Буровой раствор для строительства переходов под естественными и искусственными преградами методом горизонтально направленного бурения
Владельцы патента RU 2328513:
ОБЩЕСТВО С ОГРАНИЧЕННОЙ ОТВЕТСТВЕННОСТЬЮ "КУБАНЬГАЗПРОМ" (RU)
Изобретение относится к строительству переходов под естественными и искусственными преградами методом горизонтально направленного бурения, а именно к составу раствора, используемого при строительстве таких переходов. Технический результат - повышение смазочных и ингибирующих свойств бурового раствора при одновременном повышении его способности удерживать во взвешенном состоянии выбуренную породу и выносить ее на поверхность при строительстве переходов. Буровой раствор для строительства переходов под естественными и искусственными преградами методом горизонтально направленного бурения содержит, мас.%: глину 1,0-2,9, понизитель фильтрации 0,2-0,4, модифицирующую добавку - реагент ФК-1 3,1-5,0, воду остальное. 1 табл.
Изобретение относится к строительству переходов под естественными и искусственными преградами методом горизонтально направленного бурения, которое представляет собой бестраншейную прокладку трубопроводов на значительной глубине от пересекаемых препятствий, а именно к составу раствора, используемого при строительстве таких переходов.
Известны полимерные недиспергирющие растворы, содержащие различные смазочные и ингибирующие добавки (1). (Булатов А.И., Пеньков А.И., Проселков Ю.М. Справочник по промывке скважин. М.: Недра, 1984 г., с.39-54).
Недостатком известных составов является то, что они не позволяют достичь требуемых параметров для данных условий бурения, а именно не обладают достаточными ингибирующими и смазывающими свойствами.
Наиболее близким к заявляемому является буровой раствор, содержащий глину, воду, понизитель фильтрации, смазочную добавку, в качестве которой используется хлопковый фосфатидный концентрат.(2) (А.с. SU №1640141, кл, С09К 7/02, 1991 г.).
Недостатками известного бурового раствора являются низкие смазочные и ингибирующие свойства и низкая способность удерживать во взвешенном состоянии и выносить породу на поверхность при бурении переходов.
Задачей настоящего изобретения является повышение смазочных и ингибирующих свойств бурового раствора при одновременном повышении его способности удерживать во взвешенном состоянии выбуренную породу и выносить ее на поверхность при строительстве переходов.
Сущность настоящего изобретения заключается в том, что известный буровой раствор для строительства переходов под естественными и искусственными преградами методом горизонтально направленного бурения, включая глину, понизитель фильтрации, модифицирующую добавку и воду, согласно изобретению, в качестве модифицирующей добавки содержит реагент ФК-1 при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| Глина | 1,1-2,9 |
| Понизитель фильтрации | 0,2-0,4 |
| Реагент ФК-1 | 3,1-5,0 |
| Вода | 91,7-95,7 |
Техническим результатом данного изобретения является состав раствора, позволяющий получить стабильный буровой раствор с высокими удерживающими и транспортирующими свойствами, способствующими эффективной очистке ствола скважины от выбуренной породы, а также смазочные и ингибирующие свойства, позволяющие получить устойчивые стенки перехода, обеспечивающие в дальнейшем беспрепятственную протяжку дюкеров.
В качестве понизителя фильтрации используется КМЦ-600, КМЦ-700 или полимерные реагенты акрилового ряда.
В качестве модифицирующей добавки используется реагент ФК-1. Реагент является ингибирующей смазочной добавкой, состав и свойства которой описаны в статье «Опыт применения экологически безопасной смазочной добавки ФК-1 в буровых растворах при бурении нефтяных и газовых скважин на Кубани» (3) (журнал «Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море», №10, 1998 г., с.10-14).
Применение в качестве модифицирующей добавки реагента ФК-1 в количестве 3,1-5,0 мас.% позволяет получить высокоингибированный раствор с антиприхватными свойствами, препятствующий проявлениям обвалообразований неустойчивых пород стенок скважины, кольматирующий в ней поры и трещины и создающий на стенках перехода тонкую, малопроницаемую корку.
Соотношение пластической вязкости и динамического напряжения сдвига систем заявленного состава указывает на удерживающую и выносящую способности раствора, которые позволяют эффективно очищать забой и ствол скважины от выбуренной породы и удерживать шлам во взвешенном состоянии после прекращения промывки.
Это достигается особым строением молекул, входящих в состав реагента ФК-1: наличием «гидрофильной головы», образованной полярными остатками фосфорной кислоты, азотистого основания или спирта, и «гидрофобного хвоста», образованного алифатическими цепями остатков жирных кислот. При этом важным для решения поставленной цели является количественное содержание (не более 20%) насыщенных стеариновой, пальмитиновой и других кислот, входящих в структуру фосфаридного концентрата и масел. Влияние реагента ФК-1 на свойства раствора обусловлено своеобразной ориентацией его молекул, полярные группы связаны с поверхностью трения, а неполярная часть направлена наружу, образуя своеобразный «молекулярный ворс». Последний достаточно прочен и гибок, чтобы воспринимать нагрузку и обеспечивать движение трущихся поверхностей по слою адсорбированных молекул.
Буровой раствор получают механическим смешиванием компонентов в заявляемых пределах содержания. Подробнее описание приготовления растворов приведено далее по тексту в примерах 1-9. После получения однородного раствора определяют его свойства.
Технологические свойства растворов определяют по стандартным методикам на стандартных приборах. Ингибирующую способность оценивают показателем увлажняющей способности (По, %/час) специально приготовленных глинистых образцов. Смазочную (антиприхватную) способность определяют в паре «фильтрационная корка-металл» на усовершенствованном приборе СНС-2 по коэффициенту сдвига корки (КСК). Реологические свойства буровых растворов оценивают на ротационном вискозиметре ВСН-3 (СНС 1/10, ∂Па; ηПЛ; мПа·с; τ0, ∂Па).
Состав, общетехнологические, фильтрационные, ингибирующие, смазочные свойства растворов приведены в прелагаемой таблице. Составы растворов приведены в прилагаемой таблице. Состав растворов приведен в мас.%, что соответствует количеству реагентов в граммах, необходимых для приготовления 100 г раствора.
Пример 1. Из 89,9 г воды (89,9%) и 7 г глины (7%) (бентопорошка в расчете на сухой продукт) при переметывании в течение 1 часа готовят глинистую суспензию. Добавляют понизитель фильтрации, например карбоксиметилцеллюлозу (КМЦ), в количестве 0,1 г (0,1%), перемешивают 30 мин, затем вводят 3 г (3%) хлопкового фосфатидного концентрата (ХФК) и перемешивают 15 мин. После чего замеряют все параметры полученной суспензии. Результаты полученных параметров приведены в таблице.
Пример 2. Из 89,9 г (89,9%) воды и 7 г (7%) глины (бентопорошка в расчете на сухой продукт) при перемешивании готовят в течение 1 часа глинистую суспензию. Добавляют понизитель фильтрации, например карбоксиметилцеллюлозу (КМЦ), в количестве 0,1 г (0,1%), перемешивают 30 мин. Затем вводят 3,0 г (3,0%) хлопкового фосфатидного концентрата (ХФК) и перемешивают 15 мин. После получения однородной суспензии в раствор добавляют 10 г (10%) шлама, в качестве которого используют высушенную выбуренную породу, перемешивают 1 час. Замеряют параметры полученной ступени. Результаты полученных параметров приведены в таблице.
Пример 3. Из 94,2 г (94,2%) воды и 2,9 г (2,9%) глины (бентопорошка в расчете на сухой продукт) при перемешивании готовят в течение 1 часа глинистую суспензию. Добавляют понизитель фильтрации, например карбоксиметилцеллюлозу (КМЦ), в количестве 0,4 г (0,4%), перемешивают 30 мин. Затем вводят 2,5 г (2,5%) реагента ФК-1 и перемешивают 15 мин. После получения однородной суспензии замеряют ее параметры. Результаты полученных параметров приведены в таблице.
Пример 4. Из 94,2 г (94,2%) воды и 2,9 г глины (2,9%) (бентопорошка в расчете на сухой продукт) при перемешивании готовят в течение 1 часа глинистую суспензию. Добавляют понизитель фильтрации, например карбоксиметилцеллюлозу (КМЦ), в количестве 0,4 г (0,4%), перемешивают 30 мин. Затем вводят 2,5 г (2,5%) реагента ФК-1 и перемешивают 15 мин. После получения однородной суспензии в раствор добавляют 10 г (10%) шлама, в качестве которого используют высушенную выбуренную породу, перемешивают 1 час. Замеряют параметры полученной ступени. Результаты полученных параметров приведены в таблице.
Пример 5. Из 93,6 г (93,6%) воды и 2,9 г глины (2,9) (бентопорошка в расчете на сухой продукт) при перемешивании готовят в течение 1 часа глинистую суспензию. Добавляют понизитель фильтрации, например карбоксиметилцеллюлозу (КМЦ), в количестве 0,4 г (0,4%), перемешивают 30 мин. Затем вводят 3,1 г (3,1%) реагента ФК-1 и перемешивают 15 мин. После получения однородной суспензии в раствор добавляют 10 г (10%) шлама, в качестве которого используют высушенную выбуренную породу, перемешивают 1 час. Замеряют параметры полученной ступени. Результаты полученных параметров приведены в таблице.
Пример 6. Из 94,7 г (94,7%) воды и 1,0 г глины (1,0%) (бентопорошка в расчете на сухой продукт) при перемешивании готовят в течение 1 часа глинистую суспензию. Добавляют понизитель фильтрации, например карбоксиметилцеллюлозу (КМЦ), в количестве 0,3 г (0,3%), перемешивают 30 мин. Затем вводят 4,0 г (4,0%) реагента ФК-1 и перемешивают 15 мин. После получения однородной суспензии в раствор добавляют 10 г (10%) шлама, в качестве которого используют высушенную выбуренную породу, перемешивают 1 час. Замеряют параметры полученной ступени. Результаты полученных параметров приведены в таблице.
Пример 7. Из 94,3 г (94,3%) воды и 2,0 г глины (2,0%) (бентопорошка в расчете на сухой продукт) при перемешивании готовят в течение 1 часа глинистую суспензию. Добавляют понизитель фильтрации, например карбоксиметилцеллюлозу (КМЦ), в количестве 0,2 г (0,2%), перемешивают 30 мин. Затем вводят 3,5 г (3,5%) реагента ФК-1 и перемешивают 15 мин. После получения однородной суспензии в раствор добавляют 15 г (15%) шлама, в качестве которого используют высушенную выбуренную породу, перемешивают 1 час. Замеряют параметры полученной ступени. Результаты полученных параметров приведены в таблице.
Пример 8. Из 92,8 г (92,8%) воды и 2,0 г глины (2,0%) (бентопорошка в расчете на сухой продукт) при перемешивании готовят в течение 1 часа глинистую суспензию. Добавляют понизитель фильтрации, например карбоксиметилцеллюлозу (КМЦ), в количестве 0,2 г (0,2%), перемешивают 30 мин. Затем вводят 5,0 г (5,0%) реагента ФК-1 и перемешивают 15 мин. После получения однородной суспензии в раствор добавляют 15 г (15%) шлама, в качестве которого используют высушенную выбуренную породу, перемешивают 1 час. Замеряют параметры полученной ступени. Результаты полученных параметров приведены в таблице.
Пример 9. Из 91,8 г (91,8%) воды и 2,0 г глины (2,0%) (бентопорошка в расчете на сухой продукт) при перемешивании готовят в течение 1 часа глинистую суспензию. Добавляют понизитель фильтрации, например карбоксиметилцеллюлозу (1СМЦ), в количестве 0,2 г (0,2%), перемешивают 30 мин. Затем вводят 6,0 г (6,0%) реагента ФК-1 и перемешивают 15 мин. После получения однородной суспензии в раствор добавляют 15 г (15%) шлама, в качестве которого используют высушенную выбуренную породу, перемешивают 1 час. Замеряют параметры полученной ступени. Результаты полученных параметров приведены в таблице.
Шлам добавляется к буровым растворам для испытаний сверх 100 мас.%, чтобы оценить их способность удерживать выбуренную породу во взвешенном состоянии и выносить ее на поверхность, то есть оценить обеспечение достижения указанной цели.
Как видно из данных, приведенных в таблице, растворы предлагаемого состава (примеры 4-7) имеют лучшие смазочные, ингибирующие, реологические свойства, отличаются стабильностью по сравнению с известными буровыми растворами (примеры 1,2). Содержание в растворе реагента ФК-1 менее 3,1% не дает эффекта в улучшении параметров (пример 3), а содержание реагента ФК-1 более 5,0% является нецелесообразным, т.к. при такой концентрации наблюдается резкое повышение показателя условной вязкости, что резко снижает подвижность глинистой системы.
Таким образом, данные, приведенные в таблице, свидетельствуют о новом влиянии реагента ФК-1 в заявляемых концентрациях на параметры глинистого раствора, что позволяет получить системы с улучшенными ингибирующими, смазочными свойствами, а реологические параметры способствуют повышению удерживающей и выносящей способностей системы. Заявляемая система отличается при этом стабильностью во времени.
Система обладает малокомпонентным составом, поэтому отличается мобильностью управления ее свойствами. Это позволяет использовать систему при строительстве переходов под естественными и искусственными преградами методом горизонтально направленного бурения в различных геологических условиях.
| Таблица | |||||||||||||||||||||||
| № примера | Шлам, мас.% | Состав бурового раствора, мас.% | Свойства полученных буровых растворов | Стабильность буровых растворов, ρ, г/см3 | |||||||||||||||||||
| Глина | КМЦ | ХФК | ФК-1 | Вода | ρ, г/см3 | Т, С | СН 1/10 Па | Ф, см3 | pH | КСК | По, %/час | ηпл., μПа·с | τо, ∂Па | ||||||||||
| 1 час | 6 час | 24 часа | 48 часов | ||||||||||||||||||||
| верх | низ | верх | низ | верх | низ | верх | низ | ||||||||||||||||
| 1. | - | 7,0 | 0,1 | 3,0 | - | 89,9 | 1,05 | 32 | 6/9 | 6,0 | 8,2 | 0,20 | 4,16 | 10,0 | 15,0 | 1,05 | 1,05 | 1,05 | 1,05 | 1,05 | 1,05 | 1,05 | 1,05 |
| 2. | 10 | 7,0 | 0,1 | 3,0 | - | 89,9 | 1,12 | 51 | 18/21 | 6,0 | 8,25 | 0,22 | 4,2 | 16,0 | 30,0 | 1,10 | 1,14 | 1,08 | 1,16 | Выпадение шлама | |||
| 3. | - | 2,9 | 0,4 | - | 2,5 | 94,2 | 1,02 | 35 | 9/21 | 5,0 | 8,5 | 0,17 | 2,37 | 10,0 | 27,0 | 1,02 | 1,02 | 1,02 | 1,02 | 1,02 | 1,02 | 1,02 | 1,02 |
| 4. | 10,0 | 2,9 | 0,4 | - | 2,5 | 94,2 | 1,09 | 49 | 21/39 | 4,0 | 8,5 | 0,17 | 2,3 | 23,0 | 54,0 | 1,09 | 1,09 | 1,09 | 1,09 | 1,07 | 1,11 | 1,05 | 1,13 |
| 5. | 10,0 | 2,9 | 0,4 | - | 3,1 | 93,6 | 1,09 | 55 | 38/114 | 4,0 | 8,15 | 0,14 | 1,8 | 23,0 | 81,0 | 1,09 | 1,09 | 1,09 | 1,09 | 1,09 | 1,09 | 1,09 | 1,09 |
| 5. | 10,0 | 1,0 | 0,3 | - | 4,0 | 94,7 | 1.07 | 68 | 24/69 | 4,0 | 8,17 | 0,12 | 1,6 | 29,0 | 123,0 | 1,07 | 1,07 | 1,07 | 1,07 | 1,07 | 1,07 | 1,07 | 1,07 |
| 7. | 15,0 | 2,0 | 0,2 | - | 3,5 | 94,3 | 1,12 | 72 | 30/105 | 4,0 | 8,2 | 0,12 | 1,7 | 38,0 | 108,0 | 1,12 | 1,12 | 1,12 | 1,12 | 1,12 | 1,12 | 1,12 | 1,12 |
| 9. | 15,0 | 2,0 | 0,2 | - | 5,0 | 92,8 | 1,12 | 86 | 42/120 | 3,5 | 8,0 | 0,12 | 1,6 | 40,0 | 131,0 | 1,12 | 1,12 | 1,12 | 1,12 | 1,12 | 1,12 | 1,12 | 1,12 |
| 9. | 15,0 | 2,0 | 0,2 | 6,0 | 91,8 | 1,12 | 123 | 72/136 | 3,5 | 8,0 | 0,12 | 1,6 | 25,0 | 195,0 | 1,12 | 1,12 | 1,12 | 1,12 | 1,12 | 1,12 | 1,12 | 1,12 |
Буровой раствор для строительства переходов под естественными и искусственными преградами методом горизонтально направленного бурения, включающий глину, понизитель фильтрации, модифицирующую добавку и воду, отличающийся тем, что в качестве модифицирующей добавки он содержит реагент ФК-1 при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| Глина | 1,0-2,9 |
| Понизитель фильтрации | 0,2-0,4 |
| Реагент ФК-1 | 3,1-5,0 |
| Вода | 91,7-95,7 |
