Результат интеллектуальной деятельности: Термосолестойкий буровой раствор

Изобретение относится к буровым растворам на водной основе и может найти применение при бурении нефтяных и газовых скважин, преимущественно при бурении солевых и неустойчивых глинистых пород в условиях воздействия высоких температур до 240°C.

Известен термостойкий катионный буровой раствор (патент РФ №2602262, C09K 8/24, опубл. 10.11.2016), включающий, мас. %: глинопорошок 3-5, полидадмах 1,75-3,50, катионный полимер Росфлок КФ 0,5-2, поливинилпирролидон 0,3-3,0, воду остальное. Недостатком указанного состава является низкая устойчивость к солевой агрессии при воздействии высоких температур до 200°C и выше. Показатель фильтрации после воздействия высоких температур возрастает, что неприемлемо при бурении интервалов солевых отложений с пропластками неустойчивых глинистых пород.

Наиболее близким к предложенному способу (прототипом) является термостойкий поликатионный буровой раствор (патент РФ №2651657, C09K 8/24, опубл. 23.04.2018), включающий, мас. %: глинопорошок 3-5, сополимер хлорида диаллилдиметиламмония и малеинового ангидрида в соотношении от 99:1 до 92:8 - полиэлектролит Силфок 2540С 5-7, катионный полимер на основе дадмаха - Flodrill DB 45CR 1-2, воду - остальное. Однако известный состав обладает низкой устойчивостью к солевой агрессии при воздействии высоких температур до 240°C и более, поскольку структурно-реологические показатели соленасыщенного раствора значительно ухудшаются после воздействия высоких температур до 240°C и более (показатель фильтрации после воздействия высоких температур возрастает), что значительно осложняет бурение интервалов солевых отложений с пропластками неустойчивых глинистых пород. Кроме того, один из ключевых компонентов в известном составе реагент Flodrill DB 45CR производится за рубежом, что может привести к затруднению с его использованием в условиях импортозамещения.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является разработка раствора для бурения продуктивных пластов неустойчивых глинистых пород на основе отечественного высокомолекулярного реагента Силфок 2540В, который может быть использован в условиях воздействия высокой температуры.

Техническим результатом, на достижение которого направлено предлагаемое изобретение, является повышение солеустойчивости при сохранении термоустойчивости раствора до 240°C за счет обеспечения минимальных значений показателя фильтрации до и после воздействия высоких температур, как при обычных, так и в забойных условиях.

Показатель фильтрации играет важнейшую роль в сохранении устойчивости ствола скважины в глинистых отложениях и предупреждении дифференциальных прихватов в проницаемых пластах. С уменьшением показателя фильтрации устойчивость ствола в интервале аргиллитов и набухающих глинистых отложений возрастает, а толщина формируемой глинистой корки в проницаемых породах падает, что приводит к снижению дифференциальных прихватов бурильной колонны. Не менее важным является достижение стабильных структурно-реологических показателей раствора до и после воздействия высоких температур до 240°C.

Указанный технический результат достигается за счет того, что термосолестойкий буровой раствор, включающий воду, глинопорошок и катионный сополимер Силфок 2540С, дополнительно содержит катионный сополимер Силфок 2540В и хлорид натрия при следующем соотношении, мас. %:

Коммерческое название предлагаемого раствора Катбурр-ТС.

Полиэлектролиты водорастворимые катионные Силфок 2540С и Силфок 2540В (Полидиаллилдиметиламмоний хлорид) являются высокоэффективными термосолестойкими понизителями показателя фильтрации буровых растворов и являются органическими полимерами соответственно средней и высокой молекулярной массы с высоким катионным зарядом.

Эффективность катионных полимеров, как стабилизаторов, зависит в основном от их молекулярной массы, чем выше молекулярная масса, тем выше стабилизирующая способность. Для высокотемпературных скважин с температурой выше 150°C наиболее эффективны катионные полимеры средней и высокой молекулярной массы.

Силфок 2540С и Силфок 2540В представляют собой высоковязкие жидкости с концентрацией основного вещества не менее 20-25%.

В настоящее время налажен выпуск Силфок 2540 В и Силфок 2540С по ТУ 2227-001-92802291-2013 в ООО «Силвер» г. Стерлитамак, Республика Башкортостан.

Применение Силфок 2540С и Силфок 2540В не ограничивает использование других катионных (со)полимеров, таких, например, как полидадмахи.

Глинопорошок ПБМВ выпускается в соответствии с ТУ 2164-004-0013836-2006.

Хлорид натрия (NaCl) (поваренная каменная соль, галит) используют для минерализации бурового раствора, что позволяет получить раствор с меньшим содержанием твердой фазы и, как следствие, более прокачиваемую систему бурового раствора с минимальными значениями реологических свойств. Хлорид натрия применяют в виде технической соли (выпускается по ГОСТ 4233-77).

Производство всех реагентов, входящих в состав предлагаемого бурового раствора, налажено на территории РФ.

Предлагаемый буровой раствор готовят следующим образом.

Перемешивают воду с глинопорошком до его распускания, после чего в глинистую суспензию добавляют Силфок 2540С, затем Силфок 2540 В и далее при интенсивном перемешивании вводят хлорид натрия. При необходимости вводят дополнительные реагенты.

Увеличение плотности бурового раствора производится добавками барита или другого утяжелителя. При необходимости дополнительно вводят смазывающие добавки (нефть, дизельное топливо, органобентонит в дизельном топливе, высокоокисленный битум в дизельном топливе, жидкий парафин и т.д.), многоатомные спирты, пеногасители, кольматанты и другие известные реагенты, необходимые для улучшения действия раствора.

Изобретение поясняется с помощью таблиц.

В таблице 1 приведены результаты исследований по влиянию концентрации Силфок 2540В на показатель фильтрации до и после термостатирования при 240°C. Термостойкость растворов оценивалась по изменению показателя фильтрации до и после термостатирования, причем показатель фильтрации определялся при комнатной температуре 25±3°C и при температуре 150±3°C.

В таблице приняты следующие сокращения: ПФК - показатель фильтрации при комнатной температуре, ПФ_нтнр - показатель фильтрации в условиях забоя, ГР - глинистый раствор.

Агрессия температуры до 240°C приводит к существенному росту показателя фильтрации соленасыщенного известного раствора (табл. 1, п. 2 и 4), тогда как пресный состав прототипа является термостойким (табл. 1, п. 1 и 3). Так ПФ_нтнр соленасыщенного известного раствора возрастает до 34,3 см³ после термостатирования при 240°C, что неприемлемо при проходке интервалов неустойчивых глинистых пород и проницаемых пластов.

В отличие от прототипа пресные и соленасыщенные модификации предлагаемого бурового раствора Катбурр-ТС обладают высокой термостойкостью при температуре 240°C (табл. 1, п. 7-12). Показатель фильтрации (ПФ_к, ПФ_нтнр) предлагаемого раствора после воздействия температуры практически не меняется, а у прототипа возрастает. Из таблицы 1 следует, что при содержании Силфок 2540В менее 7% показатель фильтрации до и после термостатирования в обычных условиях и в условиях, имитирующих забойные, возрастает (табл. 1, п. 5 и 6). Увеличение содержания Силфок 2540В более 10% неэффективно (табл. 1, п. 13 и 14), так как приводит к перерасходу указанного реагента без существенного улучшения фильтрационных показателей раствора до и после термостатирования.

В таблице 2 приведены результаты воздействия температуры на структурно-реологические показатели соленасыщенных модификаций прототипа и предлагаемого раствора. В качестве структурно-реологических характеристик выбраны пластическая вязкость (ПВ), динамическое напряжение сдвига (ДНС), статическое напряжение сдвига за 1 и 10 мин (СНС1/10) и показания прибора (вискозиметра) при 600, 300, 200, 100, 6 и 3 об/мин до и после термостатирования.

У предлагаемого соленасыщенного раствора структурно-реологические показатели проявляют высокую стабильность после термостатирования, тогда как воздействие высоких температур до 240°C вызывает значительное ухудшение структурно-реологических показателей у соленасыщенной модификации прототипа (табл. 2), что требует дополнительных обработок раствора по разжижению и снижению показателя фильтрации.

Из результатов испытаний предлагаемого раствора следует, что оптимальной концентрацией Силфок 2540С является 5-7, Силфок 2540В 7-10, хлорида натрия 3-30, мас. %.

Предлагаемый буровой раствор Катбурр-ТС не совместим с лигносульфонатами, анионными водорастворимыми эфирами целлюлозы, силикатами, гуматами и др. реагентами анионного типа. При увеличении концентрации катионов кальция и магния, например, при поступлении рапы, их осаждение не производится, так как они не ухудшают технологические показатели раствора. Регулирование рН раствора производится только по необходимости, например, для снижения скорости коррозии бурильного инструмента, активации реакции нейтрализации сероводорода и т.д. Предлагаемый буровой раствор имеет нормальные технологические показатели в широком диапазоне рН среды от 2-3 до 12 при воздействии высоких температур до 240°C.