Результат интеллектуальной деятельности: Утяжеленный ингибированный малоглинистый буровой раствор

Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности, в частности к буровым растворам, применяемым при бурении в условиях, характеризующихся высокими забойными температурами и аномально высокими пластовыми давлениями.

Для вскрытия пластов с АВПД необходимо использование утяжеленных буровых растворов, сохраняющих оптимальные структурно-реологические свойства при высоких забойных температурах.

Известен утяжеленный буровой раствор, содержащий, мас. %: кальцинированную соду - 0,3-0,5, гидроксид натрия 0,2-0,3, бентонит 3-5, полианионную целлюлозу ПАЦ-СВ 0,6-0,8, крахмал Фито РК 1-2, лигносульфонат ФХЛС 0,5-1,5, пеногаситель ПЭС-1 0,1-0,5, смазочную добавку Лубриол 0,5-0,8, хлористый калий 3-5, органосилоксан ГКЖ-11Н 0,3- 0,5, барит 45-65, гивпан 0,3-0,5, бактерицид ЛПЭ-32 0,2-0,3 [RU 2461600 С1, МПК С09K 8/24 (2006.01), опубл. 20.09.2012]. Известный раствор обладает высокими смазочными свойствами и низким показателем фильтрации.

Недостатком известного раствора является многокомпонентная схема регулирования структурных, реологических и фильтрационных свойств бурового раствора, обоснованная высоким содержанием твердой фазы (баритового утяжелителя). Многокомпонентность бурового раствора значительно затрудняет регулирование технологических свойств в процессе строительства скважины.

Наиболее близким к предлагаемому составу и назначению является буровой раствор, содержащий, мас. %: бентонитовый глинопорошок 4,00-5,00, карбоксиметилоксиэтилцеллюлозу 1,30-1,50, кремнийорганическую жидкость ГКЖ-10 1,00-1,20, целлотон-Ф 1,00-1,10, нитрилотриметилфосфоновую кислоту НТФ 0,01-0,05, высокодисперсный аэросил МАС-200 в дизельном топливе 0,50-0,70, баритовый утяжелитель 63,00-70,00, вода - остальное [RU 2313556 C1, МПК С09K 8/20 (2006.01), опубл. 2007]. Известный раствор обеспечивает сохранение фильтрационных характеристик пород при вскрытии продуктивных пластов с АВПД.

Недостатком данного раствора является необходимость регулирования технологических свойств раствора вследствие увеличения структурно-механических и реологических показателей бурового раствора по причине концентрационного загустевания дисперсной системы, обусловленного увеличением объемного содержания утяжелителя в буровом растворе до критических значений.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, является разработка утяжеленного ингибированного малоглинистого бурового раствора с ограниченным содержанием твердой фазы и оптимизированными структурно-реологическими свойствами, применяемого при бурении в условиях, характеризующихся высокими забойными температурами (до 120°C) и аномально высокими пластовыми давлениями (с коэффициентом аномальности до 2,1).

При осуществлении заявляемого технического решения поставленная задача решается за счет достижения технического результата, который заключается в оптимизации структурно-реологических свойств бурового раствора за счет применения специальных добавок и галенитового утяжелителя с целью обеспечения безаварийного бурения глубоких скважин в условиях высоких пластовых давлений и температур.

Указанный технический результат достигается тем, что буровой раствор содержит: модифицированный глинопорошок, термосолестойкую карбоксиметилцеллюлозу, комплексный (многофункциональный) реагент, смазывающую добавку, гидрофобизирующую жидкость, кольматирующую добавку, воду и утяжеляющую добавку - галенитовый утяжелитель при следующем соотношении компонентов, мас. %: глинопорошок ПБМА - 2,24-3,16, КМЦ-ТС - 0,27-0,33, Смолополимер 1,22-1,78, Лубрикон 1,27-1,48, ГКЖ-11 0,31-0,52, МР-4 5,00-7,00, вода - остальное, галенитовый утяжелитель до необходимой плотности сверх 100%.

Достижение указанного технического результата обеспечивается за счет подбора компонентов (количественного и качественного) в заявляемом утяжеленном ингибированном малоглинистом буровом растворе, совместное применение которых позволяет получить раствор высокой плотности (до 2200 кг/м³), при этом обладающий оптимальными структурно-реологическими и фильтрационными свойствами, высокой седиментационной устойчивостью, термостабильностью при температуре до 120°C.

Для приготовления заявляемого бурового раствора использовали следующие компоненты:

Глинопорошок бентонитовый, модифицированный марки ПБМА с выходом глинистого раствора не менее 20 м³/т (по ТУ 2164-005-1424676-2014), предназначен для приготовления и регулирования свойств буровых растворов на водной основе. Относится к малоопасным веществам 4 класса.

КМЦ-ТС по ТУ 2231-034-97457491-2010 является термосолестойким реагентом, представляющим собой порошкообразный или волокнистый материал от белого до кремового цвета - продукт реакции этерификации целлюлозы с дополнительным введением модифицирующих добавок. Реагент предназначен для регулирования структурно-реологических и фильтрационных показателей всех типов буровых растворов на водной основе.

Смолополимер по ТУ 2458-004-97457491-2007 представляет собой (порошок от светло-желтого до темно-коричневого цвета) смесь омыленного таллового пека, лигносульфонатов и карбоксиметилцеллюлозы с технологическими добавками. Смолополимер является комплексным (многофункциональным) реагентом: стабилизирует фильтрацию, регулирует реологические параметры буровых растворов, положительно влияет на смазочные и антикоррозионные свойства буровых растворов, в том числе с высоким содержанием твердой фазы, а также в условиях повышенных температур.

Лубрикон по ТУ 2458-023-14023401-2012 представляет собой вязкую жидкость - оригинальную смесь жирных кислот, продуктов их взаимодействия с диэтаноломином и гидроокисидом калия, понижающим температуру замерзания растворителем и комплекса регулятора пенообразования. Используется в качестве смазывающей добавки для снижения коэффициента трения бурового раствора, увеличения механической скорости бурения и уменьшения опасности прихватов.

ГKЖ-11 по ТУ 2229-512-05763441-2007 - гидрофобизирующая жидкость, являющаяся водным раствором метилсиликоната калия, используется для обеспечения ингибирующих свойств и повышения термостабильности бурового раствора. Использование ГКЖ-11 приводит к снижению объемного набухания глинистых частиц в пластах.

МР-4 по ТУ 5716-003-52817785-03 является кислоторастворимым мелкодисперсным порошком карбоната кальция (CaCO₃). В заявляемом растворе МР-4 используется в качестве кольматирующей добавки для обеспечения блокирующих свойств.

Утяжеление бурового раствора до необходимой плотности производят галенитовым утяжелителем по ТУ 1725-011-56864391-2007. Галенит или свинцовый блеск является мелкодисперсным порошком сульфида свинца (PbS), содержащим в своем составе 86,6% свинца и 13,4% серы. Плотность галенита - от 7,4 до 7,6 г/см³. Твердость по шкале Мооса 2-3. Галенит в качестве утяжелителя применяют для получения сверхтяжелых буровых растворов.

Утяжеленный ингибированный малоглинистый буровой раствор в лабораторных условиях готовили следующим способом.

Глинистую суспензию готовили путем растворения бентонитового глинопорошка (ПБМА) в водопроводной воде при помощи смесительной установки, обеспечивающей скорость вращения швеллера (8000±1600) об/мин в течение 20 минут. Полученную глинистую суспензию оставляли на 24 часа при комнатной температуре для более полной гидратации и набухания глинистых частиц. Через 24 часа глинистую суспензию в течение 60 минут перемешивали на смесительной установке при скорости вращения швеллера (8000±1600) об/мин. Далее полученную глинистую суспензию обрабатывали реагентами-стабилизаторами карбоксиметилицеллюлозой (КМЦ-ТС) и комплексным реагентом (Смолополимер) при перемешивании на смесительной установке при той же скорости вращения швеллера до полного распускания. После полного распускания реагентов-стабилизаторов вводили кремнийорганическую жидкость (ГКЖ-11) и вновь перемешивали в течение 30 минут. Затем ингибированную полимер-глинистую суспензию обрабатывали смазочной добавкой Лубрикон и перемешивали в течение 20 минут, после чего вводили кольматирующую добавку МР-4, а затем галенитовый утяжелитель и перемешивали в течение 30 минут.

После этого измеряли технологические параметры бурового раствора с использованием аттестованных методик измерений при температуре (20±2)°C. Плотность бурового раствора определяли с помощью пикнометра. Для определения условной вязкости использовали вискозиметр ВБР-2. Для определения фильтрации использовали фильтр-пресс с площадью зоны фильтрации (45,8±0,6) см², обеспечивающий перепад давления на фильтрующем элементе 0,1 и 0,7 МПа. Реологические свойства определялись при помощи 8-скоростного ротационного вискозиметра, оснащенного коаксиальными измерительными цилиндрами. Стабильность раствора оценивалась при помощи цилиндра стабильности ЦС-2. Влияние высоких температур и давлений на технологические свойства утяжеленного ингибированного малоглинистого бурового раствора определяли с помощью высокотемпературного ротационного вискозиметр с программным управлением, обеспечивающим максимальную температуру в измерительной ячейке 150°C.

В таблице представлены компонентный состав и технологические свойства раствора. Примеры приготовления и испытания составов, приведенных в таблице, аналогичны вышеописанному. Для выявления отличительных признаков и заявленного технического результата изменяли массовые соотношения компонентов (примеры 1-5).

Как видно из таблицы, заявляемый утяжеленный ингибированный малоглинистый буровой раствор за счет использования современных многофункциональных реагентов обладает оптимальными структурно-реологическими и фильтрационными свойствами (табл. 1, поз. 1-3).

Утяжеленный ингибированный малоглинистый буровой раствор при различных массовых соотношениях компонентов при температуре (20±2)°C имеет плотность (ρ) от 1907 до 2212 кг/м³, условную вязкость (Т) от 40 до 61 с, показатель фильтрации (Ф) от 2 до 3 см³/30 мин, статическое напряжение сдвига через 1 минуту и 10 минут покоя (СНС_{1 мин/10 мин}) от 31 до 59 и от 94 до 108 дПа соответственно, водородный показатель (pH) 9-10, пластическую вязкость (η_пл) от 55 до 74 мПа⋅с, предельное динамическое напряжение сдвига (τ₀) от 67 до 107 дПа, стабильность раствора (Δρ) от 3 до 6 кг/м³.

Исследования влияния высоких температур оценивали по изменению технологических показателей заявляемого раствора после термостатирования в вальцевой печи при температуре 120°C в течение 4-х часов. Полученные результаты свидетельствуют об устойчивости бурового раствора к воздействию высоких температур (табл. 1 поз. 4).

Применение модифицированного бентонитового глинопорошка с выходом более 20 м³/т позволяет получить малоглинистые суспензии, технологические свойства которых регулируются дополнительной химической обработкой.

Заявляемый буровой раствор испытан на высокотемпературном вискозиметре. Полученные зависимости основных реологических показателей (1 - пластическая вязкость, 2 - предельное динамическое напряжение сдвига, 3, 4 - статическое напряжение сдвига) при нагреве до 120°C представлены на фиг. 1 и 2. Полученные зависимости позволяют сделать вывод о том, что при повышении температуры до 120°C, хотя и происходит некоторое снижение реологических показателей, но они остаются на приемлемом уровне. Это обстоятельство позволяет говорить о термостабильности заявляемого состава.

Совместное использование реагентов-стабилизаторов (КМЦ-ТС, Смолополимер, ГКЖ-11) обеспечивает оптимальные структурно-реологические и фильтрационные свойства, седиментационную устойчивость, а также придает заявляемому раствору термостабильность.

Снижение содержания утяжеляющей добавки в буровом растворе достигается за счет использования галенитового утяжелителя плотностью более 7 г/см³.

Таким образом, заявляемый состав утяжеленного ингибированного малоглинистого бурового раствора при заявляемом соотношении компонентов в сравнении с прототипом имеет более высокую плотность при меньшем содержании утяжеляющей добавки. Ограниченное содержание твердой фазы в составе утяжеленного ингибированного малоглинистого бурового раствора обеспечивает оптимальные структурно-реологические свойства (показатели) бурового раствора в условиях высоких пластовых давлений и температур, что позволит осуществить безаварийный процесс бурения в данных условиях.