Результат интеллектуальной деятельности: Катионный буровой раствор

Изобретение относится к безглинистым буровым растворам на водной основе и может найти применение при бурении нефтяных и газовых скважин, преимущественно при бурении продуктивных пластов и неустойчивых глинистых пород в условиях воздействия высоких температур до 160°C.

Известен буровой раствор (патент Российской Федерации №2222566 С1, кл. C09K 7/02, опубл. 27.01.2004), применяемый при промывке бурящихся нефтяных и газовых скважин. Буровой раствор на основе водомасляной эмульсии включает бентонитовый глинопорошок, каустическую соду, карбоксиметилцеллюлозу КМЦ, многофункциональные поверхностно-активные вещества ПАВ, пеногаситель, полимер и воду, а также содержит КМЦ низкой вязкости, в качестве многофункциональных ПАВ - ИКЛУБ и ИКД, в качестве пеногасителя - ИКДЕФОМ, в качестве полимера - акриламидсодержащий полимер - анионный полиэлектролит ИКСТАБ или амфолитный полиэлектролит ГРИНДРИЛ и дополнительно - кальцинированную соду при следующем соотношении ингредиентов, кг на 1 м³ бурового раствора: бентонитовый глинопорошок - 30-75; кальцинированная сода - 1-2,5; каустическая сода - 0,2-0,7; КМЦ низкой вязкости - 2,5-6,8; ИКЛУБ - 3-9; ИКД - 0,5-3; ИКДЕФОМ - 0,1-0,25; акриламидсодержащий полимер - 2,6-4,5; вода - остальное. Известный раствор обеспечивает бурение наклонно-направленных и горизонтальных стволов и скважин всех назначений, экологически безопасен. Однако раствор имеет в своем составе большое количество ингредиентов, в который входит бентонит, отрицательно влияющий на вскрытие продуктивных пластов. Кроме того, известный состав обладает низкой термостойкостью (до 120°C).

Известен катионноингибирующий буровой раствор, включающий мас. %: глинопорошок 5-8; стабилизатор - понизитель фильтрации, ингибитор глин ВПК-402 5-6; биополимер Биоксан 0,05-0,2; воду (патент Российской Федерации №2567580 С1, кл. C09K 8/24, опубл. 10.11.2015). В состав известного раствора также входит глинопорошок, отрицательно влияющий на качественное вскрытие продуктивного пласта. Состав обладает низкой термостойкостью (до 120°C).

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является катионный буровой раствор (патент Российской Федерации №2605215 С1, кл. C09K 8/24, опубл. 20.12.2016). Раствор включает, мас. %: глинопорошок 2-3; Росфлок 99М 1-2; сульфат алюминия Al₂(SO₄)₃⋅18H₂O 0,5-6; каустическую соду NaOH 0,18-2,16; воду остальное. Известный состав также обладает низкой термостойкостью (до 150°C), а в состав раствора также входит глинопорошок, отрицательно влияющий на качественное вскрытие продуктивного пласта.

Задача, решаемая заявленным изобретением, состоит в разработке безглинистого раствора для бурения продуктивных пластов и неустойчивых глинистых пород в условиях воздействия температуры до 160°C.

Техническим результатом, на достижение которого направлено предлагаемое изобретение, является повышение термостойкости раствора при бурении продуктивных пластов и неустойчивых глинистых пород в условиях воздействия температуры до 160°C.

Сущность изобретения заключается в том, что катионный буровой раствор, включающий воду, сульфат алюминия и каустическую соду, дополнительно содержит сополимер Силфок 2540С и катионный полимер Flodrill DB 45CR. Компоненты раствора находятся в следующем соотношении, мас.%:

В качестве понизителя фильтрации используют сополимер Силфок 2540С, (ТУ 2227-001-92802291-2013), который получают сополимеризацией из смеси мономеров - хлорида диаллилдиметиламмония и малеинового ангидрида в соотношении от 99:1 до 92:8. Силфок 2540С представляет собой вязкую жидкость с концентрацией основного вещества 35%. У Силфок 2540С молекулярная масса хорошо контролируется в отличие от полидадмахов (ВПК-402). Для стабилизации молекулярной массы, в реакционную смесь, добавляют мономер малеинового ангидрида, который позволяет контролировать процесс сополимеризации. Силфок 2540С является эффективным термосолестойким понизителем показателя фильтрации буровых растворов.

Flodrill DB 45CR представляет собой полимер на основе дадмаха, обладающий высокой степенью катионности и сильноразветвленной цепочкой. Этот полимер производится с помощью технологического процесса обратного суспензирования и может поставляться в виде частичного или полного измельчения с целью повышения интенсивности растворения. Используется в качестве вспомогательного структурообразователя (FLODRILL™, Новые буровые реагенты, SNF BALTREAGENT ООО, http://docplayer.ru/33659056-Flodrill-novye-burovye-reagenty.html, опубл. 2013).

Основной структурообразователь - гидрогель алюминия, образуется при взаимодействии сульфата алюминия с каустической содой. Гидрогель алюминия структурирует данную систему, повышает динамическое напряжение сдвига и статическое напряжение сдвига. Такое структурирование выдерживает воздействие температуры до 160°C.

При необходимости буровой раствор утяжеляется различными известными утяжелителями в бурении.

Изобретение поясняется с помощью таблицы, в которой показаны технологические показатели катионного ингибирующего бурового раствора. В таблице приняты следующие обозначения: гл. - глинопорошок, СА - сульфат алюминия, η_пл - пластическая вязкость (МПа⋅с); τ₀ - динамическое напряжение сдвига (Па); СНС - статическое напряжение сдвига (ДПа), кауст. сода - каустическая сода.

Результаты проведенных экспериментов, занесенные в таблицу, показывают, что при содержании сульфата алюминия и каустической соды менее 10% и 3,6% соответственно не наблюдается сохранение приемлемых значений структурно-реологических показателей до и после термостатирования (Таблица, п. 3). Увеличение содержания сульфата алюминия и каустической соды более 15% и 5,4% соответственно неэффективно по экономическим соображениям (Таблица, п. 8), так как приводит к перерасходу данных реагентов без существенного улучшения структурно-реологических показателей раствора.

Из таблицы видно, что после термостатирования предлагаемого раствора такие показатели, как пластическая вязкость, динамическое напряжение сдвига и статическое напряжение сдвига, сохраняются в допустимых пределах. Таким образом, можно констатировать, что технический результат изобретения, повышение термостойкости предлагаемого безглинистого раствора для бурения продуктивных пластов и неустойчивых глинистых пород в условиях воздействия температуры до 160°C, достигается.

При необходимости для улучшения свойств дополнительно могут быть введены смазывающие добавки, многоатомные спирты, пеногасители, кольматанты и другие известные реагенты общеулучшающего действия.

Предлагаемый раствор готовят следующим образом: в воду добавляют сульфат алюминия и каустическую соду, затем Силфок 2540С и далее при интенсивном перемешивании вводят Flodrill DB 45CR. При необходимости раствор утяжеляют, например, кислоторастворимыми карбонатными утяжелителями - мелом, мраморной крошкой, доломитом, сидеритом.