БУРОВАЯ ПРОМЫВОЧНАЯ ЖИДКОСТЬ
DRILLING FLUID

Изобретение относится к буровым промывочным растворам и может быть использовано в нефтедобывающей промышленности.
Известны безглинистые буровые промывочные жидкости на водной основе, в которые с целью повышения солестойкости введены измельченные гуматосодержащие вещества, например бурый уголь, каустическая сода и гидроокись двухвалентного металла. Известны также безглинистые промывочные жидкости, насыщенные солью, к раствору которых добавляют конденсированную сульфитспиртовую барду, крахмал, нефть. Например, авт.св. 299637, 299638, Е21В 21/04.
Недостатки известных составов безглинистых буровых промывочных жидкостей заключаются в том, что одни, решая вопросы стабилизации раствора по солестойкости, ухудшают свойства промывочных жидкостей в сравнении с глинистыми растворами по формированию пены, другие, напротив, не применимы в минерализованных средах, третьи имеют сложную технологию приготовления, дефицитны или дороги.
Наиболее близким по технической сущности и технологическому эффекту является буровой глинистый раствор на водной основе, стабилизированный карбоксиметилцеллюлозой (КМЦ). Например, авт.св. 459579, Е21В.
Недостатком глинистого бурового раствора с КМЦ являются свойства, связанные с достаточно высоким содержанием глины в составе раствора, такие как поглощения раствора при бурении и осложнения при освоении скважины, связанные с попаданием бурового раствора в продукцию скважин (формирование стойких ловушечных эмульсий) и с относительно высоким значением статического предельного напряжения сдвига (прихват бурового инструмента).
Целью изобретения является улучшение технологических и экономических показателей бурового раствора, заключающееся в уменьшении величины предельного напряжения сдвига, при сохранении высокого значения вязкости, низкого значения водоотдачи и высокого значения солестойкости.
Поставленная цель достигается тем, что буровая промывочная жидкость на водной основе, включающая глину и карбоксиметилцеллюлозу - КМЦ, дополнительно содержит избыточный ил биологических очистных сооружений, при следующем соотношении компонентов, вес.%:
Глина
0,1-5,0
КМЦ
0,3-0,4
Указанный ил
5,0-10,0
Вода
остальное
Буровая промывочная жидкость готовится гидроразмывом в емкости осадка избыточного ила с глинопорошком, затем добавляется в необходимом количестве в буровой раствор КМЦ путем подачи его под струю суспензии и последующим достижением однородного состава при рециркуляции по схеме: емкость - насос - емкость.
Улучшение технологических свойств буровой промывочной жидкости на основе избыточного ила БОС заключается в уменьшении величины предельного напряжения сдвига, при сохранении высокого значения вязкости, низкого значения водоотдачи и солестойкости. При относительно низкой концентрации дисперстной фазы, не превышающей 16%, буровая жидкость имеет хорошие реологические характеристики, определяемые вязкостью и величиной статического напряжения сдвига, см. табл.1. Улучшение экономических показателей заключается в уменьшении вероятности поглощения буровой жидкости, осложнений при бурении скважин, использования недорогого реагента (избыточного ила), который является отходом водоочистки БОС и улучшения экологии при бурении скважин.
В качестве избыточного ила БОС использовался избыточный ил биологических очистных сооружений с иловых карт очистных сооружений ОАО "Уфанефтехим" Республика Башкортостан. Из данных табл.1 следует, что в сравнении с глинистыми растворами, см. опыт 1, предлагаемый состав достаточно эффективно снижает водоотдачу, см. опыты с 8 по 13, столь же успешно как и в прототипе, см. опыты со 2 по 4. Добавки ила БОС снижают водоотдачу глинистого раствора, см. опыт 6, но при этом он обладает недостаточной солестойкостью, см. опыт 7. Предлагаемый состав с добавкой КМЦ обладает достаточно высокой солестойкостью, см. опыты 10, 13, в сравнении с глинистым раствором, см. опыт 1. При этом предлагаемый состав обладает достаточно эффективной реологией, низкой величиной водоотдачи и хорошей солестойкостью при относительно низкой величине содержания глины в растворе, см. опыты с 5 по 13, в сравнении с прототипом, см. опыты с 1 по 4. По существу, предлагаемый состав может применяться без использования глины как безглинистый буровой раствор, см. опыты с 5 по 7 и опыты с 8 по 13, в сравнении с опытами 14-18. Меньшая величина статического предельного напряжения сдвига уменьшает возможность осложнений при временных остановках в процессе бурения.
Суспензии избыточного ила эффективно снижают поглощение бурового раствора, т.к. добавки ила существенно (многократно) повышают сопротивление фильтрации водной суспензии, см. табл.2, что позволяет крайне эффективно использовать суспензии избыточного ила в процессах нефтеотдачи пластов. В отличие от глин частицы ила не пептизируют (коллидное растворение глин под действием электролитов), и при этом не происходит размыв суспензии под действием электролитов пластовых вод. Попадание предлагаемой буровой жидкости в продукцию скважин не приводит к осложнениям в подготовке нефти, т.к. при низком содержании глины или в отсутствии глины не происходит интенсивное поглощение ПАВ и деэмульгатора с формированием стабильной (ловушечной и амбарной) эмульсии как это обычно происходит при попадании бурового раствора в продукцию скважин. Имеются и другие положительные экологические аспекты применения предлагаемой буровой промывочной жидкости, связанные с уменьшением объема (веса) отработанного бурового раствора.
Таблица 1
Сравнительные характеристики буровой жидкости на основе глины и на основе избыточного ила БОС
№ п/п
Состав*, %
Водоотдача за 30 минут, мл
Вязкость по СПВ-5, с
Статическое ПНС, мг/см<sup>2</sup>
1 минута
10 минут
1
Глина, 34
32,5
22,0
36,472
55,03
2
Глина, 34
4,0
23,5
39,43
58,53
КМЦ-7, 0,5
3
Глина, 34
КМЦ-7, 0,5
5.0
24.0
41.32
57.63
NaCl. 20
4
Глина, 34КМЦ - 7,0,5
12,0
23,6
37,82
59,14
CaCl. 2,0
5
Глина, 3,5
Нет подвижности (при смешении и перемешивании суспензия загустевает)
Ил БОС, 15,0
6
Глина, 6,5
22,0
36
72
94
Ил БОС, 2,5
7
Глина, 6,5
Ил БОС, 10,0
40
26
14
18
NaCl. 20,0
8
Ил БОС, 5,0
7,5
30
1,58
1,98
КМЦ-7, 0,4
9
Ил БОС, 10,0
7,7
110
19,8
25,74
КМЦ-7, 0,33
10
Ил БОС, 10,0
КМЦ-7, 0,33
9,5
312
25,74
31,68
NaCl. 10,0
11
Ил БОС, 5,0
17
30
9
27
12
Ил БОС, 6,0
7,6
48
2,7
3,5
КМЦ-7, 0,4
13
Ил БОС, 6,0
КМЦ-7, 0,4
12,0
76
18
21
CaCl. 2,0
14
Глина 6,5
Ил БОС 2,5
6,5
32
75
98
КМЦ 0,4
15
Глина 3,5
Ил БОС 5,0
6,7
38
2,7
3,8
КМЦ 0,4
16
Глина 3,5
Ил БОС 10
6,8
115
24,2
28,4
КМЦ 0,33
17
Глина 3,5
Ил БОС 10,0
8,1
270
28,2
32,4
КМЦ 0,33
NaCl 10,0
18
Глина 3,5
Ил БОС 10,0
11,5
160
21,0
25,4
КМЦ 0,33
CaCl<sub>2</sub> 2,0
19
Глина 3,5
Нет подвижности (при смешении и перемешивании суспензия загустевает)
Ил БОС 20,0
КМЦ 0,33
* - Во всех примерах остальное вода
В табл.2 представлены данные по фильтрации через образцы породы пласта (керн) в виде Фактора сопротивления (Ф.С.), Остаточного фактора сопротивления (О.Ф.С.) и коэффициента фильтруемости (К.Ф.). Из сравнения данных по растворам полимеров (ПАА и КМЦ) и суспензии избыточного ила следует, что растворы полимеров создают незначительное сопротивление фильтрации в сравнении с суспензией избыточного ила БОС, см. Ф.С., причем сопротивление потоку воды в пласте (О.Ф.С.) может быть в десятки раз выше. Растворы полимеров фильтруются в пласте идеально, К.Ф. больше 5. Избыточный ил фильтруется умеренно К.Ф.=1,7, глинистые суспензии фильтруются плохо, К.Ф. меньше 1,0 и значения О.Ф. и О.Ф.С. не измерялись вследствие закупорки торца керна.
Таблица 2
Данные по фильтрации растворов полимеров и суспензии избыточного ила БОС
№ п\п
Состав*, вес.%
Ф.С.
О.Ф.С.
К.Ф.
1
ПАА, 0,05
7,0
3,5
больше 5
2
КМЦ, 0,4
15,0
2,0
больше 5
3
Ил БОС, 0,1
127
125
2,1
4
Ил БОС, 1,0
240
235
1,5
*- во всех примерах остальное вода.
Пример 1. Готовится суспензия буровой промывочной жидкости следующего состава, вес.%: глина 3,5; ил БОС 10,0; КМЦ 0,33; остальное вода - 86,17%, с последующим перемешиванием до получения однородного состава. Полученный буровой раствор обладает малой водоотдачей, см. опыт 16 в табл.1, высокой вязкостью при относительно низком значении предельного напряжения сдвига. Т.е. имеет лучшие реологические характеристики в сравнении с прототипом, см. опыт 2 в табл.1. Кроме того, полученный буровой раствор обладает хорошей солестойкостью, см. опыт 16 и 17 в табл.1.
Пример 2. Готовится суспензия буровой промывочной жидкости следующего состава, вес.%: глина 6,5; ил БОС 2,5; КМЦ 0,4; остальное вода - 90,6. При концентрации избыточного ила в буровом растворе меньше заявленного значения в 5%, см. опыт 14 в табл.1, у бурового раствора ухудшаются реологические характеристики, т.е. снижается вязкость раствора при повышении величины предельного напряжения сдвига.
Пример 3. Готовится суспензия буровой промывочной жидкости следующего состава, вес.%: глина 3,5; ил БОС 20,0; КМЦ 0,33; остальное вода - 76,17. При концентрации избыточного ила в буровом растворе больше заявленного значения в 10%, см. опыт 19 в табл.1, буровой раствор при перемешивании теряет подвижность даже при относительно невысоком содержании в нем глины и является непригодным для работы.
При оптимальной концентрации избыточного ила в 5-10% изменение содержания глины от 0,1% до 5,0% слабо влияет на реологию буровой жидкости. Например, сравнить опыты 5, 6, 8, 9, 10, 13 с опытами 14-19. При концентрации глины выше 5,0%, см. опыт 6 и опыт 7 в табл.1, растет величина предельного напряжения сдвига. Концентрацию глины в буровой жидкости меньше 0,1% трудно добиться, в особенности при прохождении (бурении) глинистых слоев.
Технико-экономическая эффективность предлагаемого технического решения определяется использованием более дешевого (избыточный ил БОС является отходом очистных сооружений промышленного предприятия) и эффективного реагента. Важное экономическое значение имеет сокращение вероятности возникновения аварийных ситуаций при бурении скважин, а также улучшение экологии при бурении скважин и снижение вероятности осложнений в подготовке нефти при освоении скважин после проведения буровых работ.