Катионный буровой раствор

Изобретение относится к буровым растворам на водной основе и может найти применение при бурении нефтяных и газовых скважин, преимущественно при бурении неустойчивых глинистых пород.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является катионно-ингибирующий буровой раствор, который содержит, мас.%: глинопорошок 5-8; полиэлектролит ВПК-402 7-15; воду остальное (Патент РФ на изобретение №2492208 C2, кл. C09K 8/24, опубл. 10.09.2013).

Недостатком известного состава являются низкие ингибирующие и структурные свойства раствора, а именно статическое напряжение сдвига (СНС) и динамическое напряжение сдвига (ДНС), при этом наблюдается перерасход ВПК-402.

Задача, решаемая предлагаемым изобретением, заключается в создании бурового раствора с заданными параметрами, в котором снижен расход полиэлектролита.

Технический результат, на достижение которого направлено данное изобретение, - повышение ингибирующих свойств и улучшение структурных показателей бурового раствора.

Отметим, что использование в качестве полиэлектролита ВПК-402 является частным случаем, в общем случае в качестве стабилизатора - понизителя фильтрации, ингибитора глин применяются полидадмахи различных молекулярных масс от различных производителей.

Данный технический результат достигается за счет того, что состав бурового раствора, включающий воду, глинопорошок и полидадмах, в качестве дополнительного структурообразователя содержит катионный полимер Росфлок КФ при следующем соотношении компонентов, мас.%:

При необходимости плотность бурового раствора повышают карбонатными утяжелителями (мел, мраморная крошка, доломит, сидерит), баритовым концентратом.

Полидадмах представляет с собой катионный полимер линейно-циклической структуры, получаемый путем радикальной полимеризации мономера диметилдиаллиламмонийхлорида, который, в свою очередь, изготавливается из аллилхлорида и диметиламина нагреванием в щелочной среде. Структурная формула ВПК-402 представлена из повторяющихся мономерных звеньев.

Полидадмахи выпускаются в виде однородной по консистенции жидкости без посторонних включений, которая имеет оттенки от бесцветного до желтого цвета различной концентрации, а также может производиться в сухом порошкообразном виде. Молекулярная масса полидадмахов колеблется в широком диапазоне и в среднем составляет примерно 3⋅10⁵. В товарном продукте молекулярная масса ВПК-402 может изменяться в пределах от 10⁴ до 10⁶ и более. Срок хранения полидадмахов для буровых растворов практически не ограничен.

Росфлок КФ - высокомолекулярный полиакриламид со степенью катионности 50-95%, эффективный эмульсионный катионный флокулянт, применяемый для очистки буровых растворов любых систем и оборотной воды от минералоорганических составляющих и для обезвоживания осадка хозяйственно-бытовых стоков на всех типах оборудования (центрифуги, фильтр-прессы, флотаторы). Росфлок КФ представляет собой низковязкую эмульсию от белого до бежевого цвета, по параметрам острой токсичности относится к 4 классу опасности - малоопасным химическим веществам по ГОСТ 12.1.007-76. Выпускается Росфлок КФ по ТУ 2458-006-22361394-2004 Волжским заводом ООО НПП «КФ». Срок хранения Росфлок КФ для буровых растворов практически не ограничен.

Изобретение поясняется Таблицами 1-2. В таблицах 1-2 приняты следующие обозначения и сокращения: ГП - глинопорошок марки ПБМВ; КФ - Росфлок КФ; П-х - полидадмах, ПФ - показатель фильтрации за 30 мин; η_пл - пластическая вязкость; τ₀ - динамическое напряжение сдвига; СНС 1/10 - статическое напряжение сдвига за 1 и 10 минут соответственно. СНС и ДНС характеризуют в буровых растворах следующее: статическое напряжение сдвига при остановке циркуляции не позволяет выбуренной породе (шламу) выпадать из раствора; динамическое напряжение сдвига - параметр, отвечающий за качество выноса выбуренной породы.

Из Таблицы 1 видно, что оптимальное количество реагентов в растворе составляет, масс. %: полидадмах от 1,75 до 2,10, Росфлок КФ от 0,5 до 2 (Таблица 1, пп. 4-9). Причем содержание полидадмаха (например, ВПК-402) ниже 1,75%, а Росфлок КФ ниже 0,5% приводит к ухудшению структурно-реологические показателей и повышению показателя фильтрации бурового раствора (Таблица 1, п. 3). При содержании Росфлок КФ в растворе выше 2% происходит значительное увеличение структурно-реологических показателей, в связи с этим дальнейшее увеличение концентрации реагента нецелесообразно (Таблица 1, п. 10).

Для проведения исследований ингибирующих свойств буровых растворов готовили увлажненные до 30% (пластичные) образцы глин в виде таблеток цилиндрической формы с диаметром сечения 22 мм и высотой 12 мм с заданным давлением на гидравлическом прессе. В качестве объекта, имитирующего набухающую глину, использовали глинопорошок марки ПБМВ, который выпускается в соответствии с ТУ 2164-004-0013836-2006 «Глинопорошок».

Ингибирующие свойства бурового раствора оценивалось по количеству пропитанной жидкости в образцы-таблетки пластичных глин, т.е. по относительному увеличению массы образца-таблетки при выдержке в буровом растворе в течение 7 сут (табл. 2).

Относительное увеличение массы образца Δm (в %) определяется по формуле:

Δm=(m₂-m₁)⋅100%/m₁,

где m₁ - масса исходного образца; m₂ - масса образца, выдержанного 7 сут в испытуемой среде.

Для повышения ингибирующих свойств в растворы вводят известные электролиты, например KCl, NaCl, CaCl₂, ацетат или формиат натрия.