Буровий розчин

Реферат: Буровий розчин містить структуроутворювач, полімерний понижувач та інгібітор. Як інгібітор містить фурфуриловий спирт та гуматний реагент. Як полімерний понижувач фільтрації використовують КМЦ. Як структуроутворювач використовують бентонітовий глинопорошок та/або біополімер. Як понижувач фільтрації використовують крохмаль екструзійний або модифікований. Інгібітор додатково містить поліалкіленгліколь. UA 70303 U (12) UA 70303 U UA 70303 U 5 Корисна модель належить до області буріння нафтових і газових свердловин, зокрема до рідин, які застосовують при бурінні свердловин в різних гірничо-геологічних умовах, у т.ч. при підвищених (понад 100 °C) вибійних температурах. 4 Відомий буровий розчин (А.с. СРСР № 1141109, МПК С09К 7/02, опубл. 23.02.1985 р.), який містить полімерну домішку, як структуроутворювач - глинопорошок, як полімерний понижувач фільтрації - карбоксиметилцелюлозу, а як інгібітор - неорганічну сіль при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: глинопорошок карбоксиметилцелюлоза хлористий калій поліакриламід вода 10 15 Розчин призначений для буріння при знижених температурах. Недоліком такого бурового розчину є недостатня технологічність через обмеженість його застосування. Відомий буровий розчин (патент Російської Федерації № 2103311 МПК С09К 7/00, опубл. 27.01.1998), який містить як структуроутворювач глину бентонітову, як полімерний понижувач фільтрації карбоксиметилцелюлозу (КМЦ), а як інгібітор - комплексну сіль при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: глина бентонітова конденсована сульфітспиртова КССБ- 4 КМЦ-600 комплексна сіль вода 20 2,0-4,0 0,5-1,0 0,5-1,0 0,1-0,3 решта. 8,0-20,0 барда 5,0-7,0 1,0-2,0 1,75-3,5 решта. Розчин призначений для буріння глинистих відкладів і аргілітів за рахунок використання комплексної солі. Недоліком такого розчину є недостатня технологічність через обмеженість його застосування. Найбільш близьким до запропонованого є буровий розчин (патент Російської Федерації № 7 2203920, МПК С09К 7/02, опубл. 10.05.2003 р.), який містить як структуроутворювач бетонітовий глинопорошок, як полімерний понижувача фільтрації КМЦ-600, а як інгібітор фурфуриловий спирт при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: 25 бетонітовий глинопорошок КМЦ-600 фурфуриловий спирт вода 30 35 5,0-8,0 0,5-1,0 0,1-1,0 решта. Розчин характеризується інгібуючими і гідрофобізуючими властивостями відносно до розбурених порід. Недоліком відомого бурового розчину є недостатня термостійкість, що обмежує його застосування при бурінні свердловин понад 3000 м. Задачею даної корисної моделі є розширення технологічних можливостей застосування бурового розчину, у тому числі при підвищених (понад 100 °C) температурах, поліпшення його структурно-реологічних властивостей за рахунок розширення сировинної бази компонентів, комплексного використання полімерів і гуматного реагенту, які не втрачають своїх технологічних властивостей при сезонних змінах температур. Для вирішення поставленої задачі пропонується буровий розчин, який містить як структуроутворювач бентонітовий глинопорошок та/або біополімер, як полімерний понижувач фільтрації КМЦ або крохмаль, або ПАА, або ПАЦ, як інгібітор - фурфуриловий спирт та/або поліалкіленгліколь, а також гуматний реагент при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: 40 1 UA 70303 U структуроутворювач (бентонітовий глинопорошок та/або біополімер) полімерній понижувач фільтрації (КМЦ або крохмаль, або ПАА, або ПАЦ) інгібітор (фурфуриловий спирт та/або поліалкіленгліколь) гуматний реагент вода 5 10 15 20 25 30 35 40 45 0,5-5,0 0,2-7,0 0,1 - 1,0 2,0 - 6,0 решта. Крім того, запропонований буровий розчин може додатково вміщувати мінералізатори, обважнювачі, змащувальні домішки, кольматанти, регулятори лужності тощо. Також як дисперсійне середовище при приготуванні бурового розчину можливо використання технічної мінералізованої води, що не буде радикально погіршувати його технологічні властивості, оскільки усі запропоновані компоненти рецептури сумісні. У запропонованому складі бурового розчину як структуроутворювач використовують бентонітові глинопорошки вітчизняного виробництва за ДОСТ 25795-83 або за ТУ - 39-01-08158-81. Додавання до складу бурового розчину бентонітової глини необхідно для утворення колоїдної основи, що спрямоване на регулювання фільтрації та в'язкості. Крім того, як структуроутворювач використовують біополімерний реагент. Біополімери ксантанового типу являють собою водорозчинні полісахариди, отримані обробкою бактеріями типу "ксантамонас" марки Duovis, Flovis, Radopol, Zibosan, Xantan-Gumo та інші. При застосуванні біополімерів в низьких концентраціях в бурових розчинах утворюється впорядкована структура, за рахунок чого підвищується в'язкість і виносна здатність розчинів. У запропонованому складі бурового розчину як полімерний понижувач фільтрації використовують КМЦ або поліакриламід (ПАА), або поліаніонну целюлозу (ПАЦ) та їх аналоги, які виробляють і постачають, наприклад, фірми "Метса Спешелті Кемікалз" (Фінляндія) і "М-І Drilling fluids" (США), або крохмаль, який відповідає сертифікатам якості, що виконує функцію стабілізатора фільтрації і структуроутворювача за рахунок клейстеризації у лужному середовищі і вміщує, наприклад крохмаль екструзійний, що виготовляється згідно з ТУ 15.631333288.001:2004, або крохмаль модифікований, що виготовляється згідно з ТУ У 15.621407680-001:2005. Як гуматний реагент використовують, наприклад вуглелужний реагент згідно з ТУ У 36-01247-76 або гуматно-калієвий реагент згідно з ТУ У 26.8-23690792-002-2001, або К1-МД згідно з ТУ У 24.6-34971107-001:2001. Відомо, що амфолітна природа гумінових кислот є сприятливим фактором міжмолекулярної взаємодії з поліелектролітами (полімерними понижувачами фільтрації (ПАЦ, КМЦ, ПАА тощо). Наявність позитивно заряджених центрів на поверхні макромолекул гумінових кислот сприяє асоціативному з'єднанню, у гідратованому стані, макромолекул у просторові структури, що підвищує термостійкість розчину понад 100 °C і покращує структурно-реологічні властивості при менших витратах хімічних реагентів на приготування. Як інгібуючий компонент у складі розчину використано поліалкілен-гліколь (ПАГ) марки ІГС ТУ У 24.6-21865342-008:2 і/або фурфуриловий спирт ГОСТ 28960-91. Адсорбція ПАГ приводить до зниження активності глинистої поверхні в результаті зниження поверхневого заряду за рахунок зменшення ступеня дисоціації силанольних груп. Фурфуриловий спирт не містить зважених частинок, повністю розчинний у воді і органічних розчинниках. Температура кипіння 171 °C. Масова частка спирту не менше 98,5. Фурфуриловий спирт отримують каталітичним гідратуванням технічного фурфуролу при 7,5-10 МПа або газофазним гідратуванням при низькому тиску. Молекулярна маса за міжнародним стандартом - 98,10. Інгібуючий ефект застосування даного реагенту проявляється за рахунок гідрофобізації глинистих порід як наслідок його дифільної природи. Таким чином, запропоноване співвідношення реагентів у рецептурі бурового розчину дозволяє отримувати оптимальні структурно-реологічні властивості, інгібуючі властивості та техніко-економічні показники буріння. Технічним результатом від використання запропонованого бурового розчину є зниження витрат на приготування і регулювання властивостей розчину за рахунок зменшення кількості 2 UA 70303 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 обробок розчину та збільшення терміну його використання внаслідок забезпечення термостабільності розчину понад 100 °C без погіршення його структурно-реологічних і фільтраційних властивостей; зменшення ускладнень при бурінні нестійких теригенних відкладів за рахунок підвищення інгібуючих властивостей розчину і покращення якості розкриття продуктивних пластів. Використання розчину під час буріння свердловин дозволить зменшити ускладнення в потенційно схильних до осипання і обвалоутворення інтервалах, крім того, застосування такого розчину під час первинного розкриття продуктивних пластів зменшить негативний вплив глинистих частинок на продуктивність цих пластів. У таблиці 1 приведено результати досліджень показників технологічних властивостей бурового розчину при різних співвідношеннях компонентів, у таблиці 2 - результати дослідження інгібуючих властивостей за методом "Hot Roll» Приготування розчину здійснювали наступним чином. У розрахованій кількості води за допомогою перемішувача розчиняли 5,0 % бентонітового порошку, 7,0 % понижувача фільтрації (наприклад екструзійного крохмалю) і перемішували 1530 хвилин, після чого додавали 2,0 % гуматного реагенту (наприклад, К1-МД) і перемішували протягом 15-45 хвилин, наступним додавали 0,1 % інгібітору (наприклад, ПАГ) і перемішували протягом 30 хвилин зі швидкістю 1500,0 об/хв. Отриманий розчин перемішували ще протягом 30-45 хвилин, після чого вимірювали його технологічні параметри (склад № 1 табл. 1). Склади №№ 2-9 готували аналогічно. Дані по кількісному співвідношенню компонентів бурового розчину та показники технологічних параметрів розчинів, отриманих при нормальних умовах і після термостатування при різних співвідношеннях компонентів, наведені у таблиці 1. Вимірювання основних технологічних параметрів отриманого розчину здійснювали на стандартних приладах за загальноприйнятими методиками. Статичну фільтрацію визначали на приладі фільтрпрес Фанн за стандартом Американського Нафтового інституту (АНІ). Структурно-реологічні властивості розчину визначали на восьмишвидкісному ротаційному віскозиметрі Фанн за стандартом АНІ. Фактичну густину розчину вимірювали на важільних терезах ВРП-1. Термостабільність розчину визначали після термостатування в роликовій печі протягом 4 годин при температурі 125 °C, після чого вимірювали стандартні параметри. Інгібуючі властивості фурфурилового спирту і поліалкіленгліколю ІГС визначали за стандартною методикою згідно з СОУ 11.2-30019775-174:2010 наведені в таблиці 2. Нижній поріг концентрації структуроутворювача 0,5 % обумовлений мінімумом, який необхідний для утворення колоїдної основи бурового розчину та регулювання фільтрації та в'язкості, а верхній - 5,0 % обумовлений доцільністю використання даного компонента в запропонованій рецептурі. Нижній поріг концентрації вказаного полімерного понижувача фільтрації 0,2 % обумовлений мінімумом, що необхідний для пониження фільтрації і утворення стабільної структури в даній системі, а верхній - 7,0 % обумовлений доцільністю використання даного компонента в запропонованій рецептурі. Зниження концентрації гуматного реагенту нижче 2,0 % негативно впливає на термостабільність і структурно-реологічні показники бурового розчину, а збільшення вище 6,0 % призводить до перевитрат хімічного реагента. Нижній поріг концентрації інгібуючого компоненту ПАГ або фурфурилового спирту 0,1 % обумовлений мінімумом, необхідним для забезпечення гідрофобізації глинистих частинок, а верхній 1,0 % обумовлений доцільністю використання даного компонента в запропонованій рецептурі. 3 UA 70303 U Таблиця 1 Показники технологічних властивостей бурового розчину, отриманого при різних співвідношеннях компонентів Параметри розчину після Параметри розчину при термостатування при Компонентний склад розчину, мас. % температурі 20 °C температурі 125 °C №№ протягом 4 годин п/п структуроутворювач полімерний Ф, Ф, гуматний ρ, Т, CHC Т, CHC понижувач інгібітор см3/30 pH η/τ см3/30 pH η/τ 3 реагент кг/см с 1/10 с 1/10 глина біополімер фільтрації хв хв 1 5,0 7,0 0,1 2,0 1,05 45 3,5 8,95 10/46 10/16 85 2,5 8,15 10/17 3/4 2 4,0 5,0 0,5 5,0 1,04 55 2,0 8,85 29/59 14/16 60 1,5- 8,33 43/65 8/19 3 3,0 3,0 1,0 3,0 1,04 40 3,0 8,80 31/37 8/10 50 2,0 8,35 18/25 7/14 4 2,0 7,0 0,5 4,0 1,05 65 1,5 8,87 21/35 5/12 75 2,2 8,27 27/30 5/12 5 0,5 0,2 0,5 6,0 1,03 60 3,5 8,85 27/33 12/15 45 2,7 8,15 19/27 6/11 6 2,0 0,4 0,2 1,0 6,0 1,05 65 4,5 8,80 18/27 13/16 40 2,0 8,19 22/24 6/9 7 3,0 0,3 0,3 0,5 5,0 1,04 55 4,5 8,54 25/21 14/19 40 3,5 8,10 12/17 5/10 8 4,0 0,2 0,3 0,5 5,0 1,04 60 5,2 8,63 35/25 17/20 45 3,1 8,33 15/25 7/14 9 4,5 0,5 1,5 1,0 4,0 1,04 50 4,0 8,50 29/28 8/12 35 3,8 8,09 12/15 3/8 Таблиця 2 № 1 2 3 4 5 Результати дослідження інгібуючих властивостей за методом "Hot Roll» Склад рідини, % Коефіцієнт стабільності, % Екструзійний крохмаль - 2; вода - решта Кст = 82,7 Екструзійний крохмаль - 2; ІГС-1,5; вода - решта Кст = 93,2 Екструзійний крохмаль - 2; фурфуриловий спирт - 1,5; Кст = 91,6 вода - решта ІГС-1,5; вода - решта Кст = 88,2 Фурфуриловий спирт - 1,5; вода - решта Кст = 89,1. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 5 10 Буровий розчин, який як структуроутворювач містить бентонітовий глинопорошок, як полімерний понижувач фільтрації - КМЦ, а як інгібітор - фурфуриловий спирт, який відрізняється тим, що як структуроутворювач додатково містить біополімер, як понижувач фільтрації містить крохмаль екструзійний або модифікований, або ПАА, або ПАЦ, а інгібітор додатково містить поліалкіленгліколь, при цьому розчин додатково містить гуматний реагент при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: структуроутворювач (бентонітовий глинопорошок0,5-5,0 та/або біополімер) полімерній понижувач фільтрації (КМЦ або крохмаль, або ПАА,0,2-7,0 або ПАЦ) інгібітор (фурфуриловий спирт 0,1-1,0 та/або поліалкіленгліколь) гуматний реагент 2,0-6,0 вода решта. Комп’ютерна верстка І. Скворцова Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4