Склад для приготування та обробки бурових розчинів

Запропонований винахід відноситься до нафтогазовидобувної промисловості, зокрема до складів для приготування та регулювання технологічних параметрів бурових розчинів, що забезпечують якісну, безаварійну проводку глибоких нафтогазових свердловин в складних геологічних умовах, сприяють підвищенню швидкості та скороченню термінів будівництва при безумовному збереженні номінального діаметру і стійкості стовбура, а головне - колекторських властивостей продуктивних горизонтів. Найбільш близьким по здійсненню аналогом (прототипом) до даного складу є "Склад для одержання реагенту для обробки бурових розчинів" (1), що включає поліакриламід та вуглелужний реагент, а також додатково містить карбонат калію та гідроксид калію при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: Поліакриламід 0,5-10 Карбонат калію 0,5-10 Гідроксид калію 0,5-10 Вуглелужний реагент решта Недоліком прототипу є те, що він не сприяє збільшенню швидкості буріння, оскільки бурові розчини, оброблені складом з такою рецептурою не мають здатності до хімічного самоочищення і не мають властивостей та параметрів розчинів з низьким вмістом твердої фази (НВТФ) і такі розчини під час буріння активно збагачуються шламом вибуреної породи. При цьому збільшується концентрація твердої фази, підвищується в'язкість та статична напруга зсуву, погіршуються реологічні показники, що впливає на зниження швидкості буріння. Призначення прототипу - це зниження фільтраційних показників бурових розчинів, але основним недоліком складу, як стабілізатора водовіддачі, є низька солестійкість по відношенню до солей полівалентних металів (кальцію та магнію), оскільки головною активною основою складу являються вуглелужний реагент і поліакриламід - реагенти нестійкі до дії солей полівалентних металів (2). Тому при використанні бурового розчину, обробленого даним складом в полімінеральних соленосних покладах, або в розрізах, де є пластова вода, що містить солі полівалентних металів, можливі ускладнення, пов'язані з коагуляцією, а також порушенням параметрів і стабільності бурого розчину різким підвищенням водовіддачі. Для відновлення технологічних параметрів виникає необхідність в додаткових обробках більш ефективними та стабільними реагентами. Відомий також безглинистий буровий розчин на основі сополімера метакрилата і метакрилової кислоти (3). Його недоліки також полягають в низькій стійкості до солей полівалентних катіонів, а також в недостатній здатності до самоочищення. Тому, без додаткових хімічних обробок, при наявності в розрізі солей кальцію та магнію, неможливе підтримання водовіддачі, а без застосування спеціального обладнання для очищення бурового розчину від вибуреної породи, неможливе підтримання вмісту твердої фази на низькому рівні під час буріння, що не сприяє збільшенню швидкості буріння. В основу винаходу поставлено задачу створення такого складу для приготування та регулювання технологічних параметрів бурових розчинів, який би забезпечував ефективне зниження фільтрації бурови х розчинів при бурінні як прісних, так і соленосних горизонтів, що містять солі полівалентних металів-ангідритів та бішофіту. Оброблений складом буровий розчин повинен мати здатність до хімічного самоочищення від вибуреної породи за рахунок її флокуляції, чим і забезпечується збільшення швидкості буріння, мати стабільні структурномеханічні і реологічні параметри, низький показник фільтрації, як при нормальних умовах, так і при вибійних умовах свердловини. Оброблений складом розчин повинен забезпечувати стійкість стінок свердловини, тобто мати високі інгібуючі властивості, підвищувати стійкість сланців до руйнування. І саме головне завдання збереження колекторських властивостей продуктивних горизонтів, відсутність кольматації складовими фільтрату промивальної рідини, а також диспергованою твердою фазою. Ця задача вирішується наступним чином: Склад для приготування та обробки бурових розчинів, який включає високомолекулярний поліакриламід (ПАА), карбонат калію (поташ) та гідроксид калію, згідно винаходу, додатково містить поліаніонну целюлозу (ПАЦ), лігносульфонат конденсований і ксантановий біополімер при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: Високомолекулярний поліакриламід (ПАА) 0,5-25%; Карбонат калію (поташ) 0,5-25%; Гідроксид калію 0,5-15%; Лігносульфонат конденсований 0,1-25%; Ксантановий біополімер 0,01-5%; Поліаніонна целюлоза (ПАЦ) решта. В якості ПАЦ використовується низьков'язка поліаніонна целюлоза, а в якості ксантанового біополімеру використовується ксантановий біополімер типу "Rhodopol", або "Barazan". Склад для приготування та обробки бурових розчинів в якості лігносульфоната конденсованого може містити конденсовану сульфіт спиртову барда (КССБ), або лігносульфат модифікований конденсований сухий те хнічний (ЛМКСТ). Включення до складу поліаніонної целюлози забезпечує високі стабілізуючі властивості та мінімальне значення показника водовіддачі, як при нормальних умовах, так і в більш жорстких вибійних умовах свердловин, де температура сягає 160°С, а також в умовах повного насичення розчину солями, в тому числі і солями полівалентних металів. До складу включено ксантановий біополімер типу "Rhodopol", або "Barazan", який одержують в результаті дії бактерій Xantahmonas campestrie на полісахариди. Унікальні властивості реагенту забезпечують регулювання реологічних параметрів бурового розчину та попереджують кольматацію продуктивних колекторів, особливо тріщинува того типу і вільний винос поглинутого бурового розчину з тріщин на протязі тривалого часу. Полімер також зменшує гідродинамічний вплив промивної рідини при відновленні циркуляції, зменшуючи початкові тиски і репресію на пласт. Включення до складу конденсованого лігносульфонату, який являється більш ефективним реагентом, в порівнянні з гуматними реагентами (4), додатково підвищує термостійкість складу та покращує регулювання структурно-механічних і реологічних показників, що важливо при застосуванні обважнених розчинів. Високомолекулярний поліакриламід є інгібітором, що посилює стійкість аргілітів, а також є ефективним флокулянтом. Його призначення в запропонованому складі - видалення з розчину дисперсних часток шламу вибуреної породи, що сприяє самоочищенню розчину і збереження стабільних реологічних і структурномеханічних параметрів та посилення міцності стінок свердловин. Карбонат калію нейтралізує надлишок полівалентних катіонів в фільтраті та є додатковим джерелом іонів калію, які являються інгібітора проти руйнування стінок свердловини в зонах залягання нестійких аргілітів. Гідроксид калію призначений для часткового гідролізу поліакриламіду та регулювання величини рН середовища, а також є додатковим джерелом калієвих іонів для посилення стійкості сланців. Причинно-наслідковий зв'язок між достатніми у всіх випадках істотними ознаками запропонованого рішення і отриманими підсумковими технічними результатами забезпечують нові те хнічні якості, дозволяючи в сполученні з відомими ознаками отримати технічні результати, означені в постановці задачі. За наявними у заявника відомостями, запропонована сукупність ознак, що характеризують суть винаходу, невідома з рівня техніки, тобто, винахід відповідає критерію "новизни". Приклади здійснення винаходу: Приклад 1. Готується склад з поліакриламіду, карбонату калію, гідроксиду калію та конденсованого лігносульфонату з добавкою поліаніонної целюлози та ксантанового біополімера типу "Rhodopol", або "Barazan". Приготування бурового розчину та подальше регулювання його технологічних параметрів здійснюється шляхом введення попередньо приготованого складу в те хнічну воду, чи буровий розчин за допомогою глиномішалки, фрезерноструменевого млина (ФСМ), або ежекторної установки, при цьому склад попередньо готують при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: Високомолекулярний поліакриламід (ПАА) 0,5%; Карбонат калію (поташ) 0,5%; Гідроксид калію 0,5%; Лігносульфонат конденсований 5%; Ксантановий біополімер типу "Barazan" 0,03%; Поліаніонна целюлоза (ПАЦ) решта. Досягається технічний результат, що заявляється за винаходом, а саме склад для приготування та регулювання параметрів бурових розчинів, який дозволяє отримати якісний, стабільний, термо-, солестійкий буровий розчин з НВТФ, що має добрі технологічні параметри, низьку фільтрацію в умовах полімінеральної агресії та високих вибійних температур. Приклад 2. Аналогічно прикладу 1, але співвідношення компонентів складає, мас. %: Високомолекулярний поліакриламід (ПАА) 20%; Карбонат калію (поташ) 5%; Гідроксид калію 1%; Лігносульфонат конденсований 25%; Ксантановий біополімер типу "Rhodopol" 2%; Поліаніонна целюлоза (ПАЦ) решта. При використанні такого складу також забезпечується досягнення технічного результату, що заявляється за винаходом. Порівняльний аналіз запропонованого технологічного рішення з прототипом показує, що заявлений склад для приготування та регулювання параметрів бурових розчинів забезпечує отримання якісного, сго, стійкого до температурної і солевої агресії бурового розчину з НВТФ, що має добрі технологічні параметри та низьку фільтрацію при вибійних умовах, зберігає стійкість стінок свердловин і колекторколекторські властивості продуктивних горизонтів. Суть винаходу не витікає явним чином для спеціаліста з відомого рівня техніки. Сукупність ознак, які характеризують звісне рішення, не забезпечує досягнення нових властивостей і тільки наявність відрізняючих ознак винаходу дозволяє отримати нові властивості, новий технічний результат. Отже, винахід відповідає критерію “винахідницький рівень”. Лабораторні дослідження. Моделювання приготування та регулювання параметрів бурови х розчинів проводилося в лабораторних умовах з використанням стандартного обладнання, а також автоклава та фільтр - преса, що створюють умови, подібні до вибійних умов свердловини - тиск до 1000 атмосфер та температуру до 160°С. В якості модельного бурового розчину використовували 2%-ний водний розчин бентонітового глинопорошка. Розчин обробляли досліджуваними складами - прототипом та запропонованим складом з різним вмістом компонентів (по прикладу 1 та по прикладу 2). Після перемішування, а при потребі і витримки в автоклаві, проводили замір параметрів: фільтрації при нормальних умовах (ФНУ), фільтрації при 160°С (Ф160), умовної в'язкості (Т), статичної напруги зсуву (СНЗ). Для перевірки рівня флокуляції, до розчинів додатково добавляли шлам вибуреної породи, попередньо подрібнений та просіяний через сито з розміром отворів 200меш. Визначали кількість шламу, який внаслідок флокуляції випав в осад на протязі 10 хвилин після обробки (Ос.%). Дані досліджень приведено в таблиці: Таблиця № п/п 1 2 3 4 Склад для обробки 2%-ний р-н глинопорошка № 1+ склад-прототип 0,2% № 1+ склад-прототип 0,5% № 1+ склад-прототип 1,0% ФНУ см 3 >40 >40 9 4 Ф160 см 3 >40 >40 28 21 Т, сек. 30 74 81 97 CHЗ, мг/см 3 20/35 16/19 75/96 89/105 Oc..% 0 5 10 12 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 №1+NаСl 10%+СаСІ2 2% + склад-прототип 1,0% № 1+ склад за прикладом 1 0,2% № 1+NaCl 10%+СаСІ2 2% + склад за прикладом 1 1,0% № 1+ склад за прикладом 2 0,2% № 1+ склад за прикладом 2 0,5% № 1+ склад за прикладом 2 1,0% № 1+NaCl 10% + CaCl2 2%+ склад за прикладом 2 1,0% №1+ПАЦ 0,5% №1+ПАЦ 1,0% №1+ПАЦ 1,5% №1+ПАА 0,2% №1+ПАА 0,5% >40 >40 55 51/68 15 12 23 28 32/51 59 19 45 49 59/71 90 8 4,5 3 21 14 4,5 37 53 85 31/45 45/71 69/94 68 87 90 4,5 9,5 51 42/57 95 5 4 1,5 >40 34 14 11 8 >40 >40 24 41 95 21 78 28/36 39/52 26/64 16/26 57/69 0 0 0 21 12 Порівняльний аналіз запропонованого технологічного рішення з прототипом показує, що заявлений реагент має ряд переваг: склад зменшує фільтрацію бурових розчинів в умовах полімінеральної агресії; заявлений склад являється більш ефективним понижувачем фільтрації бурових розчинів при високих температурах; має здатність флокулювати вибурену породу, сприяючи самоочищенню розчину, тим самим протистоїть підвищенню питомої ваги, а також погіршенню структурно-механічних та реологічних параметрів, що і забезпечує значне збільшення швидкості буріння; біополімер, що входить до складу реагенту, не тільки регулює та покращує реологічні параметри, але і попереджує прилипання бурильного інструмента до стінок свердловини, забезпечуючи змащуючи властивості, зменшуючи потребу в мастильних добавках; розчини, оброблені реагентом, мають низький вміст твердої фази, що впливає на покращення роботи доліт, збільшуючи термін їх роботи на вибої свердловини. Запропонований склад має певні переваги над прототипом. Таким чином, запропоноване технічне рішення відповідає критерію "промислова придатність" і в цілому може бути захищене патентом на винахід. Джерела інформації: 1. Патент України 22383 А Склад для отримання реагенту для обробки бурових розчинів. 2. А.И.Булатов Справочник по промывке скважин, М, "Недра", 1984. 3. Авторское свидетельство SU 1326601 А 1 Малоглинистый буровой раствор. 4. Э.Г.Кистер Химическая обработка буровых растворов, "Недра", М 1972г.