Безглинистый буровой раствор
Владельцы патента RU 2459851:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Волгоградский государственный технический университет (ВолгГТУ) (RU)
Изобретение относится к области бурения нефтяных и газовых скважин, а именно к безглинистым буровым растворам, используемым при бурении, преимущественно при вскрытии бурением продуктивных пластов в зимнее время при температуре минус 20°С. Безглинистый буровой раствор, включающий фторсодержащий сополимер акриламида и акриловой кислоты и воду, содержит сополимер общей формулы:
молекулярной массы 1,2·106 с содержанием фтора 2-4%, при следующем соотношении ингредиентов, мас.%: указанный сополимер 0,1-0,15, вода остальное. Технический результат - стабильность рабочих параметров раствора до 100 суток при воздействии пониженных температур до минус 20°С. 2 пр., 1 табл.
Изобретение относится к области бурения нефтяных и газовых скважин, а именно к безглинистым буровым растворам, используемым при бурении, преимущественно при вскрытии бурением продуктивных пластов в зимнее время при температуре минус 20°С.
Известен безглинистый буровой раствор (Патент РФ №1556099, С09К 7/02, опубл. 1995), включающий акриловый полимер, соль трехвалентного металла и воду, отличающийся тем, что, с целью повышения способности восстанавливать технологические свойства после удаления выбуренной породы при одновременном повышении скорости флокуляции, он дополнительно содержит эфир целлюлозы при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:
| Акриловый полимер | 0,001-0,035 |
| Соль трехвалентного металла | 0,003-0,030 |
| Эфир целлюлозы | 0,100-0,300 |
| Вода | остальное |
К недостаткам известного безглинистого бурового раствора можно отнести его повышенное гидродинамическое давления при циркуляции, что снижает КПД процесса промывки скважины и отрицательно сказывается на сохранении проницаемости призабойной зоны пласта.
Известен буровой раствор (Патент РФ №2243984, С09К 7/02, опубл. БИ №1, 2005 г.), содержащий оксиэтилцеллюлозу (ОЭЦ) или карбоксилметилцеллюлозу (КМЦ), нефтепродукт - в качестве структурообразователя, порошкообразный высокодисперсный наполнитель с ассоциированным газом (воздух, азот) при следующем соотношении ингредиентов:
| Оксиэтилцеллюлоза (ОЭЦ) или | |
| карбоксилметилцеллюлоза (КМЦ) | 0,2÷0,3 |
| Нефтепродукт (нефть товарная, дизтопливо, масло) | 5÷30 |
| ПАВ (сульфанол, ОП-10) | 0,02÷0,05 |
| Высокодисперсный наполнитель (модифицированный бетонит, лигносульфанаты) | 0,9÷1 |
| Газовоздушная смесь - воздух, азот (объемных) | 2÷20 |
| Вода | остальное |
К недостаткам известного бурового раствора можно отнести его высокую стоимость, токсичность, пожароопасность, возможность загрязнения окружающей среды отходами бурения, проблемы безопасной их утилизации.
Известен буровой раствор (Патент РФ №2362793, С09К 8/08, опубл. БИ №21, 2009), содержащий полиакриламид, кальцинированную соду и воду, при этом он дополнительно содержит карбоксилметилцеллюлозу - КМЦ и биополимер «Сараксан» или «Сараксан-Т» при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:
| Полиакриламид - ПАА | 0,15-0,3 |
| Карбоксилметилцеллюлоза - КМЦ | 0,3-0,5 |
| Кальцинированная сода Na2CO3 | 0,3-0,5 |
| Биополимер - «Сараксан» или «Сараксан-Т» | 0,1-0,2 |
| Вода | остальное |
Недостатками данного безглинистого бурового раствора является повышенное содержание ПАА, включение в рецептуру дорогостоящих химреагентов и невозможность его использования при пониженных температурах окружающей среды (минус 20°С).
Известен безглинистый буровой раствор (Патент US №4780517, C08F 20/58, опубл. 1988), содержащий примерно от 50 до 98 мольных процентов акриламида, около 1,9 до 49,9 мольных процентов соли щелочного металла или аммония, соли акриловой кислоты, и примерно от 0,1 до 5 моль процентов сополимеризуемых ионных поверхностно-активных веществ.
К недостаткам данного безглинистого бурового раствора можно отнести повышенное содержание полимера, необходимость введения ионных поверхностно-активных веществ.
Известен буровой раствор (Патент РФ №2301244, С09К 8/12, опубл. БИ №17, 2007), который получают путем смешивания пресной воды, солевого раствора или морской воды и примерно от 0,3 фунта примерно до 2,5 фунтов на активные соединения полимера, одного или нескольких анионных диспергированных полимеров. Анионные диспергированные полимеры состоят из от примерно 2 до примерно 98 мольных процентов одного или нескольких анионных мономеров и от примерно 98 до примерно 2 мольных процентов одного или нескольких неионных мономеров.
Недостатком данного безглинистого бурового раствора можно отнести повышенное содержание полимера, а также необходимость введения солевого раствора или морской воды.
Известен буровой раствор (Патент CN №1528797, C08F 220/56, опубл. 2004 г.), который обладает высокой эффективностью к гидрофобной ассоциации, где средняя молекулярная масса 15000,000-25000,000, обладает низкой температурой замерзания и сопротивлением к солевым отложениям, способный применяться в таких областях, как третичной добычи нефти.
К недостаткам данного бурового раствора можно отнести повышенное содержание полимера от 15 до 35%, а также не обеспечение длительного времени работы при пониженных температурах до минус 20°С.
Задача, на решение которой направлено изобретение, является разработка состава безглинистого бурового раствора, который характеризуется пониженным расходом полимера, сниженной стоимостью бурового раствора, обеспечивает длительное время стабильность рабочих параметров в обычных и сложных условиях бурения при воздействии пониженных температур (температура до минус 20°С).
Техническим результатом является получение безглинистого бурового раствора обладающего стабильностью рабочих параметров до 100 суток при воздействии пониженных температур до минус 20°С.
Технический результат достигается безглинистым буровым раствором, содержащим фторсодержащий сополимер акриламида и акриловой кислоты и воду, причем отличающийся тем, что используют сополимер общей формулы:
молекулярной массы 1,2·106 с содержанием фтора 2-4%, при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:
| Указанный сополимер | 0,1-0,15 |
| Вода | остальное |
Данные, приведенные в таблице 1, показывают, что большее содержание ингредиентов экономически нецелесообразно, так как при увеличении содержании сополимера возрастает вязкость раствора, а температура замерзания не изменяется.
| Таблица 1 | |||
| Результаты проведенного анализа | |||
| Концентрация фторсодержащего сополимера в растворе, мас.% | Вода, мас.% | Время истечения, с | Температура замерзания, °С |
| 0,6 | 99,4 | 35 | минус 20 |
| 0,3 | 99,7 | 21 | минус 20 |
| 0,15 | 99,85 | 14 | минус 20 |
| 0,1 | 99,9 | 10 | минус 20 |
Пример 1. Для получения фторсодержащего сополимера используется сополимер акриламида и акриловой кислоты и октофторпентан хлорсульфит, соотношение реагентов 1:4. В реактор с мешалкой вводят 1 г сополимера и добавляют 8 мл диметилформамида (ДМФА), далее добавляют 4 г октофторпентан хлорсульфита. Первые 10 минут температура реакции минус 10°С. После температуру поднимают до 40°С и проводят реакцию около 60 минут. По окончании реакции от продукта отгоняют ДМФА, отфильтровывают и сушат остаток.
Структурная формула полученного сополимера:
Молекулярная масса: 1,2·106, х=60%, y=40%. Содержание фтора 2%, при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:
| Указанный сополимер | 0,1 |
| Вода | 99,9 |
Температура плавления 160°С. Данные ИК-спектра: 2916 см-1, 2368 см-1, 1750 см-1, 1660 см-1, 1417 см-1, 1094 см-1.
Для приготовления бурового раствора используется вода и фторсодержащий сополимер. С целью получения однородной гелеобразной массы время приготовления раствора составляет 24 часа при постоянном перемешивании.
Пример 2. Для получения фторсодержащего сополимера используется сополимер акриламида и акриловой кислоты и октофторпентан хлорсульфит, соотношение реагентов 1:5. В реактор с мешалкой вводят 1 г сополимера и добавляют 10 мл диметилформамида (ДМФА), далее добавляют 5 г октофторпентан хлорсульфита. Первые 10 минут температура реакции минус 10°С. После температуру поднимают до 40°С и проводят реакцию около 60 минут. По окончании реакции от продукта отгоняют ДМФА, отфильтровывают и сушат остаток.
Структурная формула полученного сополимера:
Молекулярная масса: 1,2·106, х=60%, y=40%. Содержание фтора 4%, при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:
| Указанный сополимер | 0,15 |
| Вода | 99,85 |
Температура плавления 160°С. Данные ИК-спектра: 2916 см-1, 2368 см-1, 1750 см-1, 1660 см-1, 1417 см-1, 1094 см-1.
Для приготовления бурового раствора используется вода и фторсодержащий сополимер. С целью получения однородной гелеобразной массы время приготовления раствора составляет 24 часа при постоянном перемешивании.
Готовый для использования при бурении скважины буровой раствор имеет такие реологические характеристики:
| Плотность (ρ) | 1010 кг/м3 |
| Условная вязкость (В) | 10 с |
| Температура замерзания | минус 20°С |
| Водородный показатель | рН7 |
Испытания заявляемого бурового раствора показывают, что он является универсальным и не содержит дорогостоящих реагентов, таких как КМЦ. Раствор сохраняет свою стабильность до 100 суток, условная вязкость при этом не изменяется и составляет 10 сек (пример 1) и 14 сек (пример 2) при нормальных и при пониженных температурах (минус 20°С).
Заявляемый буровой раствор обладает комплексом полезных качеств:
- имеет высокую выносящую способность;
- сохраняет продолжительное время свою стабильность до 100 суток.
Безглинистый буровой раствор, содержащий фторсодержащий сополимер акриламида и акриловой кислоты и воду, отличающийся тем, что используют сополимер общей формулы:
молекулярной массы 1,2·106 с содержанием фтора 2-4%, при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:
| Указанный сополимер | 0,1-0,15 |
| Вода | Остальное |
