Результат интеллектуальной деятельности: КАТИОННЫЙ БУРОВОЙ РАСТВОР

Изобретение относится к буровым растворам на водной основе и может найти применение при бурении нефтяных и газовых скважин, преимущественно при бурении в условиях высоких температур, неустойчивых глинистых пород и вскрытии продуктивных пластов.

Из уровня техники известен спиртовой буровой раствор, включающий, мас. %: глинопорошок ПБМВ 1,2, триэтиленгликоль 9,8, биополимер Сараксан 0,2, анионную эмульсию РОСФЛОК ПВ 2,1, ацетат натрия 2,5-3,1, бактерицид «Remacid» 0,1, хлористый калий 0,5-1,1, талловое масло 11,3, воду - остальное (Патент РФ 2501828, кл. С09К 8/20, опубл. 20.12.2013). Однако известный раствор многокомпонентен, что является существенным его недостатком.

Наиболее близким по составу к предлагаемому техническому решению является буровой раствор, который содержит, мас. %: высококоллоидный бентопорошок марки ПБМВ 6-15, водорастворимый полимер Росфлок марки 99М 2-6, воду - остальное (Патент РФ 2468057, кл. С09К 8/24, опубл. 27.11.2012).

Недостатком известного состава является низкая термоустойчивость.

Техническим результатом, на достижение которого направлено данное изобретение, является повышение термоустойчивости.

Буровой раствор включает воду и глинопорошок ПБМВ, в качестве ингибитора набухания глинистых пород и понизителя фильтрации - полиэлектролит Росфлок 99М. Для повышения термоустойчивости до 200°С и снижения показателя фильтрации в забойных условиях раствор дополнительно содержит углеводородные соединения, при следующем соотношении компонентов, мас. %:

В качестве углеводородных соединений в растворе используют или дизельное топливо, или жидкие парафины, или нефть.

С целью повышения плотности буровой раствор может утяжеляться баритовым концентратом.

В качестве глинопорошка могут использоваться любые марки, за исключением модифицированных анионными полимерами. Оптимальная концентрация глинопорошка зависит от его марки. В предлагаемом буровом растворе целесообразно использовать бентонитовый глинопорошок марки ПБМВ, который выпускается в соответствии с ТУ 2164-004-0013836-2006 «Глинопорошок». С ухудшением марки глинопорошка концентрация порошка увеличивается, а с повышением качества порошка концентрация уменьшается. Марка, т.е. сорт глинопорошка, в предлагаемом составе не оказывает существенного влияния на технологические показатели раствора, а характеризует лишь его расход.

Росфлок 99М - катионизированный низкомолекулярный полиакриламид с функциональными группами линейно-циклической структуры. Структурная формула Росфлок 99М состоит из повторяющихся мономерных звеньев.

В товарном продукте молекулярная масса Росфлок 99М может изменяться в пределах от 0,5·10⁶ до 1,5·10⁶. Росфлок выпускается в сухом и жидком виде различной концентрации предприятием ООО НПП «КФ» (ТУ 2482-001-22361394-2001).

В предлагаемом буровом растворе, в отличие от существующих, идеология подхода предусматривает использование катионного полимера в такой концентрации, при которой обеспечивается управление полярностью связей молекул воды, что приводит к формированию устойчивого водокатионнополимерного каркаса и снижению показателя фильтрации.

Цикличность и катионный заряд в каждом мономерном звене полимера придают полимеру высокую ингибирующую способность к глинам и термоустойчивость. Использование в указанных концентрациях катионного полимера в составе бурового раствора исключительно меняет межчастичное взаимодействие в растворе за счет изменения полярности связей воды. При увеличении забойной температуры в процессе углубления необходимо произвести несложную химобработку, которая заключается во вводе углеводородных соединений, в качестве которых используют жидкие насыщенные углеводороды линейного и разветвленного строения с С₁₀-С₁₅. Углеводородные соединения в составе бурового раствора входят в ячейки сформированного водо-катионнополимерного каркаса и тем самым повышают их устойчивость настолько, что они сохраняются даже при 200°С. Выбор насыщенных углеводородов от С₁₀ до С₁₅ объясняется пожароопасностью и снижением текучести соответственно: с уменьшением длины цепи менее С₁₀ возрастает пожароопасность, а с увеличением более C₁₅ наблюдается возрастание вязкости вплоть до непрокачиваемого состояния.

Изобретение поясняется таблицами 1 и 2.

В таблицах 1, 2 приведены результаты исследований по влиянию Росфлок-99М на термоустойчивость и реологические параметры раствора. В таблице 1 приведены сведения об изменении показателя фильтрации предлагаемого и известного буровых растворов в условиях воздействия температуры до и после термостатирования. В таблицах 1, 2 предусмотрены следующе сокращения и обозначения: ПФ - показатель фильтрации: при 25°С, ΔР=0,75 МПа; при 200°С ΔР=3,5 МПа, гл.п. - глинистый порошок, ДТ - дизельное топливо, ЖП - жидкие парафины, η_пл - пластическая вязкость, τ₀ - динамический сдвиг. Показатели бурового раствора отображены с учетом утяжеления указанных составов баритовым утяжелителем до плотности -1,60 г/см³. Измерения проводились при температуре 82°С.

Термостойкость утяжеленного раствора проверялась путем термостатирования при 200°С в течение 36 часов. Из п. 2, 3, 4, 5 следует, что буровой раствор при указанных концентрациях компонентов в составе раствора полностью восстанавливается после термостатирования при 200°С.

Также из опыта по п. 6 следует, что при концентрации Росфлок 99М менее 2,56%, глинопорошка менее 3,74% и дизельного топлива менее 6,33% показатель фильтрации раствора возрастает свыше 40 см³.

В таблице 2 показаны изменения реологических показателей бурового раствора в зависимости от массовых долей компонентов. Следует отметить, что результаты проведенных экспериментов, отраженные в таблицах 1, 2, действительны не только для дизельного топлива, аналогичные результаты справедливы для жидких парафинов и нефти.

Таким образом, результаты экспериментов, приведенные в таблицах 1 и 2, показывают, что использование Росфлок 99М в указанных концентрациях предлагаемого раствора позволяет снизить показатель фильтрации при забойных условиях, управлять реологическими свойствами и сохранить устойчивость глинистых пород.

Предлагаемый буровой раствор готовят следующим образом. Сначала перемешивают воду с глинопорошком до его полного распускания, затем в глинистую суспензию добавляют Росфлок 99М и при необходимости углеводороды, такие как дизельное топливо, жидкие парафины и нефть или их соединения, а также баритовый утяжелитель и пеногаситель МАС-200.