Біополімерний буровий розчин

Біополімерний буровий розчин, що містить полімерний понижувач фільтрації, біополімер, поверхнево-активну речовину, змащувальну домішку і воду, який відрізняється тим, що як поверхневоактивну речовину і змащувальну домішку містить етилендіаміди жирних кислот (продукт конденсації C2 2 (19) 1 3 78086 4 4ТТ - продукт конденсації моноетаноламіну і сирих крохмаль або поліаніонна целюлоза, талових масел в суміші з гасом, моноетаноламіабо карбоксиметилцелюлоза, або ном і флотореагентом - оксалем) - 0,5-1,0 і вода карбоксиметилоксіетилцелюлоза, решта [див. патент Росії №2179568, МПК 7 або оксіетилцелюлоза, абогідролізоС09К7/02, публ.20.02.2002р., Бюл. №5]. ваний поліакрилонітрил 0,1-1,0; У безглинистому буровому розчині для розбіополімер ксантанового типу 0,2-0,5; криття продуктивних горизонтів крохмаль і карбоетилендіаміди жирних кислот 0,05-3,0; натний обважнювач виконують функцію понижувавуглелужний реагент або гуматноча фільтрації, але присутність у розчині калієвий реагент 3,0-6,0; карбонатного обважнювача не дозволяє регулюКСl, NaCl, CaCl2, MgCl 2, бішо фіт 3,0-40,0; вати густину бурового розчину у бік зменшення. вода решта. Біополімерний реагент виконує функцію структуДослідами визначено, що у водному розчині роутворювача, але його термостійкість обмежубіополімер і гумати лужних металів утворюють ється застосуванням до 120°С. Для забезпечення нероздільні просторові комплекси, які забезпечуінгібуючих, змащувальних, фільтраційних і протиють активне функціонування кожного його компоприхватних властивостей у запропонованому буненту в агресивному середовищі (високі концентровому розчині використовується декілька різних рації солей, дія високих температур), де ані компонентів у високих концентраціях, а саме: гідгумати, ані біополімер окремо не здатні існувати. рофобізуюча поверхнево-активна речовина - ПКДПри сумісному розчиненні відбувається взаємодія 515 забезпечує збільшення проникності колектора; ланцюгів молекул біополімеру з поліаніонами гудомішка ДСБ-4ТТ - продукт конденсації моноетаматів лужних металів за рахунок утворення велиноламіну і сирих талових масел в суміші з гасом, кої кількості водневих зв'язків. Така взаємодія мамоноетаноламіном і флотореагентом - оксалем кромолекул забезпечує незворотне просторове використовується для зниження протиприхватних тривимірне розташування у водному середовищі, властивостей і покращення змащувальних властиактивне зв'язування води навіть при агресивній дії востей; спирти (полігліколь) використовують у яковисоких концентрацій солей і високих температур, сті інгібітора глин і бактерициду, але при цьому що і забезпечує підвищені структурно-реологічні вони є високотоксичною речовиною. властивості і зниження показника фільтрації при Крім того, недоліком даного розчину є недонизьких концентраціях полімерів. статні структурно-реологічні властивості, а саме: Для зниження показника фільтрації синергетизапропонована кількість біополімеру і крохмалю не чна суміш потребує додаткового застосування забезпечує достатні показники в'язкості, динамічполімерних понижувачів фільтрації (крохмаль, ного напруження зсуву та пластичну в'язкість, що поліаніонна целюлоза (ПАЦ), карбоксиметилцеобмежує його застосування при бурінні горизонталюлоза (КМЦ), карбоксиметилоксіетилцелюлоза льних свердловин; недостатня термостійкість об(КМОЕЦ), оксіетилцелюлоза (ОЕЦ), гідролізований межує його застосування при бурінні у складних поліакрилонітрил (гіпан)). гірничо-геологічних умовах (у тому числі в хемоВикористання етилендіамідів жирних кислот генних відкладах і при підвищених температурах). дозволяє зменшити кількість і концентрацію комЗадачею даного винаходу є зменшення кільпонентів у складі бурового розчину за рахунок токості та концентрації компонентів на приготування го, що вони одночасно виконують декілька функбурового розчину при збереженні інгібуючих, змацій. щувальних, фільтраційних і протиприхватних влаВ запропонованому технічному рішенні етилестивостей, підвищення структурно-реологічних ндіаміди жирних кислот виконують функцію повервластивостей та термостійкості, забезпечення сохнево-активної речовини, що дозволяє забезпечилестійкості, зниження шкідливого впливу на навкоти високі інгібуючі властивості завдяки лишнє середовище. гідрофобізації поверхні часток, що спричиняє їх Для вирішення поставленої задачі пропонувідторгнення від водної фази, і функцію змащувається біополімерний буровий розчин, який вміщує льної і протиприхватної домішки завдяки великій полімерний понижувач фільтрації (крохмаль), біоздатності адсорбції на металеві поверхні і утвополімер, поверхнево-активну речовину, змащуварення щільного, міцного мономолекулярного шару, льну домішку і воду, згідно винаходу як поверхнещо дозволяє ефективно використовувати його при во-активну речовину і змащувальну домішку низьких концентраціях. містить етилендіаміди жирних кислот (продукт Дослідами також визначено, що етилендіаміди конденсації етилендіаміну і фосфа тидного конценна основі природних, нерозгалужених, парних житрату), як полімерний понижувач фільтрації місрних кислот, крім вище наведених властивостей, тить поліаніонну целюлозу (ПАЦ) або карбоксимевиконують антиферментну функцію, є біорозкладтилцелюлозу (КМЦ), або ними, нетоксичними і нешкідливими для навколикарбоксиметилоксіетилцелюлозу (КМОЕЦ), або шнього середовища, і таким чином запобігають оксіетилцелюлозу (ОЕЦ), або гідролізований поліферментативній деструкції полімерних (полісахаакрилонітрил (гіпан), при цьому додатково вміщує ридних) реагентів. гумати лужних металів (вуглелужний реагент Для підвищення інгібуючих властивостей та (ВЛР) або гуматно-калієвий реагент (ГКР)) та солі надання можливості застосування під час буріння лужних та/або лужноземельних металів (КСl, NaCl, у складних гірничо-геологічних умовах (у тому чиCaCl2, MgCl2, бішофіт) при наступному співвіднослі в хемогенних відкладах і при підвищених темшенні компонентів, мас.%: пературах) до біополімерного бурового розчину додають солі лужних та/або лужноземельних ме 5 78086 6 талів (КСl, NaCl, CaCl2, MgCl 2, бішо фіт тощо). металів. Перевищення концентрації понад 1,0% Біополімерну основу бурового розчину склаекономічно і технологічно недоцільним [див. дають біополімери ксантанового типу марки поз.№10 таблиці 1]. Duovis, Flovis, Radopol, Zibosan та інші. Вони явДодавання етилендіамів жирних кислот менше ляють собою водорозчинні порошкоподібні поліса0,05% є неефективним, тому що отримуємо знихариди, отримані обробкою бактеріями типу "ксанження змащувальних, інгібуючих, протиприхватних тамонас". і антиферментних властивостей, а збільшення Як полімерний понижувач фільтрації викорисконцентрації етилендіамів жирних кислот більше товують крохмаль їстівний за ТУ-2483-0023,0% недоцільно в зв'язку з тим, що поліпшення 41668452-97 або інші модифікації крохмалю, або цих власти востей практично не відбувається (див. поліаніонну целюлозу (Polypac L або R), або картаблицю 2). боксиметилцелюлозу (Камцел, Tyiose, Finnfix тоДослідженнями визначено, що етилендіаміди що), або карбоксиметилоксіетилцелюлозу (CHR-1, жирних кислот є нетоксичними і відносяться до CHR-6 тощо), або оксіетилцелюлозу, або гідроліреагентів четвертого класу небезпеки. зований поліакрилонітрил (гіпан за ТУ У Інгібуюча дія солей, як відомо, помітно прояв31062554.02-2001) і їх різні модифікації і торгові ляється починаючи з концентрації 3,0%, чим і обумарки. мовлений нижній поріг концентрації. Завдяки висоЕтилендіаміди жирних кислот виготовляють за кій солестійкості рецептури бурового розчину ТУ У 24.6-32028975-005-2004, як реагенти викориверхній поріг концентрації солей обмежений тільки стовують фосфатидний концентрат – продукт відмежею їх розчинності у воді, що дає можливість ходу масложирового виробництва, що є сумішшю використовува ти такий розчин при бурінні у хемотриацилгліцеридів та фосфоліпідів, та етилендіагенних відкладах. мін. Статична фільтрація визначалась на приладі У якості гуматів лужних металів використовуфільтр-прес Фанн за стандартом Американського ють вуглелужний реагент за ТУ У 36-01-247-76 або Нафтового інституту (АНІ). гуматно-калієвий реагент за ТУ У 26.8-23690792Показник фільтрації при температурі 140°С 002-2001. при перепаді тиску 7МПа визначався на приладі Солі лужних та/або лужноземельних металів ВТВТ - висока температура / високий тиск (за ста(КСl, NaCl, CaCl2, MgCl2, бішо фіт) отримують за: ндартом АНІ), що відтворює умови на вибої сверКСl за ДОСТ 4568-95, NaCl за ДОСТ 13830-68, дловини глибиною близько 5000м. СаСl2 за ДОСТ 450-77, MgCl2 або бішофіт за ДОСТ У межах заявлених співвідношень концентра7759-73. цій компонентів усі склади біополімерного буровоПриклад приготування біополімерного бурового розчину достатньо термостійкі, що слідує з него розчину в лабораторних умовах. значного збільшення показнику фільтрації, який У 900мл води при перемішуванні проводять гівизначали після прогріву при температурі 150°С дратацію 5г біополімеру ксантанового типу протяпротягом 4 годин [див. поз.№1-10 таблиці 1]. гом 15 хвилин, далі додають 50г ВЛР або ГКР і 2г Змащувальні і протиприхватні властивості викрохмалю або ПАЦ, або КМЦ, або КМОЕЦ, або мірювали за допомогою приладу "Lubricity Tester" ОЕЦ, або гідролізований поліакрилонітрил, етилеамериканської фірми "Farm Instrument Co" і за дондіаміди жирних кислот (ЕДЖК)-30г і перемішують помогою приладу КТК. протягом 15-30 хвилин, потім додають 70г КСl або Інгібуючі властивості були перевірені методом NaCl, або СаСl2, або MgCl2, або бішофіту. Після обкатки кернового матеріалу в роліковій печі при розчинення солей біополімерний буровий розчин температурі 100°С протягом чотирьох годин. В готовий для використання. якості зразків використовували аргіліт. Після обкаУ таблиці 1 наведено приклади приготування тки зразка в дистильованій воді залишилося 80,8% біополімерного бурового розчину при різних конкернового матеріалу, а після обкатки в біополімецентраціях компонентів. рному буровому розчині 95,7-97,5% [див. поз. У таблиці 2 наведено дані про змащувальні, №№1-10 таблиця 2], що свідчить про значне поінгібуючі, протиприхватні властивості біополімеркращення інгібуючих властивостей запропонованого бурового розчину при різних концентраціях ного розчину. компонентів. Анти ферментну дію етилендіамідів жирних киЗниження концентрації біополімеру до 0,2% і слот визначали за кількістю аеробних бактерій у ВЛР/або ГКР до 3,0% негативно впливає на струк0,5% розчині біополімерного реагенту за допомотурно-реологічні властивості [див. позиції №№2, 3 гою індикаторів Sanivcheck AB фірми "Biosan Laboтаблиці 1], при цьому зменшується стійкість розratories. INC". Проби, відібрані у пластикові пакети, чину до солей лужних та лужноземельних металів залишали для інкубації на 36 годин при температа високих температур. Збільшення концентрації турі 36°С, кількість бактерій у розчині 100 на 1мл, біополімеру вище 0,5%, а ВЛР або ГКР вище 6,0% при концентрації 0,5-1%. недоцільно тому, що збільшуються витрати хімреТехнічним результатом використання запроагентів, а структурно-реологічні та фільтраційні понованого біополімерного бурового розчину є властивості значно не поліпшуються [див. отримання високих стр уктурно-реологічних власпоз.№№7-10 таблиці 1]. тивостей, підвищення інгібуючих, змащувальних, Використання полімерних понижувачів фільтфільтраційних і протиприхватних властивостей рації у наданих концентраціях забезпечує низький бурових розчинів при зменшенні кількості та конпоказник фільтрації біополімерного бурового розцентрації компонентів, підвищення їх стійкості до чину навіть в умовах агресії солей полівалентних дії високих температур і концентрацій солей луж 7 78086 8 них та лужноземельних металів, поліпшення анвідкладах і при підвищених температурах), а також тиферментативних властивостей. похило-спрямованих та горизонтальних ділянок Впровадження запропонованого біополімерносвердловин, зменшити шкідливий вплив на навкого бурового розчину дозволить зменшити витрати лишнє середовище, покращити те хніко-економічні хімреагентів під час буріння у складних гірничопоказники буріння. геологічних умовах (у тому числі в хемогенних Таблиця 1 Приклади приготу в ання біополімер ного бу ров ого розчину при різних концентраціях комп онентів Параметри біополімер ного бу ров ого розчину Після прогріву 4ч t=150°C При t=20°C Склад біопо лімерного бу ров ого розчину, мас.% № п/п CaCl2/ ВЛР КМО NaCl MgCl2, БП або ПАЦ КМЦ ОЕЦ ЕЦ /KCl бі шоГКР фіт 1 0,1 3 0,1 2 0,2 3 0,1 3 0,2 3 4 0,3 5 0,2 7 5 0,3 5 0,2 3 6 0,4 5 0,2 26 7 0,5 6 0,3 40 8 0,5 6 0,3 20 9 0,5 6 0,2 26 10 0,5 6 26 11* Гіпан (на су х. КрохРечо маль в ину ) 0,4 1 ЕД ЖК 0,05 0,1 1 1,5 1,5 2 2 2,5 3 1,5 Ф, Ф, 3 СНЗ 10/10 h, t , Т, Т, см3/ СНЗ 10/10, h, t, см / дПа мПа дПа с с дПа мПа дПа 30хв 30хв 4,8 4,8 5,8 4,5 4,7 7,0 6,7 6,5 6,2 4 5 12/17 16/17 17/21 29/37 31/49 57/63 72/82 75/85 71/80 55/73 14/18 18 22 20 27 25 69 120 25 21 23 12 25 27 22 39 34 95 167 158 149 78 18 30 35 37 42 45 60 85 82 71 45 65 28 33 34 39 42 55 72 73 68 40 30 6,8 6,5 7,5 5,0 5,6 6,5 8 7,8 5 4,2 15 8/10 12/14 13/15 45/62 35/52 51/58 70/85 67/81 62/77 49/71 0/5 13 18 13 35 29 60 110 20 18 20 5 15 21 17 48 37 87 140 154 140 71 8 * прототип: крохмаль - 1%, біополімер - 0,3%, полігліколь ПЕГ-400 -3%, ДСБ-515-0,5%, ПКД -515-1,5%, крейда - 5%, СаСl2-3%, NaCl20%. Таблиця 2 Дані про змащувальні, інгібуючі, протиприхватні властивості біополімерного бурового розчину при різних концентраціях компонентів № розчину із таблиці 1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Комп’ютерна в ерстка В. Мацело Змащувальні, (КТК) 0,17 0,15 0,15 0,13 0,13 0,12 0,12 0,11 0,10 0,13 Вимірювані властивості Протиприхватні, Ампер 4,5 4,0 3,7 3,6 3,3 3,2 3,2 2,6 2,2 3,3 Підписне Інгібуючі, % 95,7 95,9 96,2 96,8 96,3 96,5 96,9 97,3 97,5 97,0 Тираж 26 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601