Результат интеллектуальной деятельности: БУРОВОЙ РАСТВОР

Изобретение относится к области нефтяной и газовой промышленности, а именно к буровым растворам для вскрытия продуктивного пласта-коллектора.

Наиболее близким аналогом к заявленному является буровой раствор, содержащий твердую фазу, способный создавать тиксотропную структуру с низким показателем фильтрации. Буровой раствор включает биополимер ксантан, соли или смесь солей одновалентных или двухвалентных металлов (хлорид натрия, хлорид калия, хлорид кальция), α-глюкан (крахмал, модифицированный по гидроксильным группам), твердую фазу (бентонит Palex, карбонат кальция, магнезия, барит) и воду (см. патент США № 4422947, МПК C09K 007/02, опубл. 27.12.83 г.).

Известное техническое решение имеет недостаток в том, что для создания необходимой плотности в буровой раствор вводится твердая фаза (бентонит Palex, карбонат кальция, магнезия, барит), в связи с чем не представляется возможным регулирования плотности для создания бурового раствора без твердой фазы.

При создании данного технического решения решалась техническая задача создания бурового раствора с регулируемой плотностью без твердой фазы, сохраняющего свои реологические свойства длительное время.

Данная техническая задача решается тем, что буровой раствор состоит из биополимера ксантана марок «Сараксан» или «Сараксан-Т», соли или смеси солей одновалентных металлов, α-глюкана (модифицированный крахмал или декстран), пеногасителя марки «Софэксил-9056-20х», бактерицидов марок Биоцид Б-2 и Биоцид-СМБ и воды, при следующем соотношении компонентов в смеси, мас.%:

В качестве солей одновалентных металлов могут быть применены хлориды или нитраты, или нитриты, или тиосульфаты, или карбонаты, или ацетаты, или бромиды, или формиаты натрия или калия или их смеси.

В качестве α-глюкана используют модифицированный крахмал или декстран.

Раствор имеет плотность от 1005 до 1700 кг/м³.

Биополимер ксантан представляет собой гетерополисахарид, синтезируемый бактериями Xanthomonas campestris. Биополимер ксантан марок «Сараксан» или «Сараксан-Т» (см. патент РФ № 2252033, МПК 7 A61K 47/36, С12Р 19/06, опубл. 20.05.05 г.) разрешен в технологических процессах добычи нефти.

α-Глюкан представляет собой полисахарид, построенный только из остатков моносахарида D-глюкозы. К α-глюканам относятся, например, декстран или модифицированный крахмал (см. Общая органическая химия. Том 2. Под ред. Н.К. Кочеткова, М.: Химия, 1986, с.213). Модифицированный по гидроксильным группам крахмал, построенный из остатков D-глюкопиранозы, соединенные α-1,4-гликозидными связями, является полисахаридным реагентом для буровых растворов (см. ТУ 6-55-221-147797). Декстран представляет собой полисахарид, состоящий из остатков D-глюкопиранозы, соединенных α-1,6- и α-1,3-гликозидными связями.

Кремнийорганический пеногаситель марки «Софэксил 9056-20х» представляет собой водную эмульсию модифицированного полидиметилсилоксана (ТУ 2251-009-4294526-00).

Биоцид Б-2 и биоцид-СМБ относятся к бактерицидам. Бактерицид представляет собой органическое вещество низкого молекулярного веса (водный раствор формальдегида, различные производные триазолинона, низшие спирты, амины, ароматические производные), который подавляет жизнедеятельность бактерий и позволяет сохранять реологические и фильтрационные параметры бурового раствора на основе биополимера и α-глюкана. В предлагаемом изобретении использовались два бактерицида. Биоцид Б-2 представляет собой раствор с действующим веществом 2,2-дибром-3-нитрило-пропионамид в растворителе, подавляет слизеобразующие и сульфидредуцирующие бактерии, дрожжи, грибки и водоросли, вызывающие изменение вязкости, появление запахов и коррозию (ТУ 9392-048-42942526-2005). Биоцид Б-2 обеспечивает улучшение качества воды при приготовлении биополимерного раствора. Биоцид-СМБ представляет собой жидкую смесь активных веществ хлор-метил-изотиазолинона и метил-изотиазолинона, который обладает широким спектром действия против бактерий, грибков и дрожжей, химически и термически устойчив в интервале рН от 2 до 9 и температурном воздействии до 65°С (ТУ 9392-049-42942526-2005). Биоцид-СМБ обеспечивает более высокий срок жизни полимерных компонентов при увеличении температуры выше 25°С (выше данной температуры, особенно при 30-40°С, бактерии активны в отношении полимерных реагентов, что сопровождается разложением биополимерных добавок) и временного периода нахождения раствора в скважине больше 2 недель (до двух недель в качестве консервирующего агента выступают растворенные в воде минеральные соли). Концентрация бактерицида в растворе зависит от плотности раствора и температуры пласта-коллектора. Чем выше плотность раствора, тем меньше концентрация бактерицида, при увеличении температуры пласта-коллектора увеличивается концентрация бактерицида. Обычно концентрация бактерицида находится в пределах 0,1-0,5 мас.%.

рН бурового раствора в зависимости от типа и концентрации солей колеблется от 7 до 11.

Соли одновалентных металлов обеспечивают плотность бурового раствора от 1005 до 1700 кг/м³, повышают загущающую способность биополимера ксантана, минимизируют внешнее воздействие на реологические свойства бурового раствора, при повышенном содержании в растворе (соленасыщенные растворы) обладают консервирующими свойствами при температуре до 30°С (выше 30°С следует добавлять бактерицид), благодаря чему буровой раствор сохраняет высокую эффективность в течение продолжительного времени. Ксантан марок «Сараксан» или «Сараксан-Т» обеспечивает высокие реологические свойства благодаря своей способности растворяться с образованием минимального количества микрогелей. α-Глюкан обеспечивает низкую водоотдачу и устойчивость к высокой концентрации ионов кальция при совместимости бурового раствора с пластовой водой хлоркальциевого типа. Количество пеногасителя марки «Софэксил-9056-20х» (0,2 мас.%) достаточно для предотвращения образования пены раствора с высокой плотностью при угловой скорости до 600 об/мин, с уменьшением плотности раствора снижается количество пеногасителя марки «Софэксил 9056-20х» до 0,01 мас.%

Количество бактерицида снижается с увеличением плотности раствора, так как соли одновалентных металлов также являются биоцидом с повышением их концентрации в растворе.

Особенностью настоящего изобретения является получение бурового раствора плотностью от 1005 кг/м³ до 1700 кг/м³ на основе солей одновалентных металлов с сохранением реологических и фильтрационных параметров через месяц после приготовления, даже наблюдается увеличение реологических параметров, что дает возможность его многократного использования. Данное изобретение показано на примерах, описанных ниже.

Приготовление биополимерного раствора осуществляется с использованием стандартного оборудования.

Узел приготовления буровых растворов должен включать смесительную емкость с гидравлическим и механическим перемешивателями для приготовления рабочего бурового раствора.

Приготовление раствора по изобретению иллюстрируется примерами.

Пример 1.

Приготовления 1 м³ бурового раствора ρ=1100 кг/м³ на основе карбоната калия K₂СО₃ с концентрацией биополимера ксантан марки «Сараксан» или «Сараксан-Т» 0,5 мас.% и модифицированного крахмала 0,7 мас.%, пеногасителя марки «Софэксил-9056-20х» 0,022 мас.%, бактерицида марки Биоцид Б-2 0,006 мас.%, бактерицида марки Биоцид-СМБ 0,3 мас.%.

Для приготовления 1 м³ раствора берется 0,97 м³ воды. Техническую воду целесообразно обработать быстродействующим бактерицидом марки Биоцид Б-2 в количестве 58,2 г. При перемешивании добавляется 117,7 кг карбоната калия K₂СО₃, температура перемешивания не больше 20°С (так как реакция растворения соли экзотермическая, происходит с выделением тепла). При интенсивном перемешивании и температуре не меньше 20°С (если температура будет ниже, то полимеры будут плохо распускаться и могут образоваться нерастворившиеся комки полимеров) медленно вводится 5,57 кг биополимера марки «Сараксан» или «Сараксан-Т» (ксантановая камедь) не менее 15 минут. Если менее 15 минут, то будет происходить образование полимерных комков, которые в дальнейшем не смогут полностью распускаться в водном растворе солей. Из-за возможности образования пены после введения биополимера необходимо ввести 0,22 л пеногасителя марки «Софэксил-9056-20х».

После введения пеногасителя марки «Софэксил-9056-20х» при интенсивном перемешивании медленно вводят 7,79 кг α-глюкана, в качестве которого используют модифицированный крахмал, в течение не менее 15 минут и размешивают полученный раствор до полного растворения реагентов и получения заданных реологических свойств системы. Для консервирования жидкости на срок больше 2-3 недель вводят 3 кг бактерицида марки Биоцид-СМБ.

Пример 2.

Приготовления 1 м³ бурового раствора ρ=1100 кг/м³ на основе хлорида калия KCl с концентрацией биополимера ксантан марки «Сараксан» или «Сараксан-Т» 0,55 мас.%, декстрана 0,25 мас.%, пеногасителя марки «Софэксил-9056-20х» 0,022 мас.%, бактерицида марки Биоцид Б-2 0,006 мас.%, бактерицида марки Биоцид-СМБ 0,3 мас.%.

Для приготовления 1 м³ раствора берется 0,927 м³ воды. Техническую воду целесообразно обработать быстродействующим бактерицидом марки Биоцид Б-2 в количестве 55,62 г. При перемешивании добавляется 165,5 кг хлорида калия KCl, температура перемешивания не меньше 20°С (при понижении температуры не все количество соли может раствориться). При интенсивном перемешивании и температуре не меньше 20°С (если температура будет ниже, то полимеры будут плохо распускаться и могут образоваться нерастворившиеся комки полимеров) медленно вводится 6,06 кг биополимера марки «Сараксан» или «Сараксан-Т» (ксантановая камедь) не менее 15 минут. Если меньше 15 минут, то будет происходить образование полимерных комков, которые в дальнейшем не смогут полностью распуститься в водном растворе солей. Из-за возможности образования пены после введения биополимера необходимо ввести 0,22 л пеногасителя марки «Софэксил-9056-20х».

После введения пеногасителя марки «Софэксил-9056-20х» при интенсивном перемешивании медленно вводят 2,75 кг α-глюкана, в качестве которого используют декстран, в течение не менее 15 минут и размешивают полученный раствор до полного растворения реагентов и получения заданных реологических свойств системы. Для консервирования жидкости на срок больше 2-3 недель вводят 3 кг бактерицида марки Биоцид-СМБ в зависимости от температуры пласта-коллектора.

Пример 3.

Приготовления 1 м³ бурового раствора ρ=1390 кг/м³ на основе нитрата натрия NaNO₃ с концентрацией биополимера ксантан марки «Сараксан» или «Сараксан-Т» 0,35 мас.%, модифицированного крахмала 0,4 мас.%, пеногасителя марки «Софэксил-9056-20х» 0,1 мас.%, бактерицида марки Биоцид Б-2 0,008 мас.%, бактерицид марки Биоцид-СМБ 0,2 мас.%.

Для приготовления 1 м³ раствора берется 0,73 м³ воды. Техническую воду целесообразно обработать быстродействующим бактерицидом марки Биоцид Б-2 в количестве 58,4 г. При перемешивании добавляется 651,14 кг нитрата натрия NaNO₃, температура перемешивания не меньше 20°С (при понижении температуры не все количество соли может раствориться). При интенсивном перемешивании и температуре не меньше 20°С (если температура будет ниже, то полимеры будут плохо распускаться и могут образоваться нерастворившиеся комки полимеров) медленно вводится 4,85 кг биополимера марки «Сараксан» или «Сараксан-Т» (ксантановая камедь) не менее 15 минут. Если меньше 15 минут, то будет происходить образование полимерных комков, которые в дальнейшем не смогут полностью распуститься в водном растворе солей. Из-за возможности образования пены после введения биополимера необходимо ввести 1 л пеногасителя марки «Софэксил-9056-20х».

После введения пеногасителя марки «Софэксил-9056-20х» при интенсивном перемешивании медленно вводят 5,55 кг α-глюкана, в качестве которого используют модифицированный крахмал, в течение не менее 15 минут и размешивают полученный раствор до полного растворения реагентов. Для консервирования жидкости на срок больше 1 месяца вводят 2 кг бактерицида марки Биоцид-СМБ в зависимости от температуры пласта-коллектора.

Пример 4.

Приготовления 1 м³ бурового раствора ρ=1610 кг/м³ на основе смеси солей нитрата калия KNO₃ и нитрита натрия NaNO₂ с концентрацией биополимера ксантан марки «Сараксан» или «Сараксан-Т» 0,22 мас.%, декстрана 0,2 мас.%, пеногасителя марки «Софэксил-9056-20х» 0,2 мас.%, бактерицида марки Биоцид Б-2 0,006%, бактерицида марки Биоцид-СМБ 0,1 мас.%.

Для приготовления 1 м³ раствора берется 0,421 м³ воды. Техническую воду целесообразно обработать быстродействующим бактерицидом марки Биоцид Б-2 в количестве 24,9 г (0,006 мас.%). При перемешивании добавляется 481 кг нитрата калия KNO₃ и 708 кг нитрита натрия NaNO₂, температура перемешивания не меньше 20°С (при понижении температуры не все количество соли может раствориться). При интенсивном перемешивании и температуре не меньше 20°С (если температура будет ниже, то полимеры будут плохо распускаться и могут образоваться нерастворившиеся комки полимеров) медленно вводится 3,55 кг биополимера марки «Сараксан» или «Сараксан-Т» (ксантановая камедь) не менее 15 минут. Если меньше 15 минут, то будет происходить образование полимерных комков, которые в дальнейшем не смогут полностью распуститься в водном растворе солей. Из-за возможности образования пены после введения биополимера необходимо ввести 2 л пеногасителя марки «Софэксил-9056-20х».

После введения пеногасителя марки «Софэксил-9056-20х» при интенсивном перемешивании медленно вводят 1,71 кг α-глюкана, в качестве которого используют декстран, в течение не менее 15 минут и размешивают полученный раствор до полного растворения реагентов. Для консервирования жидкости на срок больше 1 месяца вводят 1 кг бактерицида марки Биоцид-СМБ.

Данное изобретение показано на примерах.

Свойства предлагаемого бурового раствора представлены в таблицах 1-4. Реологические и механические параметры и водоотдачу определяли через одни сутки и через 30 дней после приготовления раствора. Водоотдачу определяли при давлении в 0,1013 МПа. Вязкостные характеристики определяли с помощью вискозиметра Fann. Эффективную вязкость определяли при 600 об/мин. Благодаря подобранному сочетанию полимеров (ксантан и α-глюкан), раствор при низких скоростях сдвига имеет высокую вязкость, а при высоких скоростях сдвига вязкость раствора приближается к вязкости воды. При остановке течения мгновенно формируется гелеобразная тиксотропная структура, которая определяется при скорости сдвига 3 об/мин на вискозиметре Fann.

Данное изобретение показано на примерах.

Пример 1: состав: 0,5 мас.% ксантана (использован ксантан марок «Сараксан-Т» или «Сараксан», количество последнего - в пересчете на сухой продукт), в качестве α-глюкана использован модифицированный крахмал 0,7 мас.%, 0,006 мас.% бактерицида марки Биоцид Б-2, 0,3 мас.% бактерицида марки Биоцид-СМБ, 0,022 мас.% пеногасителя марки «Софэксил-9056-20х», карбонат калия K₂СО₃ 117,7 кг, обеспечивающий плотность 1100 кг/м³.

Показатели реологических и механических свойств и водоотдачи бурового раствора по примеру 1 представлены в таблице 1.

где η_пл - пластическая вязкость,

η_эф - эффективная вязкость, рассчитанная при 600 об/мин,

τ₀ - динамическое напряжение сдвига,

СНС_10с - статическое напряжение сдвига через 10 с,

СНС_10мин - статическое напряжение сдвига через 10 мин.

Пример 2: состав: 0,55 мас.% ксантана (использован ксантан марок «Сараксан-Т» или «Сараксан», количество последнего - в пересчете на сухой продукт), в качестве α-глюкана использован декстран 0,25 мас.%, 0,006 мас.% бактерицида марки Биоцид Б-2, 0,3 мас.% бактерицида марки Биоцид-СМБ, 0,022 мас.% пеногасителя марки «Софэксил-9056-20х», хлорид калия KCl 165,5 кг, обеспечивающий плотность 1100 кг/м³.

Показатели реологических и механических свойств и водоотдачи бурового раствора по примеру 2 представлены в таблице 2.

Пример 3: состав: 0,35 мас.% ксантана (использован ксантан марок «Сараксан-Т» или «Сараксан», количество последнего - в пересчете на сухой продукт), в качестве α-глюкана использован модифицированный крахмал 0,4 мас.%, 0,008 мас.% бактерицида марки Биоцид Б-2, 0,2 мас.% бактерицида марки Биоцид-СМБ, 0,1 мас.% пеногасителя марки «Софэксил-9056-20х», нитрат натрия NaNO₃ 651,14 кг, обеспечивающий плотность 1390 кг/м³.

Показатели реологических и механических свойств и водоотдачи бурового раствора по примеру 3 представлены в таблице 3.

Пример 4: состав: 0,22 мас.% ксантана (использован ксантан марок «Сараксан-Т» или «Сараксан», количество последнего - в пересчете на сухой продукт), в качестве α-глюкана использован декстран 0,2 мас.%, 0,006 мас.% бактерицида марки Биоцид Б-2, 0,1 мас.% бактерицида марки Биоцид-СМБ, 0,2 мас.% пеногасителя марки «Софэксил-9056-20х», нитрат калия KNO₃ 481 кг и нитрит натрия NaNO₂ 708 кг, обеспечивающие плотность 1610 кг/м³.

Показатели реологических и механических свойств и водоотдачи бурового раствора по примеру 4 представлены в таблице 4.