Термосолестойкий буровой раствор
THERMOSALINE-RESISTANT DRILLING FLUID

Изобретение относится к буровым растворам на водной основе и может найти применение при бурении нефтяных и газовых скважин, преимущественно при бурении солевых и неустойчивых глинистых пород в условиях воздействия высоких температур до 240°С.
Известен термостойкий катионный буровой раствор (патент РФ №2602262, С09K 8/24, опубл. 10.11.2016), включающий, мас. %: глинопорошок 3-5, полидадмах 1,75-3,50, катионный полимер Росфлок КФ 0,5-2, поливинилпирролидон 0,3-3,0, воду остальное. Недостатком указанного состава является низкая устойчивость к солевой агрессии при воздействии высоких температур до 240°С.Показатель фильтрации после воздействия высоких температур возрастает, что неприемлемо при бурении интервалов солевых отложений с пропластками неустойчивых глинистых пород.
Наиболее близким к предложенному способу (прототипом) является термостойкий поликатионный буровой раствор (патент РФ №2651657, С09K 8/24, опубл. 23.04.2018), включающий, мас. %: глинопорошок 3-5, сополимер хлорида диаллилдиметиламмония и малеинового ангидрида в соотношении от 99:1 до 92:8 - полиэлектролит Силфок 2540С 5-7, катионный полимер на основе дадмаха - Flodrill DB 45CR 1-2, воду - остальное. Однако известный состав обладает низкой устойчивостью к солевой агрессии при воздействии высоких температур до 240°С, поскольку структурно-реологические показатели соленасыщенного раствора значительно ухудшаются после воздействия высоких температур до 240°С (показатель фильтрации после воздействия высоких температур возрастает), что значительно осложняет бурение интервалов солевых отложений с пропластками неустойчивых глинистых пород. Кроме того, один из ключевых компонентов в известном составе реагент Flodrill DB 45CR производится за рубежом, что может привести к затруднению с его использованием в условиях импортозамещения.
Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является разработка раствора для бурения продуктивных пластов неустойчивых глинистых пород на основе отечественного высокомолекулярного реагента Силфок 2540 В, который может быть использован в условиях воздействия температуры до 240°С.
Техническим результатом, на достижение которого направлено предлагаемое изобретение, является повышение солеустойчивости при сохранении термоустойчивости раствора до и после воздействия высоких температур до 240°С за счет обеспечения минимальных значений показателя фильтрации после воздействия высоких температур, как при обычных, так и в забойных условиях.
Показатель фильтрации играет важнейшую роль в сохранении устойчивости ствола скважины в глинистых отложениях и предупреждении дифференциальных прихватов в проницаемых пластах. С уменьшением показателя фильтрации устойчивость ствола в интервале аргиллитов и набухающих глинистых отложений возрастает, а толщина формируемой глинистой корки в проницаемых породах падает, что приводит к снижению дифференциальных прихватов бурильной колонны. Не менее важным является достижение стабильных структурно-реологических показателей раствора до и после воздействия высоких температур до 240°С.
Указанный технический результат достигается за счет того, что термосолестойкий буровой раствор, включающий воду, глинопорошок и сополимер Силфок 2540С, дополнительно содержит катионный сополимер Силфок 2540В, хлорид натрия и органофильный бентонит при следующем соотношении, мас. %:
Глинопорошок
3-5;
Сополимер Силфок 2540С
5-7;
Сополимер Силфок 2540В
7-10;
Хлорид натрия
3-30
Органофильный бентонит
0,2-0,6
Вода
остальное.
Коммерческое название предлагаемого раствора Катбурр.
Полиэлектролиты водорастворимые катионные Силфок 2540С и Силфок 2540В (Полидиаллилдиметиламмоний хлорид) являются высокоэффективными термосолестойкими понизителями показателя фильтрации буровых растворов и представляют собой органические полимеры соответственно средней и высокой молекулярной массы с высоким катионным зарядом.
Эффективность катионных полимеров, как стабилизаторов, зависит в основном от их молекулярной массы, чем выше молекулярная масса, тем выше стабилизирующая способность. Для высокотемпературных скважин с температурой выше 150°С наиболее эффективны катионные полимеры средней и высокой молекулярной массы.
Силфок 2540С и Силфок 2540 В представляют собой высоковязкие жидкости с концентрацией основного вещества не менее 20-25%.
В настоящее время налажен выпуск Силфок 2540В и Силфок 2540С по ТУ 2227-001-92802291-2013 в ООО «Силвер» г. Стерлитамак, Республика Башкортостан.
Применение Силфок 2540С и Силфок 2540В не ограничивает использование других катионных (со)полимеров, таких как полидадмахи, полиамины и низкомолекулярные полиакриламиды, представленные четвертичным азотом.
Глинопорошок ПБМВ выпускается в соответствии с ТУ 2164-004-0013836-2006 «Глинопорошок".
Хлорид натрия (NaCl) (поваренная каменная соль, галит) используют для минерализации бурового раствора, что позволяет получить раствор с меньшим содержанием твердой фазы и, как следствие, более прокачиваемую систему бурового раствора с минимальными значениями реологических свойств. Хлорид натрия применяют в виде технической соли (выпускается по ГОСТ 4233-77).
Органофильный бентонит (органобентонит) - высококачественный бентонит, гидрофобизированный органическими катионами, способный к набуханию и пептизации в органических средах. Органобентонит используют в качестве структурообразователя углеводородных растворов. Также применение органобентонита, кроме структурообразующих свойств, обеспечивает раствору необходимую вязкость, высокую термостойкость и солестойкость. Выпускается по ТУ 95 2752 - 2000.
Производство всех реагентов, входящих в состав предлагаемого бурового раствора, налажено на территории РФ.
Предлагаемый буровой раствор готовят следующим образом.
Перемешивают воду с глинопорошком до его распускания, после чего в глинистую суспензию добавляют Силфок 2540С, затем Силфок 2540В и далее при интенсивном перемешивании вводят хлорид натрия и органобентонит. При необходимости вводят дополнительные реагенты.
Увеличение плотности бурового раствора производится добавками барита или другого утяжелителя. При необходимости дополнительно вводят смазывающие добавки (нефть, дизельное топливо, органобентонит в дизельном топливе, высокоокисленный битум в дизельном топливе, жидкий парафин и т.д.), многоатомные спирты, пеногасители, кольматанты и другие известные реагенты, необходимые для улучшения действия раствора.
Изобретение поясняется с помощью таблицы и графика.
В таблице приведены результаты исследований по влиянию концентрации Силфок 2540С, Силфок 2540В и органобентонита на показатель фильтрации до и после термостатирования при 240°С. Термостойкость растворов оценивалась по изменению показателя фильтрации до и после термостатирования, причем показатель фильтрации определяли при комнатной температуре 25±3°С и при температуре 150±3°С.
к
нтнр
В таблице приняты следующие сокращения: ПФ - показатель фильтрации при комнатной температуре, ПФ - показатель фильтрации в условиях забоя, ГР - глинистый раствор.
нтнр
3
Агрессия температуры до 240°С приводит к существенному росту показателя фильтрации соленасыщенного известного раствора (табл., п. 2 и 4), тогда как пресный состав прототипа является термостойким (табл., п. 1 и 3). Так ПФ соленасыщенного известного раствора возрастает до 34,3 смпосле термостатирования при 240°С, что неприемлемо при проходке интервалов неустойчивых глинистых пород и проницаемых пластов.
к
нтнр
В отличие от прототипа пресные и соленасыщенные модификации предлагаемого бурового раствора Катбурр обладают высокой термостойкостью при температуре 240°С (табл., п. 7-12). Показатель фильтрации (ПФ, ПФ) предлагаемого раствора после воздействия температуры практически не меняется, а у прототипа возрастает.
Из таблицы следует, что при содержании Силфок 2540С, Силфок 2540 В и органобентонита менее 5% (1% в переводе на сухое вещество), 7% (1,4% в переводе на сухое вещество) и 0,2%, соответственно, показатель фильтрации до и после термостатирования в обычных условиях и в условиях имитирующих забойные возрастает (табл., п. 5 и 6). Увеличение содержания Силфок 2540С и Силфок 2540 В более 7% (2,5% в переводе на сухое вещество) и 10% (2% в переводе на сухое вещество), соответственно, неэффективно, так как приводит к перерасходу данных реагентов без существенного улучшения фильтрационных показателей раствора до и после термостатирования.
Зависимость показателя фильтрации от концентрации органобентонита представлена на графике.
Увеличение содержания органобентонита более 0,6% неэффективно, так как приводит к перерасходу данного реагента без существенного улучшения фильтрационных показателей раствора до и после термостатирования.
Из результатов испытаний предлагаемого раствора следует, что оптимальной концентрацией Силфок 2540С и Силфок 2540 В является соответственно (мас. %) 5-7 (1,0-2,5% в переводе на сухое вещество) и 7-10 (1,4-2,0% в переводе на сухое вещество) (табл. п. 7-12), а органобентонита 0,2-0,6.
Предлагаемый буровой раствор Катбурр не совместим с лигносульфонатами, анионными водорастворимыми эфирами целлюлозы, силикатами, гуматами и др. реагентами анионного типа. При увеличении концентрации катионов кальция и магния, например, при поступлении рапы, их осаждение не производится, так как они не ухудшают технологические показатели раствора. Регулирование рН раствора производится только по необходимости, например, для снижения скорости коррозии бурильного инструмента, активации реакции нейтрализации сероводорода и т.д. Предлагаемый буровой раствор имеет нормальные технологические показатели в широком диапазоне рН среды от 2-3 до 12 при воздействии высоких температур до 240°С.