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 и 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, что не позволяет качественно вскрывать пласты-коллекторы. При создании данного технического решения решалась техническая задача создания бурового раствора с регулируемой плотностью без твердой фазы для качественного вскрытия продуктивного пласта-коллектора с целью сохранения его первоначальной проницаемости.

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), воды, пеногасителя марки «Софэксил-9056-20х», бактерицида марки Биоцид-СМБ, 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 крахмал (немодифицированный и модифицированный) (см. Общая органическая химия. Том 2. Под ред. Н.К.Кочеткова, М.: Химия, 1986 г., с.213). Модифицированный по гидроксильным группам крахмал, построенный из остатков D-глюкопиранозы, соединенных 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 СМБ относится к бактерицидам. Бактерицид марки Биоцид СМБ представляет собой органическое вещество низкого молекулярного веса, который подавляет жизнедеятельность бактерий и позволяет сохранять реологические и фильтрационные параметры бурового раствора на основе биополимера и α-глюкана. В предлагаемом изобретении используется Биоцид-СМБ, представляющий 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 длительный 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 неделей (до двух неделей 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 в различном соотношении обеспечивают плотность бурового раствора от 1005 до 1700 кг/м³, повышают загущающую способность 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. Биополимер 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, содержащихся в пластовой воде, при совместимости бурового раствора с пластовой водой хлоркальциевого типа. Количество пеногасителя марки "Софэксил-905б-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 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.

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 нитрата калия KNO₃ с концентрацией биополимера ксантан марки «Сараксан» или «Сараксан-Т» 0,5 мас.%, модифицированного крахмала 0,5 мас.%, пеногасителя марки «Софэксил-9056-20х» 0,022 мас.%, бактерицида марки Биоцид СМБ 0,2 мас.%.

Для приготовления 1 м³ раствора берется 0,93 м³ воды. При перемешивании добавляется 170,5 кг нитрата калия KNO₃, температура перемешивания не ниже 20°С (так как реакция растворения соли эндотермическая, происходит с поглощением 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 5,55 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 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 и получения заданных реологических свойств системы. Для консервирования жидкости на срок больше 2 неделей вводят 2 кг бактерицида марки Биоцид-СМБ при температуре пласта-коллектора 25°С.

Пример 2.

Приготовления 1 м³ бурового раствора ρ=1250 кг/м³ на основе хлорида калия KCl и нитрата калия KNO₃ с концентрацией биополимера ксантан марки «Сараксан» или «Сараксан-Т» 0,3 мас.%, декстрана 0,25 мас.%, пеногасителя марки «Софэксил-9056-20х» 0,15 мас.%, бактерицида марки Биоцид СМБ 0,1 мас.%.

Для приготовления 1 м³ раствора берется 0,85 м³ воды. При перемешивании добавляется 271 кг хлорида калия KCl и 97,1 кг нитрата калия KNO₃, 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 3,8 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 1,5 л пеногасителя марки «Софэксил-9056-20х».

После введения пеногасителя марки «Софэксил-9056-20х» при интенсивном перемешивании медленно вводят 3,15 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.

Пример 3.

Приготовления 1 м³ бурового раствора ρ=1300 кг/м³ на основе нитрита натрия NaNO₂ с концентрацией биополимера ксантан марки «Сараксан» или «Сараксан-Т» 0,4 мас.%, декстрана 0,3 мас.%, пеногасителя марки «Софэксил-9056-20х» 0,1 мас.%, бактерицида марки Биоцид СМБ 0,2 мас.%.

Для приготовления 1 м³ раствора берется 0,780 м³ воды. При перемешивании добавляется 519,6 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 2°С (если температура будет ниже, то полимеры будут плохо распускаться и могут образоваться нерастворившиеся комки полимеров) медленно вводится 5,2 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 3,9 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 2 кг бактерицида марки Биоцид-СМБ при температуре пласта-коллектора 25°С.

Пример 4.

Приготовления 1 м³ бурового раствора ρ=1500 кг/м³ на основе формиата калия КНСОО с концентрацией биополимера ксантан марки «Сараксан» или «Сараксан-Т» 0,3 мас.%, модифицированного крахмала 0,25 мас.%, пеногасителя марки «Софэксил-9056-20х» 0,2 мас.%, бактерицида марки Биоцид СМБ 0,2 мас.%.

Для приготовления 1 м³ раствора берется 0,75 м³ воды. При перемешивании добавляется 750 кг формиата калия КНСОО, 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 4,5 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 3,7 кг модифицированного крахмала 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.

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 0,1013 МПа. Вязкостные характеристики определяли с помощью вискозиметра Fann. Эффективную вязкость определяли при 600 об/мин. Благодаря подобранному сочетанию полимеров 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.

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 0,5 мас.%, 0,2 мас.% бактерицида марки Биоцид-СМБ, 0,02 мас.% пеногасителя марки «Софэксил-9056-20х», нитрат калия KNO₃ - 170,5 кг, обеспечивающий плотность 1100 кг/м³.

Показатели реологических и механических свойств 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,

CHC_10с - статическое напряжение сдвига через 10 с,

СНС_10мин - статическое напряжение сдвига через 10 мин.

Пример 2: состав: 0,3 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.%, 0,1 мас.% бактерицида марки Биоцид-СМБ, 0,15 мас.% пеногасителя марки «Софэксил-9056-20х», хлорида калия KCl 271 кг и нитрата калия KNO₃ 97,1 кг, обеспечивающие плотность 1250 кг/м³.

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

Пример 3: состав: 0,4 мас.% ксантана (использован ксантан марок "Сараксан-Т" или "Сараксан", количество последнего - в пересчете на сухой продукт), в качестве α-глюкана использован декстран 0,3 мас.%, 0,2 мас.% бактерицида марки Биоцид-СМБ, 0,1 мас.% пеногасителя марки «Софэксил-9056-20х», нитрит натрия NaNO₂ 519,6 кг, обеспечивающий плотность 1300 кг/м³.

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

Пример 4: состав: 0,3 мас.% ксантана (использован ксантан марок "Сараксан-Т" или "Сараксан", количество последнего - в пересчете на сухой продукт), в качестве α-глюкана использован модифицированный крахмал 0,25 мас.%, 0,2 мас.% бактерицида марки Биоцид-СМБ, 0,2 мас.% пеногасителя марки «Софэксил-9056-20х», формиат калия КНСОО 750 кг, обеспечивающий плотность 1500 кг/м³.

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