас.% | ||||||
| Прототип | Раствор №1 | Раствор №2 | Раствор №3 | Раствор №4 | Раствор №5 | Раствор №6 | |
| Глина бентонитовая | 3,0 | 2 | 2 | 1 | 2 | 2,5 | 3,0 |
| Карбоксиметилцеллюлоза | 0,7 | 0,15 | 0,1 | 0,1 | 0,1 | 0,1 | 0,1 |
| Крахмал | 0,8 | 1,0 | 1,5 | 2 | 2 | 2 | 1,0 |
| Пентамеры пропилена | - | 2,0 | 5,0 | 5,0 | 3,0 | 4,0 | 1,0 |
| Мел | 6,0 | 6,0 | 7,0 | 6,0 | 6,0 | 5,0 | 8,0 |
| Смазочная добавка | - | 0,5 | 0,15 | 0,1 | 0,4 | 0,5 | 0,1 |
| Вода с минерализацией 180 г/л | 12 | - | - | - | - | - | - |
| Вода пресная | 77,5 | 88,35 | 84,25 | 84,8 | 86,5 | 85,9 | 86,8 |
| Таблица 2 | ||||||||||||||
| Технологические характеристики малоглинистого бурового раствора | ||||||||||||||
| Наименование показателей | Значение показателей | |||||||||||||
| Прототип | Раствор №1 | Раствор №2 | Раствор №3 | Раствор №4 | Раствор №5 | Раствор №6 | ||||||||
| Исходный | После выдержки при Т=80°С | Исходный | После выдержки при Т=80°С | Исходный | После выдержки при Т=80°С | Исходный | После выдержки при Т=80°С | Исходный | После выдержки при Т=80°С | Исходный | После выдержки при Т=80°С | Исходный | После выдержки при Т=80°С | |
| Плотность, г/см3 | 1,09 | 1,09 | 1,073 | 1,073 | 1,075 | 1,075 | 1,068 | 1,068 | 1,055 | 1,055 | 1,045 | 1,045 | 1,085 | 1,085 |
| рН | 7,0 | 7,0 | 9,0 | 9,0 | 9,0 | 9,0 | 9,0 | 9,0 | 9,0 | 9,0 | 9,6 | 9,6 | 9,9 | 9,9 |
| Условная вязкость, с | 28 | 25 | 36 | 31 | 33 | 30 | 32 | 30 | 35 | 31 | 34 | 30 | 32 | 27 |
| Пластическая вязкость, мПа·с | 25,3 | 21,1 | 17,5 | 16,3 | 19 | 17,3 | 15 | 13,6 | 17 | 14,1 | 19,5 | 19,5 | 20,1 | 17,1 |
| Динамическое напряжение сдвига, дПа | 54,8 | 51,6 | 66,8 | 61,6 | 68 | 65 | 64,5 | 61,3 | 66,5 | 62,3 | 76,5 | 70,4 | 77,8 | 72,3 |
| Статическое напряжение сдвига 1/10, дПа | 4,7/ 6,0 | 0/0 | 3,3/15,8 | 2,3/12,8 | 1/14 | 0/9 | 0/10 | 0/7 | 2,5/18,5 | 1,0/18,5 | 2,5/20,5 | 1,7/17,3 | 4,0/19,1 | 2,5/11,3 |
| Водоотдача, см3/30 мин | 5,0 | 8,0 | 4,5 | 5,0 | 4,0 | 4,5 | 4,0 | 4,5 | 4,0 | 5,0 | 4,0 | 5,0 | 5,0 | 5,5 |
| Толщина корки, мм | 1,5 | 1,5 | 0,5 | 0,5 | 0,3 | 0,3 | 0,3 | 0,3 | 0,3 | 0,3 | 0,3 | 0.3 | 0,5 | 0,5 |
| Удельное электрическое сопротивление, Ом/м | 0,15 | 0,10 | 5,1 | 4,9 | 5,0 | 4,9 | 4,4 | 4,1 | 5,0 | 4,6 | 5,0 | 4,1 | 2,7 | 2,1 |
Малоглинистый буровой раствор для бурения продуктивных пластов и геофизических исследований нефтяных и газовых скважин, содержащий глину бентонитовую, карбоксиметилцеллюлозу термостабильную, крахмал, реагент для регулирования удельного электрического сопротивления, карбонатный утяжелитель и воду, отличающийся тем, что он содержит в качестве реагента для регулирования удельного электрического сопротивления пентамеры пропилена, в качестве смазочной добавки Lubriol W при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:
| Глина бентонитовая | 2,0-3,0 |
| Карбоксиметилцеллюлоза | 0,1-0,15 |
| Крахмал | 1,0-2,0 |
| Пентамеры пропилена | 1,0-5,0 |
| Карбонатный утяжелитель | 5,0-8,0 |
| Смазочная добавка Lubriol W | 0,1-0,5 |
| Вода | Остальное |
