КАТИОННОИНГИБИРУЮЩИЙ БУРОВОЙ РАСТВОР
CATION-INHIBITING DRILLING MUD

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к буровым растворам на водной основе, и может найти применение при бурении нефтяных и газовых скважин, преимущественно при бурении неустойчивых глинистых пород.
2
2
Из уровня техники известен эмульсионный буровой раствор (Патент RU 2213761 С2, С09К 7/06, 10.10.2003), содержащий углеводородную фазу, карбонат кальция, минеральную соль, стабилизатор и минерализованную воду. В качестве стабилизатора раствор содержит крахмал ФИТО-РК, а в качестве минеральной соли - двухлористый магний MgCl и хлористый калий KCl и дополнительно - поверхностно-активное вещество ПАВ комплексного действия ПКД-515 при следующем соотношении ингредиентов, мас.%: углеводородная фаза 10-20, ПАВ комплексного действия ПКД-515 5-7, крахмал ФИТО-РК 3-4, MgCl 5-10, KCl 3-5, карбонат кальция 5-30, минерализованная вода остальное. Известный раствор имеет низкие значения удельного электрического сопротивления, что отрицательно влияет на качество геофизических исследований.
Наиболее близким к предлагаемому раствору является буровой раствор, включающий воду, глинопорошок и понизитель фильтрации полиэлектролит ВПК-402 (заявка на изобретение RU 2011142948 А, С09К 8/00, 27.04.2013) при следующем соотношении компонентов, масс.%:
Глинопорошок
5-8
ВПК-402
7-15
Вода
Остальное
Недостаток известного состава состоит в низких ингибирующих свойствах раствора. Технический результат, на достижение которого направлено предлагаемое изобретение, заключается в устранении указанного недостатка, а именно в повышении ингибирующих свойств раствора.
Данный технический результат достигается за счет того, что в буровом растворе, включающем воду, глинопорошок и полимер хлорида диаллилдиметиламмония (Полидадмах), в качестве дополнительного ингибитора глин используют хлорид калия (KCl) при следующем соотношении компонентов, масс.%:
Глинопорошок
5-8
Полидадмах
7-15
KCl
3-5
Вода
остальное
Для приготовления предлагаемого раствора возможно использование глинопорошка различных марок. Оптимальная концентрация глинопорошка зависит от его марки. В предлагаемом буровом растворе может использоваться бентонитовый глинопорошок любой из марок ПБМА, ПБМБ, ПБМВ, ПБМГ, который выпускается в соответствии с ТУ 2164-004-0013836-2006 «Глинопорошок», за исключением модифицированного анионными полимерами. С ухудшением марки глинопорошка концентрация его увеличивается, а с повышением качества концентрация уменьшается. Марка, т.е. сорт глинопорошка, в предлагаемом составе не оказывает существенного влияния на технологические показатели раствора, а характеризует его расход.
Полимер хлорида диаллилдиметиламмония - Полидадмах - синтезируют из диметиламина и аллилхлорида. Продукт представляет собой органическое вещество с высокой плотностью катионного заряда, который нейтрализует положительно заряженные коллоидные частицы. Реагент может изготавливаться в виде растворов (FLOQUATTM FL или ВПК-402 35%-ной концентрации) или порошков (FLOQUATTM TS от 1,05 до 2, 10% на сухое вещество).
Порошкообразные Полидадмахи имеют насыпную плотность от 0,4 до 0,6. Приблизительная вязкость вещества составляет 15, 50 или 250 сПз, в зависимости от серии продуктов. Максимальная рабочая концентрация вещества - 50 г/л. Диапазон температур хранения порошкообразных Полидадмахов FLOQUATTM TS составляет 0-35°C. Время полного растворения в воде при 25°C - 30 дней.
пл
0
Изобретение поясняется таблицами 1-2. В табл.1 приведены результаты исследований по влиянию KCl на технологические показатели буровых растворов с содержанием Полидадмаха. В процессе бурения в глинистых отложениях происходит обогащение раствора глинистой фазой и рост реологических показателей пластической вязкости η и динамического напряжения сдвига τ. Из табл.1, п.8 видно, что улучшение реологических показателей предлагаемого раствора при вводе 15% глинистого шлама не значительно, в сравнении с прототипом (табл.1, п.3).
Табл.2 отражает результаты исследований по усилению ингибирующих свойств раствора. При этом проводилась оценка ингибирующей способности раствора по количеству впитанной воды в образцы глин: чем меньше количество впитанной воды в образце, тем выше ингибирующая способность раствора и наоборот.
Для проведения исследований использовали образцы сухой глины, изготовленные на основе бентонитового глинопорошка в виде таблеток с исходной массой 8,28 г. Наблюдения проводились по воздействию на образец различного состава ингредиентов раствора, масса которого составляет 200 г. Предварительно готовились составы, содержащие воду, хлорид калия и полидадмахи различных марок. При проведении испытаний проводились исследования с использованием катионных полимеров из серии Полидадмах, таких как ВПК-402, препараты марки Floquat, изготовленные во Франции, FL 4450 и FL 4540. При этом в течение 4 суток проводились наблюдения за приращением массы Δm глинистого образца. Результаты наблюдений проведенных исследований иллюстрируются табл.2, в которой приведены сведения о разнице масс образцов до и после выдержки в испытуемой среде. Из табл.2 можно видеть, что различные марки катионных полимеров не ухудшают положительных ингибирующих свойств предлагаемого раствора и что при содержании KCl ниже 3% ингибирующие свойства (табл.2, п.1-2) раствора ухудшаются (табл.2, п.3-6). Отсюда минимально допустимое содержание KCl в предлагаемом растворе должно составлять 3% (табл.2, п.3). Как показали результаты экспериментов, увеличение содержания KCl более 5% неэффективно (табл.2, п.7), так как приводит к перерасходу KCl, при незначительном повышении ингибирующих свойств раствора.
Таким образом, из табл.2 видно, что использование Полидадмаха и KCl в указанных количествах приводит к улучшению ингибирующих свойства раствора.
Увеличение плотности бурового раствора можно обеспечить добавками барита. Предлагаемый буровой раствор обладает повышенной устойчивостью к солевой агрессии: добавка хлоридов кальция, натрия практически не влияет на технологические показатели системы
Предлагаемый буровой раствор можно приготовить следующим образом. Сначала перемешивают воду с глинопорошком до его распускания, затем в глинистую суспензию добавляют Полидадмах, затем KCl и при необходимости баритовый утяжелитель.
Таблица 1
№
Состав раствора, масс.%
Показатели раствора
Ф, см<sup>3</sup>
при 25°C
при 82°C
η<sub>пл</sub>, мПа·с
τ<sub>0</sub>, Па
η<sub>пл</sub>, мПа·с
τ<sub>0</sub>, Па
Известный раствор
1
6% гл.; 7% ВПК-402; 87% вода
6
29
7,3
17
4,4
2
6% гл.; 15% ВПК-402; 79% вода
3
48
8,3
28
6,8
Предлагаемый
раствор
4
6% гл.; 7% ВПК-402; 3% KCl; 84% вода
5
27
7,2
18
4,2
5
6% гл.; 10% ВПК-402; 3% KCl; 81% вода
4
38
7,8
26
6,6
6
6% гл.; 10% ВПК-402; 4% KCl; 80% вода
3
41
8,2
28
7,1
7
6% гл.; 15% ВПК-402; 5% KCl; 74% вода
3
48
8,4
29
7,4
8
6% гл.; 10% ВПК-402; 4% KCl; 15% глинистого шлама; 65% вода
4
44
10,2
15
8,3
Примечание: гл. - глинопорошок марки ПБМВ; ВПК-402 - высокомолекулярный катионный полимер, товарный продукт выпускается в виде 35%-ной концентрации; KCl - хлорид калия, ингибитор глин; Ф - показатель фильтрации; η<sub>пл</sub> - пластическая вязкость; τ<sub>0</sub> - динамическое напряжение сдвига.
Таблица 2
Состав раствора, масс.%
Изменение массы образца, в г
Исходный
через 4 суток
Δm
1
6% гл.; 7% ВПК-402; 87% вода
8,28
15,57
7,29
2
6% гл.; 6% ВПК-402; 2% KCl; 86% вода
15,22
7,14
3
6% гл.; 7% ВПК-402; 3% KCl; 84% вода
14,02
5,74
4
6% гл.; 7% ВПК-402; 5% KCl; 82% вода
13,14
4,86
5
6% гл.; 10% ВПК-402; 5% KCl; 79% вода
12,74
4,46
6
6% гл.; 15% ВПК-402;5% KCl; 74%вода
12,01
3,73
7
6% гл.; 17% ВПК-402;6% KCl; 71% вода
11,99
3,71
8
6% гл.; 7% FL4540; 87% вода
15,72
7,44
9
6% гл.; 7% FL4540; 3% KCl; 84% вода
14,18
5,9
10
6% гл.; 7% FL4540; 5% KCl; 82% вода
13,89
5,61
11
6% гл.; 7% FLTS45; 87% вода
15,81
7,53
12
6% гл.; 7% FLTS45; 3% KCl; 84% вода
14,16
5,88
13
6% гл.; 7% FLTS45; 5% KCl; 82% вода
Примечание: значение Δm<6 г, принято за положительный результат.