ПОЛИФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ КОМПЛЕКСНЫЙ РЕАГЕНТ ДЛЯ ПРЕДУПРЕЖДЕНИЯ ВОЗНИКНОВЕНИЯ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫХ ПРИХВАТОВ
POLYFUNCTIONAL COMPLEX REAGENT FOR WARNING OCCURRENCE OF DIFFERENTIAL STICKING

Изобретение относится к области бурения скважин, в частности к реагентам для предупреждения возникновения дифференциальных прихватов, и рекомендуется к использованию при бурении скважин в качестве смазочной, антиприхватной и кольматирующей добавки, вводимой в буровой раствор.
В современных условиях бурения, характеризующихся разнообразием геологического строения районов, ростом глубин скважин, высоким давлением и температурой, наличием толщ проницаемых отложений и неустойчивых пород, сложной пространственной конфигурацией скважин, вопросам предупреждения и ликвидации прихватов отводится первостепенная роль.
На процесс прихвата бурильной колонны в скважине влияет множество факторов, которые по своей природе являются следствием физико-химических, физико-механических и других видов взаимодействия бурового инструмента с породой. Возникновение дифференциальных прихватов связано с такими факторами, как величина перепада давления, время и площадь поверхности контакта труб со стенкой скважины, проницаемость породы в зоне прихвата, физико-механические, адгезионные и смазочные свойства фильтрационных корок и др.
Возникновение дифференциальных прихватов во многих случаях удается избежать путем оптимизации технологических параметров буровых растворов. Разработка средств управления противоприхватными свойствами бурового раствора должна быть направлена на физико-химическую кольматацию высокопроницаемых пород, снижение механического трения и адгезионного взаимодействия, возникающего между металлической поверхностью и фильтрационной коркой бурового раствора.
Известна смазочная добавка для бурового раствора [1], которая обеспечивает улучшение триботехнических и антиприхватных свойств бурового раствора и состоит из смеси следующих компонентов, мас.%: растительное масло 20-30; щелочь - 5-10; феррохромлигносульфонаты - 6-8; вода - остальное.
Известная добавка обеспечивает улучшение смазочных свойств глинистых буровых растворов на 25-50%, но обладает недостаточно высокими антиприхватными свойствами на границе пары «металл -глинистая корка».
8-24
Также известна смазочная добавка для буровых растворов на водной основе (техническое название ДСБ-МГК), улучшающая смазочные и антиприхватные свойства бурового раствора при сохранении других технологических показателей [2]. Указанная добавка имеет следующий компонентный состав, мас.%: продукт взаимодействия борной кислоты, диэтаноламина и смеси жирных кислот предельного и непредельного ряда с углеводородным радикалом С при их мольном соотношении 1:3:1,5 - 20-30; полигликоль - 50-65; керосин - 5-10; изобутанол - 7-10.
Указанная известная смазочная добавка хорошо улучшает смазочные свойства пресных буровых растворов, но в присутствии солей поливалентных металлов эффективность смазочного действия добавки резко снижается. Кроме того, отсутствие в рецептуре известной добавки компонентов, способствующих физико-химической кольматации проницаемых пластов, снижает эффективность добавки по антиприхватному действию.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению по технической сущности является многофункциональная твердая смазочная композиция «Микан-40» для буровых растворов [3], содержащая жирные кислоты - отработанные растительные масла, нанесенные на тонкоизмельченный природный сорбент мусковит, выполняющий функцию кольматирующей добавки, при следующем соотношении компонентов, мас.%: мусковит 40-95, отработанные растительные масла 5-60.
Недостатком данного изобретения является то, что известная композиция вводится в буровой раствор в достаточно высокой концентрации - 4%, что снижает экономическую эффективность применения смазочной композиции.
Кроме того, указанная смазочная композиция имеет ограничение при использовании в интервалах бурения продуктивных пластов, так как входящий в ее состав инертный кольматант - мусковит приводит к необратимой кольматации и снижает фильтрационно-емкостные свойства коллектора.
Задача предлагаемого изобретения - обеспечение высоких показателей триботехнических, антиприхватных и фильтрационных свойств буровых растворов, в которые введен заявляемый реагент, в условиях полиминеральной агрессии с сохранением фильтрационно-емкостных свойств продуктивного пласта.
Технический результат изобретения - создание полифункционального комплексного реагента для предупреждения возникновения дифференциальных прихватов, обеспечивающего высокие показатели антиприхватных и смазочных свойств буровых растворов в условиях полиминеральной агрессии, способствующего физико-химической кольматации проницаемых пород, и, как следствие, ограничению передачи давления в пласт и снижению вероятности возникновения дифференциальных прихватов и не снижающего коллекторские свойства продуктивного пласта.
Поставленная задача и технический результат достигаются предлагаемым полифункциональным комплексным реагентом для предупреждения возникновения дифференциальных прихватов, содержащим кольматирующую добавку, при этом, согласно изобретению, содержит в качестве кольматирующей добавки производные высших жирных кислот, получаемые при переработке древесных или нефтяных смол и гудронов - САФ, Soltex или Baratrol и дополнительно - продукт конденсации жирных кислот таллового масла или жирных кислот растительных масел, в том числе отработанных, с, по крайней мере, одним из группы: моно-, ди-, триэтаноламин при температуре 130-160°С в течение не менее 1 часа при массовом соотношении указанных компонентов 1:0,2÷0,6 соответственно, модифицированный неонолом со степенью оксиэтилирования 9-12 в течение не менее 2 часов при температуре 60-80°С при их массовом соотношении 1:0,05-0,2 соответственно, и смесь диоксановых спиртов - Бурфлюб-БТ, ДСПБ, Т-80, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Указанный продукт конденсации модифицированный
36,0-71,5
Указанные производные жирных кислот
10,0-28,5
Указанная смесь диоксановых спиртов
остальное.
Реагент дополнительно содержит в качестве кольматирующей добавки карбоксиметилцеллюлозу или полианионную целлюлозу Реопак в количестве 10,0-50,0 мас.%.
В качестве смеси диоксановых спиртов с массовой долей гидроксильных групп в пределах 15-36% он содержит САФ, Soltex или Baratrol.
Достижение поставленного технического результата обеспечивается за счет следующего.
При смешивании модифицированного продукта конденсации, получаемого определенным образом, с производными высших жирных кислот, получаемых при переработке древесных или нефтяных смол и гудронов, происходит растворение твердых компонентов производных высших жирных кислот с «раскрытием» сложных органических макромолекул смолисто-асфальтеновых веществ с образованием продукта, имеющего минимальные значения силы адгезии и коэффициента трения и обладающего, вследствие больших размеров молекул, кольматирующим и гидрофобизирующим действием на мелкие поры и микротрещины пород. Модификация поверхности молекул реагента неонолом со степенью оксиэтилирования 9-12 придает предлагаемому комплексному реагенту устойчивость к воздействию солей поливалентных металлов. Макромолекулы эфиров целлюлозы, которые могут присутствовать в рецептуре в преимущественном варианте, и смолисто-асфальтеновых веществ, представляющих собой деформирующиеся частицы коллоидных размеров (присутствующих в составе производных высших жирных кислот, получаемых при переработке древесных или нефтяных смол и гудронов), формируют в фильтрационной корке бурового раствора пространственную сетку, способствующую ограничению передачи порового давления посредством внутренней закупорки сужений поровых каналов и микротрещин, что приводит к интенсификации процесса выравнивания давления и к резкому снижению вероятности возникновения дифференциального прихвата в кольматированном участке ствола.
Введение в рецептуру предлагаемого реагента смеси диоксановых кислот с массовой долей гидроксильных групп в пределах 15-36% обеспечивает физико-химическое взаимодействие их гидроксильных групп с производными высших жирных кислот и улучшает растворимость кислот в модифицированном продукте конденсации.
Таким образом, указанный технический результат обеспечивается за счет совокупности компонентов реагента в заявляемом их количественном соотношении.
Для приготовления заявляемого комплексного реагента в лабораторных условиях были использованы следующие вещества:
- жирные кислоты:
- - масло талловое сырое, ТУ 13-0281078-119-89;
- - масло подсолнечное, ГОСТ 1129-93;
- - масло соевое отработанное ГОСТ 7825-76;
- этаноламины:
- - моноэтаноламин, ТУ 2423-065-05807977-2004;
- - диэтаноламин ТУ 2423-054-05807977-2000;
- - триэтаноламин, ТУ 2423-061-05807977-2002;
- неонол АФ 9-12, ТУ 2483-077-05766801-98;
- кольматирующая добавка:
- - производные высших жирных кислот, получаемые при переработке древесных или нефтяных смол и гудронов, например:
- САФ, ТУ 2471-037-40912231-2006,
- Soltex, продукт фирмы Driling Specialties Company (США), являющейся подразделением фирмы Phillips Petroleum, является сульфированным нефтяным битумом со следующими характеристиками: зольность 36,3%; содержание азота 0,3%; серы 10,9%; сульфонатов - присутствие; растворимость в воде 80%; www.slidefinder.ne/D//308123;
- Baratrol, запатентованный реагент фирмы Halliburton Бароид (США); мелкодисперсный углеводородный порошок, рассеивается в воде и нефти, термостабильный до 400 градусов по Фаренгейту, обеспечивает уменьшение высокотемпературной фильтрации и закупоривание микротрещин в глинах, www.Halliburton.com/Baroid;
- - смесь диоксановых спиртов:
- Бурфлюб-БТ, ТУ 2452-018-40912231-2003;
- ДСПБ, ТУ 2452-002-52412574-00;
- Т-80, ТУ 2452-029-05766801-94;
- деформирующийся герметизирующий полимерный кольматант:
- - карбоксиметилцеллюлоза (КМЦ) со степенью полимеризации 600, ТУ 2231-001-351937-80-96;
- - полианионная целлюлоза (ПАЦ) - Реопак марки Н, ТУ 2231-005-40912231-2003.
Пример приготовления предлагаемого реагента. На первой стадии получают модифицированный продукт конденсации. Для этого вначале получают продукт конденсации, для чего берут 20 г сырого таллового масла, добавляют 10 г триэтаноламина, нагревают при Т=150°С в течение 1 часа и получают продукт конденсации. Затем 30 г полученного продукта конденсации смешивают с 1,5 г Неонола АФ 9-12, нагревают при Т=70°С в течение 2 часов. Затем 31,5 г полученного продукта смешивают с 12,6 г САФ и с 6,3 г Бурфлюб-БТ и далее с 12,6 г КМЦ-600. После этого реагент готов к употреблению.
Реагенты с другим соотношением компонентов готовят аналогичным образом. Составы исследованных комплексных реагентов представлены в таблице 1.
В лабораторных условиях исследовали следующие свойства заявляемого и известных по аналогу и прототипу реагентов.
прихвата
Антиприхватное действие буровых растворов с добавкой в них реагентов в количестве 0,5 мас.%, оценивали на приборе Sticking Tester (Farm, модель 21150) путем определения коэффициента потенциального прихвата (К) пары «металл-глинистая корка» в среде бурового раствора при перепаде давления 3,34 МПа.
тр
2
-1
Эффективность смазочного действия комплексного реагента и буровых растворов по стандарту АНИ определяли на машине трения (прибор OFI EP/LUBRICITY TESTER фирмы OFI) путем определения коэффициента трения (К) при взаимодействии металлической пары «вращающееся кольцо - неподвижная призма» в среде исследуемого раствора при давлении, равном 1,03 МПа (150 фунтов/дюйм) и частоте вращения вала 60 мин, принятых для определения смазочных свойств промывочной жидкости в мировой практике бурения.
Кольматирующие свойства комплексного реагента оценивали по динамике фильтрации бурового раствора (Ф), в который добавлен комплексный реагент, через керамические фильтры с диаметром пор 0,04, 5 и 10 Дарси в течение 60 минут.
Указанные свойства приведены в таблице 2.
Гидроизолирующие свойства бурового раствора с добавкой в него предлагаемого реагента оценивали по изменению скорости фильтрации воды через керамические фильтры с различным диаметром пор: 0,04, 5 и 10 Дарси после фильтрации через них малоглинистого бурового раствора, обработанного антиприхватным реагентом, в течение 30 минут.
Полученные данные приведены в таблице 3.
Данные, приведенные в таблицах 1-3, показывают, что предлагаемый реагент имеет следующие преимущества перед известными:
- Антиприхватные свойства буровых растворов в условиях полиминеральной агрессии улучшены в 1,5-6,5 раз по сравнению с аналогом и прототипом, для ряда составов полифункционального реагента получены нулевые значения коэффициента потенциального прихвата (прихват исключен).
- Снижение коэффициента трения минерализованных буровых растворов в присутствии солей поливалентынх металлов после введения реагента составляет 76-84%.
- Предлагаемый полифункциональный реагент, сохраняя высокие показатели смазочных и антиприхватных свойств, одновременно до 1,6-1,8 раза снижает показатель фильтрации бурового раствора через диски различной проницаемости, и, как следствие, приводит к ограничению передачи давления в пласт и снижает вероятность возникновения дифферециального прихвата. Все компоненты заявляемого реагента легко удаляются при стандартных операциях по освоению скважин, в результате чего нарушение коллекторских свойств продуктивного пласта не происходит.
Таким образом, заявляемый комплексный реагент действительно является полифункциональным благодаря наличию комплекса смазочных, кольматирующих реагентов и реагентов, снижающих силу адгезии, и обеспечит в промысловых условиях снижение вероятности возникновения дифференциальных прихватов.
Таблица 1
№№ пп
Модифи-цированный продукт конденсации
Кольматирующая добавка
производные высших жирных кислот, получаемых при переработке древесных смол (САФ)
производные высших жирных кислот, получаемых при переработке нефтяных смол и гудронов
смесь диоксановых спиртов с массовой долей гидроксильных групп в пределах 15-36%
эфиры целлюлозы или их производные со степенью полимеризации не более 600
Предлагаемый реагент
1
36,0
20,0
-
44,0 Бурфлюб БТ
-
2
40,0
15,0
-
25,0 ДСПБ
20,0 КМЦ
3
52,0
-
25,0 Soltex
23,0 Бурфлюб БТ
-
4
55,0
-
10,0 Baratrol
25,0 Т-80
10,0 ПАЦ
5
67,0
28,5
-
4,5 Т-80
-
6
71,5
-
12,0 Soltex
16,5 ДСПБ
-
7
40,0
15,0
-
25,0 ДСПБ
20,0 КМЦ
8
Известная композиция по прототипу «Микан-40»
9
Известная композиция по аналогу ДСБ-МГК
Примечание: 1. В опыте 1 для приготовления продукта конденсации использовали жирные кислоты таллового масла и триэтаноламин в массовом соотношении 1:0,5; а для приготовления модифицированного продукта конденсации использовали продукт конденсации и неонол 9-12 в массовом соотношении 1:0,05. Температура конденсации в опыте 1-130°С, в опыте 4-150°С, время 1 час; Температура модификации в опыте 1-60°С, в опыте 4-80°С, время 2,5 часа;
2. В опыте 4 режимы соответствуют опыту 1, только в качестве этаноламинов использовали смесь моноэтаноламина с диэтаноламином в массовом соотношении 1:1.
3. В опытах 2 для приготовления продукта конденсации использовали жирные кислоты подсолнечного масла и диэтаноламин в массовом соотношении 1:0,6; а для приготовления модифицированного продукта конденсации использовали продукт конденсации и неонол 9-12 в массовом соотношении 1:0,1. Температура конденсации в опыте 2-140°С, в опыте 6-130°С, время 1,5 час; Температура модификации в опыте 2-70°С, в опыте 6-80°С, время 2,0 часа;
4. В опыте 6 режимы соответствуют опыту 3, только в качестве этаноламинов использовали смесь моноэтаноламина с триэтаноламином в массовом соотношении 1:1.
5. В опытах 3 и 5 для приготовления продукта конденсации использовали жирные кислоты масла соевого отработанного и моноэтаноламин в массовом соотношении 1:,0,2; а для приготовления модифицированного продукта конденсации использовали продукт конденсации и неонол 9-12 в массовом соотношении 1:0,2. Температура конденсации в опыте 3-130°С, в опыте 5-160°С, время 1 час; Температура модификации в опыте 3-60°С, в опыте 5-80°С, время 2,5 часа;
6. В опыте 7 режимы соответствуют опыту 2, только в качестве этаноламинов использовали смесь диэтаноламина с триэтаноламином в массовом соотношении 1:1.
Таблица 2
№
Состав исследованного раствора
К<sub>тр</sub>
К<sub>прихвата</sub>
Ф<sub>3,3МПа</sub>, см<sup>3</sup>
1
Исходный буровой раствор
0,223
0,206
25
2
Раствор 1 + реагент №1 табл.1
0,042
0
17
3
Раствор 1 + реагент №2 табл.1
0,035
0,077
13,5
4
Раствор 1 + реагент №3 табл.1
0,052
0
7,7
5
Раствор 1 + реагент №4 табл.1
0,038
0,025
8,0
6
Раствор 1 + реагент №5 табл.1
0,040
0,031
16,5
7
Раствор 1 + реагент №6 табл.1
0,046
0
15,8
8
Раствор 1 + реагент №7 табл.1
0,036
0,052
13,0
9
Раствор 1 + ДСБ-МГК табл.1
0,170
0,115
24
10
Раствор 1 + МИКАН-40 табл.1
0,125
0,162
20,5
Примечание: 1. Состав исходного раствора - малоглинистого бурового раствора МГБР: глинопорошок ППБ-5%, низковязкая ПАЦ - 0,3%, высоковязкая ПАЦ - 0,2%, KCl - 4%, NaCl - 11%, CaCl - 2%, техническая вода - остальное
2. Предлагаемый реагент в опыте 2 и 3 вводили в МГБР в количестве 0,5 мас.%; в опыте 5 - в количестве 0,7 мас.%; в опыте 4, 6, 7 и 8 - в количестве 1 мас.%.
3. Известные реагенты в опыте 9 и 10 вводили в МГБР в количестве 1 мас.%
Таблица 3
№
Состав раствора
Проницаемость диска
Объем фильтрата в см<sup>3</sup>, время в мин
Ф<sub>тех.воды</sub>
1
5
10
15
20
30
45
60
1
МГБР табл.2
10 Дарси
3,5
5,7
8
9,8
11,8
14,0
17,3
19,5
5,3
5 Дарси
2,5
4,5
6,5
8,4
10
12,4
15,5
18,5
4,5
0,4 Дарси
2
3,9
6,2
8
9,6
11,6
13,0
15
3,3
2
Раствор 1 + реагент №1 из табл.1
10 Дарси
2,4
4,3
6,0
7,8
8,8
11,7
14,3
15,8
3,5
5 Дарси
2,2
4,2
6,0
7,4
8,7
11
13,4
14,8
3,0
0,4 Дарси
1,6
3,2
5,5
7,0
8,6
10,4
11,5
12,2
2,9
3
Раствор 1 + реагент №2 из табл.1
10 Дарси
2
4
4,6
5,9
7
8,5
10,5
11,6
2,9
5 Дарси
1,5
3,2
4,3
5,3
6,5
8,1
9,5
10,7
2,7
0,4 Дарси
1,2
2,7
4
5
6,1
7,7
9.4
10
2,4
4
Раствор 1 + реагент №3 из табл.1
10 Дарси
1,5
3,5
4,2
5,5
6,5
8,0
10
11.2
2,7
5 Дарси
1,2
2,9
4
5
6,2
7,7
9,2
10,3
2,5
0,4 Дарси
1
2,5
3,8
4,8
5,8
7,4
8.9
9,6
2,3
5
Раствор 1 + реагент №4 из табл.1
10 Дарси
1,7
3,9
4,4
5,5
6,6
8,2
10,4
11,5
2,9
5 Дарси
1,4
2,7
4,1
5,2
6,4
8,0
9.4
10,6
2,2
0,4 Дарси
1
3
4
5,3
6,4
7,8
9,0
9,9
2,0
6
Раствор 1 + МГК-ДСБ
10 Дарси
3,5
5,6
7,8
9,6
11,5
13,5
16,8
18,5
5,0
5 Дарси
2,5
4,4
6,3
8,2
9,6
12
15
18
4,4
0,4 Дарси
2
3,8
6
7,8
9,3
11,2
12,7
14,6
3,2
7
Р-р1 + Микан-40
10 Дарси
2,5
4,5
6,2
8,0
9,0
11,8
14,4
16
4,2
5 Дарси
2,0
4,0
6.0
7,5
8,8
11
13,5
15
3,3
0,4 Дарси
1,7
3,4
5,7
7,3
8,8
10,6
11,7
12,5
3,0
Примечание: состав исходного раствора - глинопорошок ППБ-5%, низковязкая ПАЦ - 0,3%, высоковязкая ПАЦ - 0,2%, KCl - 4%, NaCl - 11%, CaCl - 2%, техническая вода -остальное; Ф<sub>тех.воды</sub> - объем технической воды, отфильтровавшийся через корку, созданную буровым раствором, за 30 мин.
Источники информации
1. Патент РФ №2367676.
2. Патент РФ №2236431.
3. Патент РФ №2302443.