Бурова промивальна рідина

Реферат: UA 109904 U UA 109904 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Корисна модель належить до будівництва нафтових і газових свердловин, а саме до бурових промивальних рідин (БПР), які використовують під час будівництва свердловин у складних геологотехнічних умовах. Відома бурова промивальна рідина (патент України № 5324 U, МПК С09K 7/02, опубл. 15.03.2005 p.), що містить, мас. %: гумати лужних металів - 3,0-5,0; гідроксид кальцію - 0,5-5,0; луги - 0,1-0,5; змащувальні домішки на жировій основі - 2,0-4,0; інертні тверді неорганічні частинки - 3,0-50,0; водорозчинні полімери - 0,05-0,5; воду - решта. Однак, ця БПР характеризується використанням великої кількості твердої фази і великим коефіцієнтом спінювання рідини, що ускладнює процес приготування та регулювання параметрів БПР. Найбільш близькою по технічній суті та за результатом, що досягається, до запропонованої (тобто прототипом) є бурова промивальна рідина (патент України № 77081 U, МПК Е21В 33/138, С09K 8/00, опубл. 25.01.2013 р., бюл. № 2), що містить, мас. %: гумати лужних металів (Лігноксин марки С) - 1,5-3,0; гідроксид кальцію Са(ОН)2 - 0,5-4,0; луг (KОН) - 0,15-0,3; змащувальну домішку СБР - 2,0-5,0; тверді неорганічні частки (глинопорошок ПБА-18 "Normal") 2,5-4,0; водорозчинний полімер (реагент буровий Полігум-К) - 1,0-2,5; піногасник рідкий Пентакс - 0,09-0,11 і воду - решта. Однак, ця БПР має послаблені інгібуючі, триботехнічні, гідрофобізуючі, кіркоутворюючі, закріплюючі (блокуючі) властивості, а також низьку стійкість до термо- та біодеструкції полімерних компонентів промивальної рідини. В основу корисної моделі поставлено задачу за рахунок додавання нових компонентів та їх певного співвідношення створити бурову промивальну рідину, технологічну у приготуванні, з покращеними інгібуючими, триботехнічними, гідрофобізуючими, кіркоутворюючими, закріплюючими властивостями, а також з підвищеною стійкістю до термо- та біодеструкції. Поставлена задача вирішується тим, що бурова промивальна рідина, що містить водорозчинний полімер, Лігноксин марки С, гідроксид кальцію Са(ОН) 2, змащувальну домішку СБР, глинопорошок ПБА-18 "Normal", луг KОН, піногасник і воду, додатково містить органоколоїд Азмол СА 15-Б, целюлозний полімер Hibtrol, розріджувач РВ-СМ, ГКЖ 11Н-Б, хлорид калію KСl, АКС-4Т, антиферментатор Премікс-BPR, як водорозчинний полімер - ПолігумК і/або М-10, а як піногасник - Премікс-D, при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: Полігум-К і/або М-10 1,5-3,0 Лігноксин марки С 1,5-3,5 Азмол СА 15-Б 2,0-3,0 Hibtrol 0,2-0,5 АКС-4Т 1,0-4,0 РВ-СМ 1,0-2,0 глинопорошок ПБА-8"Normal" 2,0-3,5 СБР 2,0-2,5 KСl 4,0-7,0 Са(ОН)2 0,1-0,2 KОН 0,3-1,0 ГКЖПН-Б 0,3-0,8 Премікс-BPR 0,01-0,02 Премікс-D 0,1-0,2 вода решта. Сукупність суттєвих ознак корисної моделі дозволяє вирішити поставлену задачу. Так, зменшення фільтрації (покращення фільтраційної кірки), запобігання гідратації вибурених порід, блокування пор і мікротріщин вибурених порід (стабілізації стінок свердловини), покращення триботехнічних властивостей БПР відбувається за рахунок додавання до складу органоколоїду Азмол СА 15-Б, що виготовляється відповідно до запатентованого складу. Антиферментатор Премікс-BPR - призначений для попередження бактеріального розкладу компонентів бурових промивальних рідин на водній основі. Продукується відповідно до ТУ У 20.5-38991834-002:2014. Hibtrol - унікальний целюлозний полімер нового покоління, активований іонами алюмінію, призначений для зниження і стабілізації фільтрації, інкапсуляції та інгібування глинистих порід. Продукт компанії М-І Drilling Fluids (США) виготовлений згідно зі стандартом АНІ. Зменшення піноутворення відбувається за рахунок додавання до складу БПР піногасника Премікс-D, що виготовляється згідно з ТУ У 24.6-32028975-005. Піна, що утворюється при взаємодії БПР із солями-електролітами: як із тими, що знаходяться в частках вибуреної породи або пластових водах, так і тими, що утворилися під час інгібування промивальних рідин, складається із газових бульбашок, розділених тонкими плівками рідини, блокованих колоїдними частинками. Суттєвою функцією Премікс-D є його здатність знижувати стійкість плівки, 1 UA 109904 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 змінюючи тим самим її природу. В результаті його деаеруюча дія збереже структурно-реологічні показники, а також показник густини бурової промивальної рідини. Полімер-гуматний реагент Полігум К є сумішшю водорозчинних солей гумінових кислот з акриловими полімерами (високою молекулярною масою), виготовляється згідно з ТУ У 24.624709453-002-2001. Знижує показник фільтрації, регулює структурно-реологічні показники. М-10 - полімер-гуматний реагент, який призначений для обробки глинистих бурових розчинів з метою підтримування показника фільтрації на необхідно низькому рівні та стабілізації структурно-реологічних властивостей. Виготовляють згідно з ТУ У 26.8-23690792-003-2002. Лігноксин марки С є продуктом взаємодії подрібненого бурого вугілля з калійним наповнювачем, виготовляється згідно з ТУ У 24.6-24709453-003-2002. Знижує показник фільтрації, розріджує розчин, стабілізує характеристики, а також поліпшує інгібуючі властивості БПР. АКС-4Т є продуктом модифікації бурого вугілля. Виготовляють відповідно до ТУ У 26.824709453-003 і використовують для підвищення термостійкості бурових промивальних рідин. ГКЖ 11Н-Б - рідина кремнійорганічна гідрофобізуюча. Продукується згідно з ТУ У 24.633444644-008 і використовується для гідрофобізації, внаслідок чого відбувається посилення інгібуючого ефекту. СБР - змащувальна домішка, виготовлена на основі продуктів рослинного походження, згідно з ТУ У 24.6-32860217-001. СБР покращує змащувальні властивості БПР, знижує ймовірність виникнення прихоплень під час буріння. Глинопорошок ПБА-18 "Normal" є продуктом переробки природних бентонітових глин. Виготовляють згідно з ТУ У 14.2-00223941-007 і використовують для утворення структурної дисперсійної системи з мінімальним вмістом твердої фази. KОН (гідроксид калію) - регулятор лужності БПР - виготовляють згідно з ГОСТ 9285. Гідроксид кальцію Са(ОН)2 - інгібітор гідратації і набухання глин - це продукт випалювання карбонатних порід або суміш цього продукту з мінеральними добавками. Виготовляють згідно з ДСТУ Б В.2.7-90. РВ-СМ розріджувач високотемпературний солестійкий, виготовляють згідно з ТУ У 24.632028975-004. Основне призначення - зниження в'язкості, статичного напруження зсуву (СНЗ) прісних і мінералізованих бурових промивальних рідин. KСІ - хлорид калію - застосовують як інгібітор внутрішньо-кристалічного набухання глинистих порід, схильних до осипів і обвалів. Виготовляють згідно з ГОСТ 4568. Бурову промивальну рідину готують наступним чином. Сухі компоненти суміші подають у запропонованому співвідношенні у спеціалізований вузол змішування з наступним перемішуванням до отримання однорідної суміші. Спочатку проводять гідратацію глинопорошку водою, після чого у суспензію вводять Премікс-BPR, Премікс-D. Після їх розчинення добавляють Лігноксин, АКС-4Т, РВ-СМ, після чого додають хлорид калію. Додають СБР разом з гідроксидом кальцію, для підсилення інгібуючого ефекту добавляють Hibtrol, стабілізацію і регулювання структурно-реологічних показників здійснюють Полігумом-К або М-10. Після цього додають органоколоїд Азмол СА 15-Б та гідрофобізатор ГКЖ 11Н-Б. Приклад приготування запропонованої бурової промивальної рідини у лабораторних умовах. У 750 мл води проводять гідратацію 35,0 г глинопорошку ПБА-18 "Normal" з перемішуванням. Під час перемішування одночасно додають 0,2 г Премікс-BPR та 2,0 г Премікс-D, перемішують протягом 7 хв., додають 40,0 г АКС-4Т та 20,0 г РВ-СМ і перемішують протягом 5 хв. Під час перемішування додають 70,0 г хлориду калію і перемішують до гомогенного стану розчину. Під час перемішування додають 1 г гідроксиду кальцію, 20 г СБР, 10 г КОН та 5,0 г Hibtrol. Стабілізацію після інгібування здійснюють додаванням 30 г Полігум-К з перемішуванням протягом 30 хв. Гідрофобізатор ГКЖ 11Н-Б добавляють у кількості 8 г після перемішування протягом 5 хв. Здійснюють замір приготовленої суміші і вираховують потрібний об'єм для досягнення загального об'єму в 1000 мл. Необхідну кількість вільної води, в якій розчиняють 30 г Азмол СА 15-Б, змішують із загальним об'ємом приготовленої рідини. 3 Параметри бурової промивальної рідини стали: густина - 1090 кг/м , умовна в'язкість - 90 с, 3 показник фільтрації - 3,5 см /30 хв., К - 1,1 мм, КТК -0,07, СНЗ1/10 - 48/96 дПа, рН - 11,3. Результати досліджень бурової промивальної рідини запропонованого складу та її властивостей порівняно з прототипом наведено у таблиці. Кількість Премікс-D 0,1 мас. % слід вважати нижньою межею, тому що при використанні меншої кількості в даній системі не повною мірою забезпечується деаеруюча дія, а більша кількість, ніж 0,2 мас. %, призводить до нераціонального використання реагенту, тому оптимальна концентрація Премікс D становить 0,1-0,2 %. 2 UA 109904 U 5 10 15 20 25 30 35 40 Концентрацію Полігуму-К на рівні 1,5 мас. % слід вважати нижньою межею, тому що 3 підвищувати показник фільтрації вище 6,0 см /хв не можна. Збільшувати концентрацію Полігуму-К вище 3,0 мас % економічно недоцільно, тому що показник фільтрації вже дорівнює 3,5 і піднімається показник умовної в'язкості, досягнув верхньої межі (ан. 9 табл.1). Збільшити концентрацію до 3 мас. % можна у разі, якщо потрібно покращити винос породи. Такі межі слід вважати прийнятними для стабілізатора М-10. Вміст Лігноксину від 1,5 до 3,5 мас. % та РВ-СМ від 1,0 до 2,0 мас. % забезпечує структурнореологічні властивості на достатньому технологічному рівні. Концентрації KОН та Са(ОН)2 прийняті згідно з існуючим стехіометричним співвідношенням зі змащувальною домішкою СБР. Вміст глинопорошку ПБА- 18 "Normal" (за ТУ У 14.2-00223941-007) від 2,0 до 3,5 мас. % достатній для кіркоутворення в цій системі. Збільшення вмісту твердої фази (> 4,0 мас. %) негативно впливає на густину БПР і швидкість буріння. Вміст АКС-4Т від 1,0 до 4,0 мас. % при підвищених температурах за рахунок термостійкості здійснює захист інших полімерних складових рецептури. КСІ в межах від 4,0 до 7,0 мас. % в поєднанні із Азмол СА 15-Б 2,0-3,0 мас. % забезпечують задовільні інгібуючі властивості бурової промивальної рідини. При потребі, вміст KСl можна збільшити до 8,0 мас. % в даній БПР, що суттєво не впливатиме на основні показники. При використанні добавки Азмол СА 15-Б в кількості від 2,0 до 3,0 мас. % спостерігається блокування переходу активної вибуреної породи у бурову промивальну рідину. ГКЖ 11Н-Б - застосування від 0,3 до 0,8 мас. % є оптимальною концентрацією для досягнення очікуваних інгібуючих результатів. Збільшення концентрації призведе до необґрунтованої перевитрати реагенту, а зменшення - до послаблення інгібуючих властивостей. Антиферментатор Премікс-BPR для забезпечення стійкості бурової промивальної рідини до бактеріального забруднення використовують у концентраціях від 0,01 до 0,02 мас. %. Hibtrol у кількості від 0,2 до 0,5 мас. % згідно з дослідами з набухання на приладі ЖигачаЯрова, враховуючи ефект органоколоїду та гідрофобізатора, забезпечує інгібуючі властивості БГТР. Моделювання приготування та регулювання параметрів бурової промивальної рідини проводили в лабораторних умовах із застосуванням стандартного обладнання і методик в порівнянні із промивальною рідиною за прототипом (таблиця, дослід 16). З наведених прикладів приготування БПР запропонованого складу і даних таблиці видно, що параметри регулюються у технологічно необхідних межах без перевитрати реагентів, мінімальна величина густини дозволяє застосовувати бурову промивальну рідини в умовах низьких пластових тисків, досягнуто високих технологічних показників. Таким чином, використання запропонованої корисної моделі дозволяє досягти технічного результату: створення бурової промивальної рідини, технологічної у приготуванні, з покращеними інгібуючими, триботехнічними, гідрофобізуючими, кіркоутворюючими, закріплюючими властивостями, а також з підвищеною стійкістю до термо- та біодеструкції. 3 UA 109904 U Таблиця Склад і властивості запропонованої бурової промивальної рідини та бурової промивальної рідини за прототипом Номер досліду 1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 *) Компонентний склад БПР, мас. % Регулятори Бло- Мас- АнтиРегуГідроГлинокую- тильна фер- Піно- лятор фобіпорочий доміш- мен- гасник лужв'язкості фільтрації інгібування затор шок агент ка татор ності ПБАЛігноАзмол18 АКС- РВ- Полі- МПремікс ПреГКЖПНксинHibtrol Сa(ОН)2 KСl СА 15- СБР KОН Normal 4Т СМ гум-К 10 -BPR мікс-D Б С Б 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 2,0 1,5 - 1,0 1,5 - 0,1 0,1 3,5 2,0 2,0 0,01 0,1 0,2 0,1 2,0 2,0 - 1,0 - 2,0 0,2 0,1 4,0 2,0 2,0 0,01 0,1 0,3 0,8 2,5 2,5 - 1,5 1,5 1,5 0,3 0,2 4,5 2,0 2,5 0,01 0,1 0,4 0,3 2,5 2,0 2,0 2,0 - 0,3 0,2 5,0 2,0 2,5 0,01 0,1 0,5 0,4 Компонентний склад (дослід 4) після термостатування (4 год. при 100 °C) 3,0 3,0 - 1,5 - 2,0 0,4 0,2 5,5 2,5 2,5 0,02 0,2 0,6 0,5 3,0 1,5 - 1,5 2,5 - 0,4 0,1 6,0 2,5 2,0 0,02 0,2 0,7 0,6 Компонентний склад (дослід 4) після термостатування (4 год. при 120 °C) 3,5 4,0 2,0 3,0 - 0,5 0,1 7,0 3,0 2,0 0,02 0,2 1,0 0,8 Компонентний склад (дослід 4) після термостатування (4 год. при 140 °C) 3,5 3,5 - 1,5 - 3,0 0,5 0,1 6,5 3,0 2,0 0,02 0,2 0,8 0,7 Компонентний склад (дослід 11) після прогріву до температури (40 °C) Компонентний склад (дослід 11) після прогріву до температури (60 °C) Компонентний склад (дослід 11) після прогріву до температури (80 °C) Компонентний склад (дослід 11) після термостатування (4 год. при 100 °C) **) 3,0 2,5 - 2,0 0,5 2,0 0,09 0,15 Ш - модель Шведова-Бінгама; О - модель Освальда; **) піногасник - Пентакс для прототипу. Таблиця Склад і властивості запропонованої бурової промивальної рідини та бурової промивальної рідини за прототипом Номер досліду 17 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Властивості БПР СтаРеологічні токазники Коефіцієнт Вод- тичне СпінюГус- Умов- Показник Кірка, тертя кірки невий напру- ватина на в'яз- фільтрації, мм за 1хв/10 показ- ження ність, η, τ0, Модель, 3 3 кг/м кість, с см /30 хв n *) хв ник рН зсуву, % мПа·с дПа дПа 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 1020 38 7,0 1,5 0,18/0,16 9,58 33/46 0 - 1030 44 4,5 1,0 0,14/0,08 9,73 32/69 0 21 93 0,5 Ш 1030 52 5,5 1,5 0,10/0,07 9,92 63/86 0 18 56 0,4 Ш 1030 80 4,0 1,5 0,12/0,07 9,93 64/92 0 12 47 0,4 Ш 1030 62 5,0 1,6 0,12/9,30 29/53 0 9 87 0,4 Ш 1080 64 4,5 1,1 0,07/0,05 10,4 68/94 0 23 67 0,5 Ш 1080 48 4,0 1,1 0,07/0,05 11,1 16/49 0 12 78 0,3 Ш 1080 76 4,0 1,1 0,07/9,75 36/49 0 14 88 Ш 1080 90 3,51,1 0,07/0,05 11,3 48/96 0 39 107 0,5 Ш 1080 98 3,5 1,1 0,07/10,0 46/92 0 41 129 0,7 Ш 1090 80 4,5 1,0 0,08/0.05 11,2 36/74 0 30 81 0,5 O 4 UA 109904 U 12 13 14 15 16 *) 1090 1090 1090 1090 1040 78 72 70 78 72 4,5 4,5 4,5 5,0 2,5 1,0 0,10/0,06 10,4 32/29/26/36/78 Ш - модель Шведова-Бінгама; О - модель Освальда; **) 0 2,5 28 22 12 34 83 0,41 O 89 0,3 O 81 0,3 O 97 0,5 O піногасник - Пентакс для прототипу. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 5 10 Бурова промивальна рідина, що містить водорозчинний полімер, Лігноксин марки С, гідроксид кальцію Са(ОН)2, змащувальну домішку СБР, глинопорошок ПБА-18 "Normal", луг (KОН), піногасник і воду, яка відрізняється тим, що додатково містить органоколоїд Азмол СА 15-Б, целюлозний полімер Hibtrol, розріджувач РВ-СМ, гідрофобізуючу кремнійорганічну рідину ГКЖ 11Н-Б, хлорид калію KСl, продукт модифікації бурого вугілля АКС-4Т, антиферментатор Премікс-BPR, як водорозчинний полімер - Полігум-К і/або М-10, а як піногасник - Премікс-D при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: Полігум-К і/або М-10 1,5-3,0 Лігноксин марки С 1,5-3,5 Азмол С А 15-Б 2,0-3,0 Hibtrol 0,2-0,5 АКС-4Т 1,0-4,0 РВ-СМ 1,0-2,0 глинопорошок ПБА-18 "Normal" 2,0-3,5 СБР 2,0-2,5 KСl 4,0-7,0 Са(ОН)2 0,1-0,2 KОН 0,3-1,0 ГКЖПН-Б 0,3-0,8 Премікс-BPR 0,01-0,02 Премікс-D 0,1-0,2 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 5