Недиспергуючий буровий розчин

Реферат: Недиспергуючий буровий розчин містить як полімерну основу акриловий полімер гіпан, як органічний колоїд - понижувач фільтрації вугільнолужний реагент, а також глину, хлорид калію, вапно та воду. Додатково містить високомолекулярний флокулянт на основі негідролізованого поліакриламіду, акриловий полімер може містити Полігор та/або Поліплас, та/або Фіннпол-35, а органічний колоїд-понижувач фільтрації може містити гуматно-калієвий та/або торфо-лужний реагенти, як обважнювач використовується крейда. UA 108936 U (12) UA 108936 U UA 108936 U 5 10 15 20 25 30 35 Корисна модель належить до малоглинистих інгібуючих бурових розчинів для буріння глибоких газових та нафтових свердловин, а саме розчинів з високими кріплячими і флокулюючими властивостями. Відомий інгібуючий буровий розчин на водній основі малоглинистий буровий розчин з високими флокулюючими властивостями (Патент США № 7439210, МПК С09K 8/12, С09K 8/24, публ. 21.10.2008р.), що містить, мас. %: полімерну основу з двох акрилових полімерів: надвисокомолекулярного (молекулярна маса від 4 млн до 15 млн) флокулянта загальної дії ПАА - 0,15-0,44 та низькомолекулярного ПАА (молекулярна маса від 0,5 млн) як розріднювачпонижувач фільтрації - 0,15-0,44; стабілізатор глин - довголанцюгові поліспирти та/або поліаніонна целюлоза (з молекулярною масою від 200 до 500) - 0,05-0,2; високов'язкий біополімер як загущувач - до 0,05; і додатково може вміщувати до 25 % солей (NaCl, KCl); луг (гідроксид калію) для регулювання рН у межах 8,5-10,0. Недоліками цього бурового розчину є нестійкість щодо дії іонів полівалентних металів (понад 600 мг/л) та дії надлишку лугів, що ускладнює його використання при бурінні відкладень з високомінералізованими пластовими водами та при розбурюванні цементних стаканів. Крім цього рідка форма надвисокомолекулярного полімеру ПАА ускладнює його технологію застосування у зимовий період. Суттєвим недоліком є і те, що використання дорогих допоміжних понижувачів фільтрації також призводить до збільшення витрат на хімічну обробку бурового розчину. Найближчим аналогом є буровий розчин (А.С. СРСР № 1033524, МПК С09K 7/02, опубл. 07.08.1983 p.), який вміщує, мас. %: глину 3-15; KСl - 2-10; вуглелужний реагент - 0,5-2; гіпан 0,5-2; вапно - 0,5-2; вода - решта. Недоліком бурового розчину за аналогом є складність регулювання в'язкості, внаслідок чого виникають проблеми з циркуляцією по стволу свердловини та ефективністю винесення вибуреної породи на поверхню. Крім цього, ця рецептура вимагає досконалої системи очищення і характеризується нестабільним показником фільтрації, для зменшення якої потрібно проводити обробки термосолестійкими полімерами. В основу корисної моделі поставлена задача вдосконалення відомих рецептур за рахунок підвищення флокулюючих та інгібуючих (недиспергуючих) властивостей, посилення здатності очищуватись за допомогою стандартних засобів очистки, зменшення витрат на хімічну обробку. Для вирішення поставленої задачі буровий розчин, що містить полімерну основу з акрилового полімеру (гіпан), органічний колоїд-понижувач фільтрації (вуглелужний реагент), інгібітор-стабілізатор глини хлорид калію (КС1), регулятор лужності - стабілізатор стійкості ствола (вапно), глину, згідно з корисною моделлю, додатково містить високомолекулярний флокулянт на основі негідролізованого поліакриламіду (ПАА), при цьому як глина використовується глинопорошок бентонітовий, як органічний колоїд-понижувач фільтрації вугільно-лужний реагент, гуматно-калієвий реагент, торфо-лужний реагент; як акриловий полімер гіпан та/або Полігор, та/або Поліплас, та/або Фіннпол-35, за необхідністю використовують обважнювач крейду, при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: глинопорошок бентонітовий 1-3 акрилові полімери гіпан та/або Полігор, та/або Поліплас, та/або Фіннпол-35 0,5-3 високомолекулярний флокулянт на основі негідролізованого ПАА 0,02-0,2 органічний колоїд понижувач фільтрації вугільно-лужний реагент та/або гуматно-калієвий реагент, та/або торфолужний реагент 3-6 інгібітор - стабілізатор глини хлорид калію 0-10 регулятор лужності стабілізатор стійкості ствола вапно 1-3 обважнювач крейда 0-40 вода решта. 1 UA 108936 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Завдяки розробленій рецептурі бурового розчину, утворюється захищена стабільна колоїднодисперсна система на основі синергетичного сполучення двох типів акрилатів (частково гідролізованого середньомолекулярного акрилового полімеру і високомолекулярного флокулянта на основі негідролізованого поліакриламіду) з вапном. Стабільність цієї системи підтримується постійним підтриманням вмісту органічного колоїда-понижувача фільтрації на рівні не менше 3 %. Під час буріння колоїднодисперсна система утворює малопроникну полімерну плівку на частках вибуреної породи і тим самим попереджає її подрібнення та гідратацію протягом не менше одного циклу циркуляції (тобто має високі недиспергуючі властивості), що дозволяє породі ефективно видалятись не менш ніж на 85 % на стандартних засобах очищення розчину (віброситах і пісковідділювачах). Основним компонентом системи, що створює полімерну плівку на частках вибуреної породи, є високомолекулярний флокулянт. Тому потрібно під час буріння постійно поповнювати його вміст в буровому розчині в залежності від швидкості буріння. Флокулянт на основі негідролізованого поліакриламіду в лужному середовищі розчину, утвореному вапном (гідрооксидом кальцію), зазнає поступового часткового гідролізу, що може дещо знижувати його флокуляційні властивості. Проте швидкість гідролізу є невисокою, а флокулянт додається і витрачається під час буріння за кілька циклів циркуляції, тому цю властивість можна не враховувати. До того ж вапно посилює флокуляційні властивості, утворюючи частково "зшиту" структуру за рахунок створення додаткових поперечних зв'язків системи. За відсутності в системі органічного колоїда-понижувача фільтрації сталась би флокуляція всієї твердої фази бурового розчину, включаючи і бентонітовий глинопорошок, тому обов'язковою умовою її функціонування з високими недиспергуючими властивостями є підтримання вмісту гумінових речовин (гуматів) в розчині не менше 3 %. Захисна дія гумінових речовин полягає у особливостях їх молекулярної будови (бензольні кільця з гідроксильними та іншими радикалами), які, таким чином, створюють легкі подвійні водневі зв'язки з усіма базовими компонентами розробленого розчину, що піддаються гідролізу (акрилові полімери, бентонітовий глинопорошок). У розробленій рецептурі наявність в якості інгібітора диспергування глинистих порід хлористого калію може додатково посилити властивості недиспергуючого розчину і, таким чином, забезпечити високу стабільність стволу свердловини. Вміст обважнювача (крейди) визначається необхідністю утворення густини розчину, достатньої для протиставлення пластовим тискам у стволі свердловини та попередження забруднення продуктивних колекторів нерозчинною твердою фазою. Технологічно виправдану кількість крейди, при якій в'язкість розчину не стає надмірною, можна додавати в розчин до 3 густини 1360 кг/м . Розроблена рецептура також забезпечує стійкість бурового розчину до дії високої температури та мінералізованих пластових вод і базується на недорогих реагентах вітчизняного виробництва, в тому числі флокулянтах. На сьогодні флокулянти в Україні широко використовуються для очищення брудних стічних і каналізаційних вод від широкого спектра забруднювачів в міському господарстві і будівництві, деякі з них можливо використовувати в якості флокулянтів для бурових розчинів. Бентонітовий глинопорошок в розробленій рецептурі використовують за необхідності підвищення структурно-реологічних параметрів розчину. У запропонованому буровому розчині використовують глинопорошок бентонітовий за ТУ 3901-08-658-81 "Глинопорошок бентонитовый. Технические условия"; акрилові порошкові високомолекулярні флокулянти, наприклад: полімер АК 631, марки А-930 і А-1510, ступінь гідролізу 6-10 % - за ТУ 6-02-00209912-41-94, HENGFLOC-60714, HENGFLOC-70006, Seurvey D1 (виготовляються за стандартами АНІ); вугільно-лужний реагент (ВЛР) - за ТУ 39-932-84 "Вуглелужний реагент. Технічні умови" або гуматно-калієвий реагент (ГКР) - за ТУ У 26.823690792-002-2001 "Гуматно-калієвий реагент (Лігноксин). Технічні умови"; хлорид калію виготовлений за ГОСТ 4234-69; поліакриламід (ПАА) - за ТУ 6-16-2531-81; вапно - за ГОСТ 9179-77 "Известь негашеная. Технические условия"; гіпан - за ТУ У 13652508.002-2; полігор - за ТУ У 24.5-32893090-001; акрилові полімери (Поліак, Поліплас, Фіннпол-35) - за стандартами АНІ. Приклад приготування запропонованого бурового розчину. До попередньо гідратованої бентонітової глини 2 % концентрації при перемішуванні додають 3 % ВЛР і розчиняють протягом 1 години. Далі, при перемішуванні, до приготованої колоїдної основи розчину додають 1 % акрилового полімеру Полігор (на суху речовину). Після розчинення полімеру утворюється достатньо в'язка структура розчину, в яку додається 1 % 2 UA 108936 U 5 10 15 20 25 30 35 40 дрібномеленого вапна. Уже на цій стадії розчин готовий до застосування у свердловині. Порошкоподібні флокулянти додають до бурового розчину під час його закачування у свердловину під час буріння з розрахунку, щоб практично всі вони адсорбувалися на стінках свердловини та частинках вибуреної породи і таким чином виконали свою функцію. Розрахований час перебування флокулянта в буровому розчині - два цикли циркуляції бурового розчину. Концентрацію флокулянта регулюють за швидкістю буріння. Чим більша швидкість проходки, тим вища його концентрація. Хлорид калію та крейду можна додавати на будь-якій стадії обробки бурового розчину. Вимірювання основних технологічних параметрів бурового розчину здійснювали на стандартних приладах за загальноприйнятими методиками. Статичну фільтрацію визначали на приладі ВМ-6, згідно з методикою, викладеною у експлуатаційній документації. Структурно-реологічні властивості бурового розчину визначали на ротаційному візкозиметрі "Фанн" за стандартом АНІ. Фактичну густину вимірювали на ареометрі АБР-1. Водневий показник визначали за допомогою приладу pH-tester. Усі склади бурового розчину після термостатування достатньо термостійкі і стабільні у часі в межах заявлених співвідношень концентрацій компонентів. Після прогріву розчину при температурі 120 °C протягом 6 годин, показник фільтрації незначне збільшується та знижується структурно-реологічні параметри. Аналогічним чином готували інші склади рідини з різними співвідношеннями компонентів. Параметри бурового розчину, отримані при різних концентраціях компонентів занесені у таблицю. Концентрація бентонітового глинопорошку (2 %) обумовлена необхідністю забезпечення достатніх кіркоутворюючих властивостей розчину та мінімального підвищення рівня структурнореологічних властивостей. Нижній поріг концентрації гуматних реагентів 3 % обумовлений необхідністю створення середовища з вмістом гуматів, достатнього для утворення міжмолекулярних сполук з полімерами; а також для захисту акрилових полімерів. Верхній поріг - 6 % обмежений економічною і технологічною доцільністю для підтримання необхідних параметрів розчину. Добавка вапна (гідроксиду кальцію) обумовлена необхідністю підтримання закріплюючих властивостей розчину (зміцнення стінок свердловини і попередження осипань нестійких порід) та підтримання показника рН в межах 9-12. Запропонований буровий розчин характеризується стабільними технологічними параметрами у широкому діапазоні температур, високими недиспергуючими і флокулюючими властивостями. Флокулюючі властивості розчину практично не дозволяють диспергуватись вибуреній породі - вона на 85-90 % у вигляді згустків з флокулянтами видаляється на віброситах. Технічний та економічний результат від використання запропонованого бурового розчину полягає у спрощенні технології та зменшенні витрат на буріння, приготування та хімічну обробку бурового розчину. 3 UA 108936 U Таблиця № п/п ρ, 3 г/см 40 5,2 6/8 9 8 10,8 1,07 53 5,6 8/11 11 10 11,4 1,18 68 5,4 13/15 13 16 11,2 1,17 57 4,8 9/12 12 13 11,1 1,07 45 5,8 5/5 8 7 12 1,07 Бентонітова глина - 2, ВЛР - 5, Полігор (на 1 суху речовину) - 1, KСl - 5, Са(ОН)2 - 1, флокулянт А - 0,1, вода - решта Бентонітова глина - 2, торфо-лужний 2 реагент - 5, гіпан - 3, Са(ОН)2 - 1,5, KСl - 5, флокулянт Б - 0,1, вода - решта Бентонітова глина - 2, гуматно-калієвий реагент - 5, Поліплас - 1, Са(ОН)2 - 1,5, 3 KСl - 3, флокулянт В - 0,05, крейда - 10, вода - решта Бентонітова глина - 2, ПВЛР - 5, Фіннпол4 35 - 1, Са(ОН)2 - 1,5, KСl - 4, флокулянт Г 0,1, крейда - 10, вода - решта Бентонітова глина - 2, ВЛР - 6, гіпан - 2, 5 Са(ОН)2 - 2, KСl - 5, флокулянт Д - 0,1, вода - решта Розчин за п. 5 після термостатування 6 протягом 6 годин при 120 °C Параметри розчину T, Ф, CHC, η, τ0, 3 с см /30хв 1 хв/10 хв мПа·с дПа 1,06 Склад розчину, мас. % 34 5,6 2/2 6 5 11,8 рН ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 5 10 Недиспергуючий буровий розчин, що містить як полімерну основу акриловий полімер гіпан, як органічний колоїд - понижувач фільтрації вугільнолужний реагент, а також глину, хлорид калію, вапно та воду, який відрізняється тим, що додатково містить високомолекулярний флокулянт на основі негідролізованого поліакриламіду, акриловий полімер може містити Полігор та/або Поліплас, та/або Фіннпол-35, а органічний колоїд-понижувач фільтрації може містити гуматнокалієвий та/або торфо-лужний реагенти, як обважнювач використовується крейда, при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: глинопорошок бентонітовий 1-3 гіпан та/або Полігор, та/або 0,5-3 Поліплас, та/або Фіннпол-35 високомолекулярний флокулянт 0,02-0,2 вугільно-лужний реагент та/або гуматно-калієвий реагент та/або 3-6 торфо-лужний реагент хлорид калію 0-10 вапно 1-3 крейда 0-40 вода решта. Комп’ютерна верстка Л. Литвиненко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4