Результат интеллектуальной деятельности: Ингибирующий буровой раствор (варианты)

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

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является буровой раствор, включающий, мас. %: глинопорошок 2-5,46, катионный полимер ВПК-402 3-5, неионный водорастворимый эфир целлюлозы 0,2-0,5 и воду (патент РФ №2567579 С1, кл. С09K 8/24, опубл. 10.11.2015). В качестве неионного водорастворимого эфира целлюлозы используется известный в бурении реагент - гидроксиэтилцеллюлоза ГЭЦ. Для повышения ингибирующих свойств раствора в него могут быть введены неорганические ингибиторы набухания глин - NaCl или CaCl₂.

К недостаткам известного состава относятся низкие ингибирующие свойства раствора, неудовлетворительные структурно-реологические показатели бурового раствора при бурении набухающих глин. Использование известного раствора требует дополнительных периодических химических обработок.

Технический результат предлагаемой группы изобретений - повышение ингибирующих свойств раствора и обеспечение стабильности структурно-реологических показателей раствора в процессе бурения набухающих глин, минимизация химических обработок и наработки раствора.

Предлагаемые ингибирующие буровые растворы включают воду, глинопорошок, сополимер и неионный водорастворимый полисахарид, например, или гидроксиэтилцеллюлозу (ГЭЦ), или крахмал. В растворе в качестве сополимера содержится Силфок 2540 при следующем соотношении компонентов, мас. %:

Содержание в сополимере Силфок 2540 мономеров хлорида диаллилдиметиламмония и малеинового ангидрида составляет от 99:1 до 92:8.

В качестве неионного водорастворимого полисахарида в предлагаемом растворе используются известные в бурении реагенты эфиры целлюлозы - гидроксиэтилцеллюлоза ГЭЦ (или оксиэтилцеллюлоза ОЭЦ) и крахмал. Для повышения ингибирующих свойств раствора в него могут быть введены неорганические ингибиторы набухания глин, например NaCl, KCl, MgCl₂, CaCl₂, CaO, формиаты и ацетаты натрия и калия.

Предлагаемый раствор может включать различные марки глинопорошка, от которого зависит его оптимальная концентрация. В буровом растворе может использоваться бентонитовый глинопорошок любой из марок: ПБМА, ПБМБ, ПБМВ, ПБМГ, которые выпускаются в соответствии с ТУ 2164-004-0013836-2006 «Глинопорошок», за исключением модифицированного анионными полимерами. С ухудшением марки глинопорошка концентрация его увеличивается, а с повышением качества концентрация уменьшается. Марка, т.е. сорт глинопорошка, в предлагаемом составе не оказывает существенного влияния на технологические показатели раствора, а характеризует его расход. Для глинопорошка марки ПБМВ концентрация составляет от 2% до 3%.

При необходимости буровой раствор может утяжеляться баритовым концентратом.

В качестве сополимера в предлагаемом растворе используют Силфок 2540 (ТУ 2227-001-92802291-2013), который получают сополимеризацией из смеси мономеров - хлорида диаллилдиметиламмония и малеинового ангидрида в соотношении от 99:1 до 92:8.

Структурная формула сополимера Силфок 2540

Силфок 2540 представляет с собой вязкую жидкость с концентрацией основного вещества от 25% до 45% в зависимости от молекулярной массы. У Силфок 2540 молекулярная масса хорошо контролируется в отличие от Полидадмахов (ВПК-402). Молекулярная масса сополимера в реагенте Силфок 2540 - величина постоянная в отличие от ВПК-402, в котором содержание полимеров с различной молекулярной массой колеблется в широких пределах, а за молекулярную массу принимают среднее значение, которая составляет примерно 3⋅10⁵. Такой разброс величины молекулярной массы в составе ВПК-402 связан с процессом полимеризации, что создает определенные трудности при химической обработке буровых растворов. Разные партии ВПК-402 могут сильно различаться по молекулярной массе, следовательно, и по свойствам. Для стабилизации молекулярной массы в реакционную смесь добавляют мономер малеинового ангидрида, который позволяет контролировать процесс сополимеризации.

Осуществление предлагаемых изобретений поясняется таблицами 1-4. В таблице 1 приведены результаты исследований по влиянию состава Силфок 2540 на ингибирующие свойства буровых растворов при различных соотношениях мономеров, хлорида диаллилдиметиламмония и малеинового ангидрида в сополимере Силфок 2540.

В таблице 2 приведены результаты проведенных промысловых исследований, подтверждающие влияние Силфок 2540 и неионных полисахаридов на технологические показатели раствора. В таблицах 1-4 приняты следующие сокращения и обозначения:

Т - условная вязкость, (с); ПФ - показатель фильтрации (см³ за 30 мин); η_пл - пластическая вязкость (мПа⋅с); τ₀ - динамическое напряжения сдвига (Па); CHC₁ - статистическое напряжение сдвига за 1 минуту (дПа); СНС₁₀ - статистическое напряжение сдвига за 10 минут (дПа); ГБ - глинопорошок бентонитовый ПБМВ; ГР - глинистый раствор, дадмах - хлорид диаллилдиметиламмония, ма - малеиновый ангидрид.

В таблице 3 приведены результаты проведенных промысловых исследований по наработке и утилизации растворов на скважинах №939 и №1082 Астраханского ГКМ.

В таблице 4 приведены усредненные технологические показатели бурового раствора с ВПК-402 для скважины №939 и с сополимером Силфок 2540 для скважины №1082 Астраханского ГКМ.

Из таблицы 1 следует, что относительное увеличение массы образца за счет проникновения водной фазы раствора через 7 суток уменьшается при использовании сополимера Силфок 2540 по сравнению с известным катионным буровым раствором, в состав которого входит ВПК-402.

При содержании мономера малеинового ангидрида менее 1% свойства реагента практически не отличаются от свойств ВПК -402 по влиянию на ингибирующие параметры буровых растворов (табл. 1, п. 1 и 3), а при содержании мономера малеинового ангидрида более 8% наблюдается излишек мономера малеинового ангидрида, который не вступает в реакцию (табл. 1, п. 7). Перерасход мономера малеинового ангидрида приводит к удорожанию Силфок 2540 без улучшения качества реагента. Поэтому оптимальное содержание мономеров хлорида диаллилдиметиламмония и малеинового ангидрида составляет от 99:1 до 92:8 мас. %.

Ингибирующие свойства предлагаемого состава оценивались по изменению пропитки в образцах глин. Относительное увеличение массы в % определяется по формуле:

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

m₁ - масса исходного образца.

Из таблицы 2 видно, что при содержании Силфок 2540 менее 3% и ГЭЦ менее 0,2% или крахмала менее 0,5% технологические показатели раствора имеют неприемлемые значения (табл. 2, п. 3 и 9), а именно высокое значение ПФ и нулевые СНС_1/10. При содержании Силфок 2540 более 7% и ГЭЦ более 0,5% или крахмала более 3% наблюдается перерасход реагента без улучшения технологических показателей бурового раствора (табл. 2, п. 8 и 13).

Ввод сополимера Силфок 2540 в буровой раствор в количестве 3-7% обеспечивает повышение его ингибирующих свойств, обеспечивает стабильность структурно-реологических показателей рабочей жидкости при бурении набухающих глин, минимизацию периодических химических обработок и наработки.

В настоящее время из огромного списка испытанных ингибирующих буровых растворов на Астраханском ГКМ в мульдовой зоне нельзя выделить хотя бы один состав, применение которого позволило бы осуществить бурение надсолевого интервала без наработки избыточного объема раствора. Учитывая накопленный опыт, можно констатировать, что средняя регламентируемая наработка бурового раствора при бурении скважин на Астраханском ГКМ в интервале 350-3000 м составляет 2000 м³, 1900 м³ из которых подлежат утилизации.

Промысловые испытания предлагаемого поликатионного бурового раствора осуществлялись при бурении скважины №1082 Астраханского ГКМ. Высокие ингибирующие и самоочищающиеся свойства поликатионного раствора предотвратили наработку, обеспечили стабильность структурно-реологических показателей рабочей жидкости при бурении набухающих глин в надсолевых отложениях, минимизацию периодических химических обработок.

Поликатионные сополимеры Силфок 2540 выпускаются для обработки буровых растворов, используемых в сложных геолого-технических условиях. Результаты проведенных испытаний на Астраханском ГКМ показали, что введение сополимера Силфок 2540 в состав раствора приводит к значительному улучшению ингибирующей способности раствора по сравнению с растворами, содержащими ВПК-402 и другие марки полидадмахов. Кроме того, у буровых растворов, стабилизированных сополимером Силфок 2540, структурно-реологические показатели значительно мягче и легче управляемы.

Предлагаемые буровые растворы готовят следующим образом. Сначала перемешивают воду с глинопорошком до его распускания, затем в глинистую суспензию добавляют сополимер Силфок 2540. Далее при интенсивном перемешивании последовательно вводят водорастворимый неионный полисахарид, при необходимости добавляют соли и баритовый утяжелитель.