ОБЛЕГЧЕННЫЙ БУРОВОЙ РАСТВОР (ВАРИАНТЫ)
LIGHTWEIGHT DRILLING FLUID (OPTIONS)

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к буровым растворам, промывочным и технологическим жидкостям, используемым для бурения и капитального ремонта скважин с низкими и аномально низкими пластовыми давлениями на сероводородсодержащих нефтяных, газовых и газоконденсатных месторождениях.
Актуальность применения облегченных буровых растворов обусловлена необходимостью разработки нефтяных, газовых и газоконденсатных месторождений на режиме истощения с низкими и аномально низкими пластовыми давлениями, которая предусматривает ведение работ по бурению и капитальному ремонту на скважинах в зонах пониженного пластового давления, где существует высокая вероятность катастрофических поглощений бурового раствора.
Анализ существующего уровня техники и технической литературы показал следующее.
Известен буровой раствор низкой плотности, содержащий мас. %: известь негашеная - 3-4; гидроксиэтилцеллюлоза - 0,3-0,5; сода каустическая - 0,3-0,5; вода пресная (техническая) или минерализованный рассол (рапа) - остальное.
Недостатками известного бурового раствора низкой плотности для сероводородсодержащих месторождений являются отсутствие возможности создания давления столба жидкости в скважине ниже гидростатического, а также отсутствие возможности применения в составе бурового раствора нейтрализатора сероводорода ввиду его высокой плотности. К дополнительным недостаткам известного бурового раствора можно отнести отсутствие возможности повторного применения бурового раствора после насыщения его сероводородом, что приводит к значительным затратам на складирование, транспортировку и утилизацию отработанного бурового раствора, увеличивает затраты времени на приготовление, дополнительную обработку бурового раствора в процессе бурения и капитального ремонта для поддержания необходимых параметров бурового раствора.
Наиболее близким аналогом, выбранным в качестве прототипа заявляемого решения, является облегченный минерализованный буровой раствор (патент РФ №2486224 «Облегченный минерализованный буровой раствор», С09К 8/20, опубликовано 27.06.2013), содержащий мас. %: глинопорошок - 4-6; стабилизатор - солестойкая карбоксиметилцеллюлоза - 0,3-1; модифицированный крахмал - 0,8-1,2; хлористый натрий - 1-20; хлористый калий - 3-7; щелочь - 0,01-0,02; лигносульфонатный реагент - 1-2; силикатные микросферы - 4,5-6; вода пресная (техническая) - остальное.
3
Несмотря на то, что указанный облегченный минерализованный буровой раствор имеет плотность меньше 1 г/см и необходимую морозостойкость, его состав не может считаться технологически целесообразным и экономически выгодным, так как для обеспечения стабильности этих показателей облегченный минерализованный буровой раствор содержит восемь компонентов кроме воды. Это усложняет способ приготовления, увеличивает затраты времени на приготовление, а также на дополнительную обработку в процессе бурения или капитального ремонта для поддержания необходимых параметров. Отсутствие в составе облегченного минерализованного бурового раствора нейтрализатора сероводорода ограничивает область его применения при бурении или капитальном ремонте скважин на сероводородсодержащих месторождениях в условиях низких и аномально низких пластовых давлениях.
Основной технической задачей заявляемого изобретения является повышение качества облегченного бурового раствора, проявляющееся в улучшении его структурно-реологических свойств, обеспечивающих предотвращение поглощения бурового раствора, морозостойкость, нейтрализацию сероводорода, входящего в состав пластовой смеси, снижение отрицательной экологической нагрузки на объекты природной среды.
3
Поставленная задача достигается тем, что облегченный буровой раствор, содержащий мел технический, крахмал модифицированный, ксантановый биополимер, натр едкий технический и воду или минерализованный рассол (рапа), дополнительно содержит специально разработанные полые стеклянные микросферы из натрий-боросиликатного стекла для снижения плотности облегченного бурового раствора меньше или равной 1 г/см и нейтрализатор сероводорода ЖС-7 при следующем соотношении компонентов, мас.%:
- по первому варианту облегченный буровой раствор содержит мел технический - 3; крахмал модифицированный - 4; нейтрализатор сероводорода ЖС-7 - 2; ксантановый биополимер - 0,1; натр едкий технический - 0,1; полые стеклянные микросферы из натрий-боросиликатного стекла - 5-10; вода пресная (техническая) - остальное;
- по второму варианту облегченный буровой раствор содержит мел технический - 3; крахмал модифицированный - 4; нейтрализатор сероводорода ЖС-7 - 2; ксантановый биополимер - 0,1; натр едкий технический - 0,1; полые стеклянные микросферы из натрий-боросиликатного стекла - 5-10; минерализованный рассол (рапа) - остальное;
- по третьему варианту облегченный буровой раствор содержит крахмал модифицированный - 4; нейтрализатор сероводорода ЖС-7 - 2; ксантановый биополимер - 0,1; натр едкий технический - 0,1; полые стеклянные микросферы из натрий-боросиликатного стекла - 5-10; вода пресная (техническая) - остальное.
В заявляемом изобретении в качестве коркообразователя облегченного бурового раствора используется мел технический (например, мел технический «МТД-2» по ТУ 5743-008-05120542-96). Мел технический представляет собой мелкозернистый порошок белого цвета, хорошо растворимый в воде. Увеличение процентного содержания мела технического свыше заявленного в изобретении способствует увеличению вязкости облегченного бурового раствора и количества содержания твердой фазы в нем, что приводит к увеличению высоты фильтрационной корки и увеличению плотности облегченного бурового раствора.
Возможно исключение из компонентного состава облегченного бурового раствора мела технического (состав облегченного бурового раствора по третьему варианту) в случае отсутствия необходимости в коркообразовании и наличии требований по применению бурового раствора без твердой фазы для минимизации отрицательного воздействия на коллекторские свойства пласта.
Для снижения водоотдачи облегченного бурового раствора используют модифицированный крахмал (например, «ФИТО-РК» по ГОСТ 32902-2014). Использование в составе бурового раствора модифицированного крахмала менее 4 мас. % приводит к увеличению водоотдачи. Увеличение же его значения более 4 мас. % приводит к значительному увеличению вязкости облегченного бурового раствора.
В качестве регулятора реологических свойств облегченного бурового раствора используют ксантановый биополимер (например, биополимер «Биоксан» по ТУ 2123-004-56864391-2009). Использование ксантанового биополимера в объеме 0,1 мас. % приводит к увеличению реологических параметров, таких как вязкость и стабильность облегченного бурового раствора. Содержание в облегченном буровом растворе ксантанового биополимера более 0,1 мас. % экономически и технологически нецелесообразно, так как существенного улучшения реологических свойств, при увеличении количества этого компонента не происходит.
Для поддержания требуемого рН в диапазоне 9-10 ед. используют натр едкий технический (например, натр едкий технический по ГОСТ Р 55064-2012). Оптимальная концентрация натра едкого технического составляет 0,1 мас. %. Уменьшение или увеличение концентрации натра едкого технического приводит соответственно к снижению или увеличению рН облегченного бурового раствора.
Величина рН характеризует кислотность или щелочность облегченного бурового раствора. Известно, что большинство химреагентов буровых растворов эффективно действует только при рН больше 7 ед.
Введение реагента ЖС-7 по ТУ 2123-004-56864391-2009 до 2 мас. % обеспечивает нейтрализацию сероводорода, входящего в состав пластовой смеси, при поступлении его в буровой раствор.
Реагент ЖС-7 представляет собой тонкодисперсный порошок, бурого цвета. Реагент активно взаимодействует в буровом растворе с сероводородом, образуя нерастворимые соединения, и предотвращает выход свободного сероводорода на дневную поверхность. Исходя из анализа применения реагента ЖС-7 на Астраханском ГКМ для нейтрализации сероводорода и сульфидов в облегченном буровом растворе, указанная выше концентрация удовлетворяет нормам безопасного ведения буровых работ в условиях сероводородной агрессии.
Для обеспечения морозостойкости - предотвращения замерзания облегченного бурового раствора в зимний период, в качестве дисперсионной среды (основы) облегченного бурового раствора применяют насыщенный хлоридом натрия минерализованный рассол (рапа).
3
Для снижения плотности предлагаемого облегченного бурового раствора используют полые стеклянные микросферы из натрий-боросиликатного стекла (например, HGS8000X или БРО-1МС по ТУ 2458-06-34356033-2016), имеющих насыпную плотность 0,12-0,63 г/см, прочность на сжатие до 551,6 атм., термостабильность до 600°С.
Полые стеклянные микросферы - химически стойкие, нерастворимые в воде и углеводородах, экологически безопасные. Также возможно использование других микросфер близких по свойствам и составу.
Ввод полых стеклянных микросфер из натрий-боросиликатного стекла в объеме 5-10 мас. % обеспечивает оптимальную плотность
предлагаемого облегченного бурового раствора. Добавление полых стеклянных микросфер из натрий-боросиликатного стекла более 10 мас. % приводит к увеличению вязкости облегченного бурового раствора, вплоть до нетекучего состояния. Содержание полых стеклянных микросфер из натрий-боросиликатного стекла в облегченном буровом растворе меньше 5 мас. % приводит к несущественному снижению плотности раствора.
3
Применение полых стеклянных микросфер из натрий-боросиликатного стекла в качестве добавки к составам облегченных буровых растворов заявляемого изобретении, позволяет добиться плотности облегченного бурового раствора меньше или равной 1 г/см, предотвратить поглощение облегченных буровых растворов при выполнении внутрискважинных работ за счет снижения гидростатического давления столба бурового раствора на пласт, что обеспечит сохранение фильтрационно-емкостных свойств продуктивного пласта за счет проведения внутрискважинных работ на балансе давления скважина - пласт.
В результате того, что предотвращается поглощение облегченного бурового раствора, снижаются затраты времени на его повторное приготовление.
Наличие в составах предлагаемого облегченного бурового раствора нейтрализатора ЖС-7 повышает безопасность проведения работ по бурению и капитальному ремонту скважин за счет нейтрализации сероводорода, который может высвобождаться и появляться на поверхности бурового раствора, что может привести к появлению в рабочей зоне технологического объекта (скважины) вредных для здоровья и жизни людей газообразных отравляющих веществ. Заявляемый облегченный буровой раствор экологически безопасен, так как включает ингредиенты 4 класса опасности.
Таким образом, предлагаемым в качестве изобретения облегченным буровым растворам (варианты) обеспечивается достижение заявляемого технического результата. Не выявлены по имеющимся источникам технические решения, имеющие признаки, совпадающие с отличительными признаками предлагаемого изобретения по заявляемому техническому результату. Заявляемый облегченный буровой раствор (варианты) соответствует условию изобретательского уровня. Что касается соответствия такому критерию, как «промышленная применимость», то проведенная опытно-промышленная проверка на семи скважинах Астраханского газоконденсатного месторождения, в процессе проведения капитального ремонта скважин, показала возможность применения изобретения с заявленной совокупностью существенных признаков.
Заявленный облегченный буровой раствор (варианты) низкой плотности для бурения и капитального ремонта нефтяных и газовых скважин с низкими и аномально низкими пластовыми давлениями на нефтяных, газовых, газоконденсатных и сероводородсодержащих месторождениях готовят следующим образом.
В воду пресную - техническую или минерализованный рассол (рапу) добавляют натр едкий технический, далее при постоянном перемешивании при необходимости вводят мел технический, затем добавляют модифицированный крахмал, ксантановый биополимер и нейтрализатор сероводорода ЖС-7. Полученный буровой раствор продолжают перемешивать до окончания взаимодействия компонентов, что фиксируется прекращением повышения вязкости бурового раствора. Далее в полученный буровой раствор при постоянном перемешивании добавляют полые стеклянные микросферы из натрий-боросиликатного стекла до получения однородного стабильного раствора требуемой плотности. Все компоненты вводят в сухом виде. Варианты составов заявляемого облегченного бурового раствора представлены в таблице 1.
В соответствии с приведенными вариантами готовят различные составы облегченных буровых растворов низкой плотности, отличающиеся следующими техническими параметрами, представленными в таблице 2.
Технический результат изобретения заключается в разработке состава облегченного бурового раствора с оптимальными структурно-реологическими свойствами для применения на сероводородсодержащих нефтяных, газовых и газоконденсатных месторождениях с низкими и аномально низкими пластовыми давлениями, обеспечивающего предотвращение поглощений облегченного бурового раствора при проведении внутрискважинных работ, морозостойкость, нейтрализацию сероводорода, а также минимизацию негативной экологической нагрузки на окружающую среду.