Буровий розчин з комплексним хімічним реагентом для розкриття пластів і буріння свердловин у складних гірничо-геологічних умовах

Реферат: Буровий розчин для розкриття пластів і буріння свердловин у складних гірничо-геологічних умовах містить хлористий калій - інгібітор глинистої фази, гідроксид калію - регулятор рН, понижувач умовної в'язкості КССБ, понижувач фільтрації КМЦ, мастильну домішку нафти, піногасник МАС-200, обважнювач бентонітовий порошок та воду. Склад компонентів додатково містить комплексний хімічний реагент на основі водного розчину біополімеру Xanthan gum, сірчанокислого калію K2SO4, та поверхнево-активної речовини оксіетиленово-ріпакової олії Ріпокс-6 (Олеокс-9). UA 91119 U (12) UA 91119 U UA 91119 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до гірничовидобувної промисловості, а саме до інгібованих бурових розчинів, які можуть застосовуватися для розкриття продуктивних пластів і буріння вертикальних, а також похило-скерованих та горизонтальних свердловин в складних гірничогеологічних умовах. Відомий гуматно-калієвий розчин, який використовують, в основному, для розбурювання стійких порід та інтервалів, складених малоглинистими породами. Основними складовими такого розчину є бентонітові глинопорошки та гуматні реагенти. Для покращання властивостей в розчин додатково вводять мастильні домішки, піногасники, обважнювачі та невелику кількість 3 солі хлористого калію (КСl). Для приготування 1 м гуматного розчину необхідно: глини 40100 кг; ВЛР (лігноксин) - 10-50 кг; хлористий калій - 20-30 кг; кофос - 3040 кг, МАС-200-25 л (5процентної вуглеводневої суспензії); вода - решта. Для регулювання властивостей до розчину додають кальциновану соду, хромати або біхромати натрію (калію) та обважнювач [Коцкулич Я.С., Оринчак М.І., Оринчак М.М. Бурові промивні рідини. Івано-Франківськ, Факел, 2008 р., - С. 266-270]. Проте такі розчини обмежені у використанні, оскільки у процесі буріння свердловини вони загущуються вибуреною породою, яка, диспергуючись лугом, переходить в дисперсну фазу. Крім того, вони одночасно зменшують фільтрацію та умовну в'язкість, містять у собі надлишок лугу і не стійкі до сольової агресії. Гуматні розчини також негативно впливають на проникність продуктивних горизонтів, оскільки гумати, взаємодіючи з мінералізованими пластовими водами, випадають в осад або коагулюють і протидіють відновленню природної проникності колекторів, а надлишок лугу сприяє набуханню материнської глини продуктивних горизонтів і призводить до зменшення їх проникності. Відомий також буровий розчин для розкриття пластів, який вміщує, мас. %: біополімер - 0,20,3; крохмаль (полімерний понижувач фільтрації) -1,0-1,5; карбонатний обважнювач - 5,0-10,0; спирт (полігліколь) - 3,0-5,0; гідрофобізуючу поверхнево-активну речовину (ПАР) ГКД-515-1,5-2; мастильну домішку (реагент ДСБ-4ТТ - продукт конденсації моноетаноламіну та сирих талових олій у суміші з гасом, моноетаноламіном і флотореагентом - оксалем) - 0,5-1,0 і воду - решта [патент Росії №2179568, МПК 7 С09К 7/02, опубл. 20.01.2002 г., Бюл. № 6]. У такому буровому розчині крохмаль та карбонатний обважнювач виконують функцію пониження фільтрації, але наявність у розчині карбонатного обважнювач ускладнює регулювання густини бурового розчину в сторону зменшення. Біополімерний реагент виконує функцію структуроутворювача, але його термостабільність обмежується вибійними температурами до 120 °C. Для забезпечення інгібуючих, мастильних, фільтраційних та протиприхватних властивостей у таких розчинах використовують декілька різних компонентів з високими концентраціями, а саме: гідрофобізуюча ПАР - ПКД-515 забезпечує збільшення проникності колектора; добавка ДСБ-4ТТ - продукт конденсації моноетаноламіну і сирих талових олій у суміші з гасом, моноетаноламіном і флотореагентом - оксаном використовується для зниження протиприхватних властивостей і покращення мастильних властивостей; спирти (полігліколі) використовують як інгібітор глини і бактерицид, але при цьому вони є високотоксичними речовинами. Крім того, ці розчини мають недостатні структурно-реологічні властивості, а саме запропонований тип біополімера та кількість крохмалю не забезпечують високих показників в'язкості, динамічного напруження зсуву і пластичної в'язкості, що обмежує їх застосування при бурінні горизонтальних свердловин, а недостатня термостійкість - при бурінні в складних гірничо-геологічних умовах (при високих вибійних температурах і хемогенних відкладах). Найближчим аналогом є інгібований хлоркалієвий розчин, що містить в складі компонентів, крім води та глинопорошку, хлористий калій - інгібітор глинистої фази, гідроксид калію регулятор рН, понижувачі умовної в'язкості (ССБ, окзил, КССБ, нітролігнін, ігетан тощо), понижувачі фільтрації (КМЦ, КССБ, крохмаль, ігетан, ВЛР тощо). Для регулювання властивостей в хлоркалієві розчини вводять мастильні домішки (нафта, графіт, лубрикол, кофос), піногасники (МАС-200, ГС, ПЕС) та обважнювач (крейда, гематит, магнетит, барит). Для 3 приготування 1 м хлоркалієвого розчину необхідно: 5070 кг бентонітового глинопорошку; 925950 л води; 35 кг гідроксиду калію; 56 кг КМЦ-600; 3050 кг КССБ-4; 3050 кг хлористого калію; 25 л МАС-200 (5-процентної вуглеводневої суспензії), 6080 л нафти та обважнювач при необхідності [Коцкулич Я.С., Оринчак М.І., Оринчак М.М. Бурові промивні рідини. ІваноФранківськ, Факел, 2008 р., - С. 296-302]. Однак, використання таких розчинів при розбурюванні зволожених, легко диспергуючих глин не виключає можливості різкого зниження умовної в'язкості і статичного напруження зсуву, що погіршує винесення розбуреної породи на поверхню. А при введені у розчин сухого бентонітового глинопорошку в'язкість і СНЗ збільшуються лише через 24+48 годин 1 UA 91119 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 перемішування розчину унаслідок інгібуючої дії іонів калію. Крім того, хлоркалієві розчини, як правило, застосовують для розбурювання глинистих відкладів різного складу, що схильні до обвалювання та осипання, і рідко застосовують для якісного розкриття продуктивних горизонтів, оскільки інгібування хлористим калієм материнської глини, що знаходиться у продуктивному горизонті, призводить до зниження проникності і флюїдовіддачі пласта. В основу корисної моделі поставлено задачу створення ефективного бурового розчину для розкриття пластів і буріння свердловин у складних гірничо-геологічних умовах, шляхом додаткового введення у склад компонентів комплексного хімічного реагенту з підбором необхідних компонентів з властивістю суспензії та визначенням їх оптимального співвідношення у композиційному складі, підвищити якість розкриття продуктивних пластів і забезпечити можливість виклику припливу флюїду з мінімальними витратами, розширити завдання, що можуть бути вирішені запропонованим буровим розчином, особливо для буріння нафтових і газових свердловин в складних гірничо-геологічних умовах, у тому числі в хемогенних відкладах і при підвищених температурах, для розбурювання цементних мостів у свердловинах, і, відповідно, підвищення ефективності буріння та коефіцієнта флюїдовилучення. Поставлена задача вирішується тим, що буровий розчин для розкриття пластів і буріння свердловин у складних гірничо-геологічних умовах, що містить в складі компонентів хлористий калій - інгібітор глинистої фази, гідроксид калію - регулятор рН, понижувач умовної в'язкості КССБ, понижувач фільтрації - КМЦ, мастильну домішку - нафту, піногасник -МАС-200, обважнювач - бентонітовий порошок та воду, згідно пропонованої корисної моделі в складі компонентів додатково містить комплексний хімічний реагент на основі водного розчину біополімеру Xanthan gum, сірчанокислого калію K2SO4, та поверхнево-активної речовини оксіетиленово-ріпакової олії Ріпокс-6 (Олеокс-9), в масових відсотках інгредієнтів: хлористий калій - 0,3-0,5; гідроксид калію - 0,3-0,5; понижувач умовної в'язкості КССБ - 3,0-5,0; понижувач фільтрації КМЦ - 4,5-6,0; піногасник МАС-200-0,2-0,5; мастильна домішка нафти - 6,0-8,0; бентонітовий порошок - 5,0-7,0; комплексний хімічний реагент - 1,0-2,0 і вода - решта, при цьому комплексний хімічний елемент містить, в мас. %: біополімер Xanthan gum-0,5-1,0; сірчанокислий калій K2SO4-1,5-3,0, оксіетиленово-ріпакова олія Ріпокс-6 (Олеокс-9) - 2,0 і вода - решта. При виборі хімічних реагентів для обробки бурового розчину під час розкриття продуктивних пластів та розбурювання цементних мостів, досліджувались фізико-хімічні властивості розчинів із врахуванням таких вимог до реагентів як властивість мінімальної адсорбуючої активності щодо поверхні твердих тіл за термостійкістю, яка має відповідати температурним умовам залягання продуктивного об'єкту, відсутність спінювання бурового розчину і токсичності, а також підвищення умовної в'язкості та статичного напруження зсуву і зменшення коефіцієнта тертя. Оптимальний вміст і співвідношення вмісту компонентів у розчині отримано лабораторним шляхом та підтверджено лабораторними дослідженнями, що пояснюється наступним: зменшення чи збільшення концентрації компонентів поза визначеними межами негативно впливає на структурно-реологічні властивості розчину. Таким чином отримано новий склад бурового розчину на основі технічного рішення, достатнього для виконання поставленої задачі корисної моделі. Запропонований буровий розчин готують так. Для приготування розчину використовують глинисту суспензію, з завчасно гідратованого і продиспергованого в прісній воді глинопорошку, яка вміщує не більше 2,8 % колоїдної складової. Прісний розчин оброблюють концентрованим водним розчином гідроксиду калію, доводячи рН до 910, після чого оброблюють понижувачами в'язкості та фільтрації. Одночасно з КССБ в розчин вводять піногасник. Після ретельного перемішування в розчин вводять хлористий калій та мастильну домішку, а при необхідності - обважнювач. Складові компоненти розчину вводять в мас. % в межах визначеного діапазону. При введенні хлористого калію розчин загущується. Найбільше загущення спостерігається при концентрації КCl, рівній 0,71,7 % від об'єму розчину. Для відновлення властивостей розчину використовують два способи: прокачування приготовленого розчину через свердловину протягом 12 циклів або застосування в процесі приготування диспергуючих пристроїв. При використанні першого способу зростає тиск в процесі нагнітання загущеної бурової промивальної рідини, що в деяких випадках вимагає зменшення подачі насосів на 25-50 %. Використання другого способу дозволяє уникнути великого коагуляційного загущення промивальної рідини і зменшити час на її приготування. Для приготування комплексного хімічного реагенту застосовують: біополімер (ксантанового типу) марки Xanthan gum, який являє собою водорозчинний порошкоподібний полісахарид, отриманий обробкою бактеріями типу "ксантамонас"; сірчанокислий калій K 2SO4 та поверхневоактивну речовину - оксіетиленову ріпакову олію Ріпокс-6, чи Олеокс-9, і воду технічну із вмістом 2 UA 91119 U 3 5 10 15 20 25 твердих частинок не більше 0,1 г/дм при температурі 20-30 °C. Кількість компонентів задають в мас. % в межах визначеного діапазону за допомогою вагового і об'ємного дозаторів. Моделювання приготування, дослідження та регулювання властивостей бурового розчину проводилось у лабораторних умовах з застосуванням стандартного обладнання, а також автоклаву та фільтрпреса, які моделюють умови подібні до вибійних умов у глибоких свердловинах - тиск до 100 МПа та температуру до 160 °C. Як буровий розчин в процесі моделювання використовувався хлоркалієвий розчин з вмістом 4,8 % хлористого калію, загальною мінералізацією 8,72 %. Конкретний вміст компонентів, мас. %, у складі розчину з використанням комплексного хімічного реагенту наведено в таблиці нижче. Приклад В лабораторних умовах беруть 948 мл води, при перемішуванні протягом 10 хвилин проводять гідратацію 2 г біополімеру, як приклад, марки Xanthan gum, далі додають 20 г сірчанокислого калію K2SO4 та 20 мл поверхнево-активної речовини Ріпокс-6, або Олеокс-9, перемішуючи протягом 20-30 хвилин. Після розчинення компонентів комплексний хімічний реагент готовий для обробки бурового розчину. Дані досліджень наведені в таблиці за такими показниками: температура випробування, густина, умовна в'язкість, фільтрація, статична напруга зсуву, товщина глинистої кірки, коефіцієнт тертя кірки (КТК), а також рівень рН. Аналіз результатів досліджень засвідчує, що умовна в'язкість бурового розчину з комплексним хімічним реагентом, в усіх випадках підвищувалась в межах 5-21 %, фільтрація зменшувалась у межах 9-25 %, статична напруга зсуву збільшувалась у межах 8-49 %, КТК зменшувався в межах 8-45 %, що підтверджує ефективність реагенту. Запропонований буровий розчин приготовлений в лабораторних умовах має оптимальне співвідношення компонентів складу і визначений вміст оптимальних концентрацій комплексного хімічного реагенту у оптимальному співвідношенні з іншими компонентами складу, завдяки чому розширено межі застосування таких бурових розчинів, особливо для буріння в складних гірничогеологічних умовах, у тому числі в хемогенних відкладах і при підвищених температурах, а також для розкриття продуктивних горизонтів у похило-скерованих та горизонтальних свердловинах. 30 3 UA 91119 U Таблиця № з/п Склад розчину Водний розчин: (K2SO4-15 3 1 кг/м +Xantan 3 biopolymer-5 кг/м + 3 Ріпокс-6-20 кг/м ) Калієвий буровий розчин: вміст КСl2 4,8 %, загальна мінер. - 8,72 %) Водний розчин: (K2SO4-15 3 3 кг/м +Xantan 3 biopolymer-5 кг/м + 3 Олеокс 9-20 кг/м ) № 2+1 % водного 4 розчину №1 № 2+1 % водного 5 розчину № 3 Калієвий буровий розчин:вміст КСl6 4,8 %, загальна мінер. - 8,72 %)) Водний розчин: (K2SO4-30 3 кг/м +Xantan 7 biopolymer-10 кг/м + Ріпокс-6 3 - 20 кг/м ) № 6+1 % водного 8 розчину №7 № 6+2 % водного 9 розчину №7 Водний розчин: (K2SO4-30 3 10 кг/м +Xantan 3 biopolymer-10 кг/м + 3 Олеокс-9-20 кг/м ) № 6+1 % водного 11 розчину №10 № 6+2 % водного 12 розчину № 10 5 Темпер., °C Густина, В'язкість, Фільтрація, Кірка, СНЗ, 3 3 кг/м сек/ см /сек/ мм дПа 20 51 1210 20 1013 51 1210 51 кп 1013 рН КТК 40/30 0,3 5 1 40/30 0,3 56 5 1 66/104 9,5 0,048 1210 52 4,5 1 70/109 9,5 0,044 51 1200 38 6 1 36/70 0,056 20 1024 40/30 0,2 51 1200 40 5,5 1 56/96 9 0,048 51 1200 44 5 1 70/115 9 0,039 20 1024 40/30 0,2 51 1200 42 5 1 62/102 9 0,044 51 1200 48 4,5 1 78/126 9 0,031 48 кп нт нт 6,8 58/96 9,5 0,052 6,7 9 7,1 7,0 Використання запропонованого бурового розчину з комплексним хімічним реагентом для розкриття пластів і буріння свердловин у складних гірничо-геологічних умовах дозволяє підвищувати якість розкриття продуктивних пластів, забезпечити виклик припливу флюїду з мінімальними витратами, особливо при бурінні нафтових і газових свердловин в складних гірничо-геологічних умовах, у тому числі в хемогенних відкладах і при підвищених температурах, для розбурювання цементних мостів у свердловинах, і відповідно підвищити ефективність буріння та коефіцієнт флюїдовилучення. 10 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 15 Буровий розчин для розкриття пластів і буріння свердловин у складних гірничо-геологічних умовах, який містить в складі компонентів хлористий калій - інгібітор глинистої фази, гідроксид калію - регулятор рН, понижувач умовної в'язкості КССБ, понижувач фільтрації КМЦ, мастильну 4 UA 91119 U 5 домішку нафти, піногасник МАС-200, обважнювач бентонітовий порошок та воду, який відрізняється тим, що склад компонентів додатково містить комплексний хімічний реагент на основі водного розчину біополімеру Xanthan gum, сірчанокислого калію K2SO4 та поверхневоактивної речовини оксіетиленово-ріпакової олії Ріпокс-6 (Олеокс-9), в масових відсотках інгредієнтів: хлористий калій 0,3-0,5 гідроксид калію 0,3-0,5 понижувач умовної в'язкості КССБ 3,0-5,0 понижувач фільтрації КМЦ 4,5-6,0 піногасник МАС-200 0,2-0,5 мастильна домішка нафти 6,0-8,0 бентонітовий порошок 5,0-7,0 комплексний хімічний реагент 1,0-2,0 вода решта, при цьому комплексний хімічний реагент містить, в мас. % біополімер Xanthan gum сірчанокислий калій K2SO4 оксіетилово-ріпакова олія Ріпокс-6 (Олеокс-9) вода 0,5-1,0 1,5-3,0 2,0 решта. Комп’ютерна верстка С. Чулій 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 5