Результат интеллектуальной деятельности: БИОПОЛИМЕРНЫЙ БУРОВОЙ РАСТВОР СБК-UNI-DRILL-PRO (HARD)

Изобретение относится к полимерным буровым растворам для бурения газовых и нефтяных скважин, в частности к безглинистым биополимерным буровым растворам, которые используются для бурения в сложных горно-геологических условиях, в том числе в хемогенных отложениях и при высоких забойных температурах, а также наклонно-направленных и горизонтальных участков скважин.

Известен биополимерный буровой раствор, предназначенный для бурения наклонно-направленных и горизонтальных стволов скважин (патент России №2236429, МПК 7 C09K 7/02, опубл 20.09.2004 г., №26), который содержит, мас. %: ксантановый биополимер типа Flo-Vis - 0,3-0,5, гуматный реагент (порошковый углещелочной реагент - ПУЩР) - 10,5-15,0, воду - остальное. Недостатком данного раствора является низкая термостойкость (до 80°C) и низкая устойчивость к воздействию ионов поливалентных металлов.

Известен биополимерный буровой раствор (ПРОТОТИП) (патент РФ №2289603, МПК C09K 8/10 от 13.04.2005, опубл. 20.12.2006), содержащий полимерный понизитель фильтрации, биополимер ксантанового типа, поверхностно-активное вещество, смазочную добавку и воду, в качестве поверхностно-активного вещества и смазочной добавки этилендиамиды жирных кислот - продукт конденсации этилендиамина и фосфатидного концентрата, в качестве полимерного понизителя фильтрации - полианионную целлюлозу, или карбоксиметилцеллюлозу, или карбоксиметилоксиэтилцеллюлозу, или оксиэтилцеллюлозу, или гидролизованный полиакрилонитрил и дополнительно - гуматы щелочных металлов - углещелочной реагент УЩР или гуматно-калиевый реагент ГКР и соли щелочных и/или щелочноземельных металлов - KCl, NaCl, CaCl₂, MgCl₂, бишофит при следующем соотношении компонентов, мас. %:

Указанный понизитель фильтрации 0,1-1,0

Биополимер ксантанового типа 0,2-0,5

Указанные этилендиамиды жирных кислот 0,05-3,0

УЩР или ГКР 3,0-6,0

Указанные соли 3,0-40,0

Вода - остальное

Недостатком биополимерного бурового раствора по прототипу являются недостаточные структурно-реологические свойства, а именно невысокая удерживающая, выносящая, смазочная и ингибирующая способность.

Современные экологические стандарты предписывают использование пресных буровых растворов на водной основе, но большинство традиционных растворов, с высокой плотностью, содержат значительное количество утяжелителей, что может снизить скорость проходки, повысить эквивалентную циркуляционную плотность, а также стать причиной седиментации утяжелителя и проблем с заканчиванием скважин.

Задачей заявляемого технического решения является получение высокоингибирующего состава бурового раствора для вскрытия продуктивных пластов (в том числе и горизонтальными скважинами) в неустойчивых отложениях, обладающего высокой удерживающей, выносящей, смазочной и ингибирующей способностью, удовлетворяющего высоким экологическим требованиям к сохранению окружающей природной среды.

Технический результат изобретения - заключается в повышении структурно-реологических свойств и термостойкости, обеспечении солестойкости, снижении вредного влияния на окружающую среду, а также в уменьшении количества и концентрации компонентов, необходимых для приготовления бурового раствора при сохранении ингибирующих, смазочных, фильтрационных и противоприхватных свойств.

Технический результат достигается тем, что биополимерный буровой раствор СБК-UNI-DRILL-PRO(HARD) содержит полианионную целлюлозу, биополимер ксантанового типа, смазочную добавку, соли щелочных и/или щелочноземельных металлов KCl, NaCl, CaCl₂, MgCl₂, бишофит, при этом в качестве смазочной добавки содержит продукт жирных кислот триглицеридов с числом углеродных атомов от 14 до 24 и дополнительно содержит ингибитор реагент гликойл, разнофракционный утяжелитель - сернокислый барий, гидроксид натрия при следующем соотношении компонентов, мас. %:

Компоненты заявляемого бурового раствора

Биополимеры ксантанового типа. Они представляют собой водорастворимые порошковые полисахариды, полученные обработкой бактериями типа "ксантамонас".

ПАЦ ВВ (КМЦ-9в), ПАЦ НВ (КМЦ-9н) не обладает токсическим и раздражающим действием (см. ТУ 2231-002-68730626-2011) - используют в качестве полимерного понизителя фильтрации.

Едкий натр относится ко второму классу опасности (см. ГОСТ2263-79).

Ингибитор (смазочная добавка на основе гликолей): гликойл - органический ингибитор глин, улучшающий смазывающие свойства раствора (ТУ 0252-001-93231287-2006).

Реагент гликойл ПГ-40 (ОАО «Нижнекамскнефтехим»), представляет собой олигомер окиси этилена (пропилена), полученный щелочной полимеризацией окиси этилена (пропилена), ТУ 2422-130-05766801-2003.

Бактерицид (ЛПЭ-32 - НПО «Технолог») - обеспечивает полное подавление сульфатвосстанавливающих бактерий, полная растворимость в воде исключает загрязнение нефти и обеспечивает эффективное обеззараживание адгезионных форм бактерий в застойных зонах.

Бактерицид относится к 3 классу опасности, и при использовании его нужно соблюдать меры предосторожности (см. ТУ 2458-324-05765670-2008).

Соли щелочных и/или щелочноземельных металлов (KCl, NaCl, CaCl₂, MgCl₂, бишофит) получают: KCl согласно ГОСТ 4568-95, NaCl согласно ГОСТ 13830-68, CaCl₂ согласно ГОСТ 450-77, MgCl₂ или бишофит согласно ГОСТ 7759-73.

В качестве смазочной добавки может быть использован продукт жирных кислот триглицеридов с числом углеродных атомов от 14 до 24.

Заявляемое изобретение показано на примерах, описанных ниже.

Приготовление и очистка бурового раствора в процессе проводки скважины осуществляется стандартным оборудованием.

Узел для приготовления бурового раствора должен включать емкость (блок приготовления раствора), оборудованную механическими перемешивателями и эжектором для ввода сыпучих реагентов.

Пример 1. Способ приготовления 1 м³ бурового раствора с уд. весом 1120 кг/м³ с концентрацией биополимера «Barazan D» (ксантановый реагент - Halliburton/Baroid) 0,2% мас. заключается в следующем:

Для приготовления 1 м³ бурового раствора с плотностью 1120 кг/м³ (на пресной основе) последовательно вводятся следующие реагенты в процентном соотношении: Barazan D 0,2% ПАЦ ВВ (ООО «Целликом») 1,2%

Реагенты вводят последовательно в указанном порядке, причем Barazan D, КМЦ-9н (ПАЦ НВ) и КМЦ-9в (ПАЦ ВВ) вводят через эжектор с интервалом 15 мин на 1 мешок реагента. В противном случае возможно образование полимерных комков, которые в дальнейшем не смогут полностью распуститься.

Пример 2. Способ приготовления 1 м³ бурового раствора с уд.весом 1350 кг/м³ с концентрацией биополимера «Barazan D» (ксантановый реагент - Halliburton/Baroid) 0,4% мас. Заключается в следующем.

Для приготовления 1 м³ бурового раствора с плотностью 1350 кг/м³ последовательно вводятся следующие реагенты в процентном соотношении:

Реагенты вводят последовательно в указанном порядке, причем Barazan D, КМЦ-9н и КМЦ-9в вводят через эжектор с интервалом 15 мин на 1 мешок реагента. В противном случае возможно образование полимерных комков, которые в дальнейшем не смогут полностью распуститься.

Пример 3. Способ приготовления 1 м³ бурового раствора с уд.весом 1700 кг/м³ с концентрацией биополимера «Barazan D» (ксантановый реагент- Halliburton/Baroid) 0,6% мас. Заключается в следующем.

Для приготовления 1 м³ бурового раствора с плотностью 1700 кг/м³ последовательно вводятся следующие реагенты в процентном соотношении:

Свойства бурового раствора, описанных в примерах, замеряли по методике API R.P. 13 В-1 (методика контроля параметров бурового раствора на водной основе). В таблице 1 приведены примеры получения биополимерных буровых растворов СБК-UNI-DRILL-PRO(HARD) при различных концентрациях компонентов и при различной плотности.

Для каждого примера с определенной плотностью ρ определялись параметры:

Т - условная вязкость, Ф - фильтруемость, PV - пластическая вязкость, AV - кажущаяся вязкость, YP - динамическое напряжение сдвига, GelsAPI_{10 сек/10 мин} - статическое напряжение сдвига

В таблице 2 приведены сравнительные параметры биополимерного бурового раствора СБК-UNI-DRILL-PRO (HARD) с прототипом - патент RU №2289603, где Т - условная вязкость

^τдПа - динамическое напряжение сдвига (система СИ)

СНС 10/10, дПа-GelsAPI _{10 сек/10 мин}, дПа (система СИ) - статическое напряжение сдвига

^ηмПа·с - PV, мПа·с - пластическая вязкость (система СИ).

Заявляемый биополимерный буровой раствор имеет плотность от 1040 кг/м³ до 1700 кг/м³.

Термостабильность полимеров обеспечивает также стабильность реологических и фильтрационных свойств системы при забойных температурах свыше 177°С.

Повышенное ингибирующее воздействие (за счет синергетического эффекта ингибитора и полимеров) позволяет использовать биополимерный буровой раствор СБК-UNI-DRILL-PRO(HARD) при бурении в высокоактивных глинах.

Испытания на ингибирование проводили на тестере продольного набухания пород в динамическом режиме «OFITE».

На диаграмме (Фиг. 1) приведены график сравнительного набухания Кыновских аргиллитов в среде биополимерного бурового раствора СБК-UNI-DRILL-PRO(HARD) в сравнении с пресной водой (% набухания в зависимости от суток).

Проверка на термостабильность проводилась на фильтр-прессе OFITEHPHT (при температуре 180°С) при прогреве в течение 4 ч. Результаты сведены в таблицу 3.

Термостабильность заявляемого полимерного бурового раствора показана в таблице 5.

Ингибирующие свойства солей, как известно, заметно проявляются начиная с концентрации 3,0%, чем обусловлен нижний порог концентрации солей.

Благодаря высокой солестойкости предлагаемой рецептуры бурового раствора верхний порог концентрации солей ограничен только пределом их растворимости в воде, что дает возможность использовать такой раствор при бурении в хемогенных отложениях.

Снижение концентрации биополимера отрицательно сказывается на структурно-реологических свойствах, при этом уменьшается стойкость раствора к солям щелочных и щелочноземельных металлов и действию высоких температур. Увеличение концентрации биополимера свыше нецелесообразно, так как увеличивается расход химреагентов, а структурно-реологические и фильтрационные свойства существенно не улучшаются.

Использование полимерных понизителей фильтрации в приведенных концентрациях обеспечивает низкий показатель фильтрации биополимерного бурового раствора даже при агрессии солей поливалентных металлов. Повышение их концентрации свыше является экономически и технологически нецелесообразным.

Биополимерный буровой раствор СБК-UNI-DRILL-PRO(HARD) повышает эффективность бурения, а также значительно снижает риск повреждения пласта. Малое объемное содержание твердой фазы позволяет повторно использовать раствор на следующих скважинах. Повышенное ингибирующее воздействие (за счет синергетического эффекта ингибитора и полимеров) позволяет использовать биополимерный буровой раствор СБК-UNI-DRILL-PRO(HARD) при бурении в высокоактивных глинах. Использование биополимерного бурового раствора СБК-UNI-DRILL-PRO(HARD) при вскрытии продуктивного пласта возможно благодаря пониженной концентрации твердой фазы, тонкой непроницаемой фильтрационной корки и экологической безопасности.

Его моновалентная структура снижает возможность образования нерастворимых осадков и делает их совместимыми с большинством минералов и жидкостей продуктивного пласта, а также совместимыми со всеми полимерами и загустителями и реагентами для контроля водоотдачи, которые находятся в составе растворов для первичного вскрытия продуктивных пластов.

Ингибирующий характер биополимерного бурового раствора СБК-UNI-DRILL-PRO(HARD) позволяет использовать его с большой эффективностью для бурения высокоактивных глин.

Термостабильность полимеров обеспечивает также стабильность реологических и фильтрационных свойств системы при забойных температурах свыше 177°С.

Биополимерный буровой раствор СБК-UNI-DRILL-PRO(HARD) обеспечивает минимальные потери давления при циркуляции и максимальную гидравлическую мощность, передаваемую на долото и забойный двигатель, что позволяет использовать их при проводке горизонтальных и сверхглубоких скважин (скважин с большим отходом забоя от вертикали).

Заявляемое техническое решение соответствует критерию «новизна» и «изобретательский уровень», так как в данной области техники не выявлено аналогичных технических решений, и оно явным образом не является очевидным для специалиста.

Заявляемое техническое решение соответствует критерию «промышленная применимость», так как заявляемый состав может быть получен из известных средств и известными способами.