БЕЗГЛИНИСТЫЙ БУРОВОЙ РАСТВОР
CLAYLESS DRILLING MUD

Изобретение относится к области бурения нефтяных и газовых скважин, а именно к безглинистым буровым растворам, используемым при бурении, преимущественно при вскрытии бурением продуктивных пластов в зимнее время при температуре минус 20°С.
Известен безглинистый буровой раствор (Патент РФ №1556099, С09К 7/02, опубл. 1995), включающий акриловый полимер, соль трехвалентного металла и воду, отличающийся тем, что, с целью повышения способности восстанавливать технологические свойства после удаления выбуренной породы при одновременном повышении скорости флокуляции, он дополнительно содержит эфир целлюлозы при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:
Акриловый полимер
0,001-0,035
Соль трехвалентного металла
0,003-0,030
Эфир целлюлозы
0,100-0,300
Вода
остальное
К недостаткам известного безглинистого бурового раствора можно отнести его повышенное гидродинамическое давления при циркуляции, что снижает КПД процесса промывки скважины и отрицательно сказывается на сохранении проницаемости призабойной зоны пласта.
Известен буровой раствор (Патент РФ №2243984, С09К 7/02, опубл. БИ №1, 2005 г.), содержащий оксиэтилцеллюлозу (ОЭЦ) или карбоксилметилцеллюлозу (КМЦ), нефтепродукт - в качестве структурообразователя, порошкообразный высокодисперсный наполнитель с ассоциированным газом (воздух, азот) при следующем соотношении ингредиентов:
Оксиэтилцеллюлоза (ОЭЦ) или
карбоксилметилцеллюлоза (КМЦ)
0,2÷0,3
Нефтепродукт (нефть товарная, дизтопливо, масло)
5÷30
ПАВ (сульфанол, ОП-10)
0,02÷0,05
Высокодисперсный наполнитель (модифицированный бетонит, лигносульфанаты)
0,9÷1
Газовоздушная смесь - воздух, азот (объемных)
2÷20
Вода
остальное
К недостаткам известного бурового раствора можно отнести его высокую стоимость, токсичность, пожароопасность, возможность загрязнения окружающей среды отходами бурения, проблемы безопасной их утилизации.
Известен буровой раствор (Патент РФ №2362793, С09К 8/08, опубл. БИ №21, 2009), содержащий полиакриламид, кальцинированную соду и воду, при этом он дополнительно содержит карбоксилметилцеллюлозу - КМЦ и биополимер «Сараксан» или «Сараксан-Т» при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:
Полиакриламид - ПАА
0,15-0,3
Карбоксилметилцеллюлоза - КМЦ
0,3-0,5
Кальцинированная сода Na<sub>2</sub>CO<sub>3</sub>
0,3-0,5
Биополимер - «Сараксан» или «Сараксан-Т»
0,1-0,2
Вода
остальное
Недостатками данного безглинистого бурового раствора является повышенное содержание ПАА, включение в рецептуру дорогостоящих химреагентов и невозможность его использования при пониженных температурах окружающей среды (минус 20°С).
Известен безглинистый буровой раствор (Патент US №4780517, C08F 20/58, опубл. 1988), содержащий примерно от 50 до 98 мольных процентов акриламида, около 1,9 до 49,9 мольных процентов соли щелочного металла или аммония, соли акриловой кислоты, и примерно от 0,1 до 5 моль процентов сополимеризуемых ионных поверхностно-активных веществ.
К недостаткам данного безглинистого бурового раствора можно отнести повышенное содержание полимера, необходимость введения ионных поверхностно-активных веществ.
Известен буровой раствор (Патент РФ №2301244, С09К 8/12, опубл. БИ №17, 2007), который получают путем смешивания пресной воды, солевого раствора или морской воды и примерно от 0,3 фунта примерно до 2,5 фунтов на активные соединения полимера, одного или нескольких анионных диспергированных полимеров. Анионные диспергированные полимеры состоят из от примерно 2 до примерно 98 мольных процентов одного или нескольких анионных мономеров и от примерно 98 до примерно 2 мольных процентов одного или нескольких неионных мономеров.
Недостатком данного безглинистого бурового раствора можно отнести повышенное содержание полимера, а также необходимость введения солевого раствора или морской воды.
Известен буровой раствор (Патент CN №1528797, C08F 220/56, опубл. 2004 г.), который обладает высокой эффективностью к гидрофобной ассоциации, где средняя молекулярная масса 15000,000-25000,000, обладает низкой температурой замерзания и сопротивлением к солевым отложениям, способный применяться в таких областях, как третичной добычи нефти.
К недостаткам данного бурового раствора можно отнести повышенное содержание полимера от 15 до 35%, а также не обеспечение длительного времени работы при пониженных температурах до минус 20°С.
Задача, на решение которой направлено изобретение, является разработка состава безглинистого бурового раствора, который характеризуется пониженным расходом полимера, сниженной стоимостью бурового раствора, обеспечивает длительное время стабильность рабочих параметров в обычных и сложных условиях бурения при воздействии пониженных температур (температура до минус 20°С).
Техническим результатом является получение безглинистого бурового раствора обладающего стабильностью рабочих параметров до 100 суток при воздействии пониженных температур до минус 20°С.
Технический результат достигается безглинистым буровым раствором, содержащим фторсодержащий сополимер акриламида и акриловой кислоты и воду, причем отличающийся тем, что используют сополимер общей формулы:
6
молекулярной массы 1,2·10 с содержанием фтора 2-4%, при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:
Указанный сополимер
0,1-0,15
Вода
остальное
Данные, приведенные в таблице 1, показывают, что большее содержание ингредиентов экономически нецелесообразно, так как при увеличении содержании сополимера возрастает вязкость раствора, а температура замерзания не изменяется.
Таблица 1
Результаты проведенного анализа
Концентрация фторсодержащего сополимера в растворе, мас.%
Вода, мас.%
Время истечения, с
Температура замерзания, °С
0,6
99,4
35
минус 20
0,3
99,7
21
минус 20
0,15
99,85
14
минус 20
0,1
99,9
10
минус 20
Пример 1. Для получения фторсодержащего сополимера используется сополимер акриламида и акриловой кислоты и октофторпентан хлорсульфит, соотношение реагентов 1:4. В реактор с мешалкой вводят 1 г сополимера и добавляют 8 мл диметилформамида (ДМФА), далее добавляют 4 г октофторпентан хлорсульфита. Первые 10 минут температура реакции минус 10°С. После температуру поднимают до 40°С и проводят реакцию около 60 минут. По окончании реакции от продукта отгоняют ДМФА, отфильтровывают и сушат остаток.
Структурная формула полученного сополимера:
6
Молекулярная масса: 1,2·10, х=60%, y=40%. Содержание фтора 2%, при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:
Указанный сополимер
0,1
Вода
99,9
-1
-1
-1
-1
-1
-1
Температура плавления 160°С. Данные ИК-спектра: 2916 см, 2368 см, 1750 см, 1660 см, 1417 см, 1094 см.
Для приготовления бурового раствора используется вода и фторсодержащий сополимер. С целью получения однородной гелеобразной массы время приготовления раствора составляет 24 часа при постоянном перемешивании.
Пример 2. Для получения фторсодержащего сополимера используется сополимер акриламида и акриловой кислоты и октофторпентан хлорсульфит, соотношение реагентов 1:5. В реактор с мешалкой вводят 1 г сополимера и добавляют 10 мл диметилформамида (ДМФА), далее добавляют 5 г октофторпентан хлорсульфита. Первые 10 минут температура реакции минус 10°С. После температуру поднимают до 40°С и проводят реакцию около 60 минут. По окончании реакции от продукта отгоняют ДМФА, отфильтровывают и сушат остаток.
Структурная формула полученного сополимера:
6
Молекулярная масса: 1,2·10, х=60%, y=40%. Содержание фтора 4%, при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:
Указанный сополимер
0,15
Вода
99,85
-1
-1
-1
-1
-1
-1
Температура плавления 160°С. Данные ИК-спектра: 2916 см, 2368 см, 1750 см, 1660 см, 1417 см, 1094 см.
Для приготовления бурового раствора используется вода и фторсодержащий сополимер. С целью получения однородной гелеобразной массы время приготовления раствора составляет 24 часа при постоянном перемешивании.
Готовый для использования при бурении скважины буровой раствор имеет такие реологические характеристики:
Плотность (ρ)
1010 кг/м<sup>3</sup>
Условная вязкость (В)
10 с
Температура замерзания
минус 20°С
Водородный показатель
рН7
Испытания заявляемого бурового раствора показывают, что он является универсальным и не содержит дорогостоящих реагентов, таких как КМЦ. Раствор сохраняет свою стабильность до 100 суток, условная вязкость при этом не изменяется и составляет 10 сек (пример 1) и 14 сек (пример 2) при нормальных и при пониженных температурах (минус 20°С).
Заявляемый буровой раствор обладает комплексом полезных качеств:
- имеет высокую выносящую способность;
- сохраняет продолжительное время свою стабильность до 100 суток.