БИОПОЛИМЕРНЫЙ БУРОВОЙ РАСТВОР СБК-UNI (PLUS)
BIOPOLYMER DRILLING MUD SBK-UNI (PLUS)

Изобретение относится к полимерным буровым растворам для бурения газовых и нефтяных скважин, в частности к биополимерным буровым растворам (БПБР), используемым при бурении скважин, в том числе горизонтальных, наклонно-направленных, а также для восстановления скважин бурением вторых стволов.
Известна промывочная жидкость, которая включает в мас. %: углещелочной реагент (гуматы щелочных металлов), которые выполняют функцию понизителя фильтрации, - 15; биополимер "энпосан" (на сухое вещество) - 0,2-05; вода - остальное (см. пат. Украины №47493, МПК 6 C09K 7/00, 7/01, опубл. 15.07.2002 г., Бюл. №7). Недостатком промывочной жидкости являются недостаточные структурно-реологические свойства, низкий показатель выносящей способности и отсутствие солестойкости.
Известен биополимерный буровой раствор, предназначенный для бурения наклонно-направленных и горизонтальных стволов скважин (патент России №2236429, МПК 7 C09K 7/02, опубл 20.09.2004 г.), который содержит, мас. %: ксантановый биополимер типа Flo-Vis - 0,3-0,5, гуматный реагент (порошковый углещелочной реагент - ПУЩР) - 10,5-15,0, воду - остальное. Недостатком данного раствора является низкая термостойкость (до 80°C) и низкая устойчивость к воздействию ионов поливалентных металлов.
2
l2
Известен биополимерный буровой раствор (ПРОТОТИП) (патент РФ №2289603, МПК C09K 8/10 от 13.04.2005 опубл. 20.12.2006), содержащий полимерный понизитель фильтрации, биополимер ксантанового типа, поверхностно-активное вещество, смазочную добавку и воду, в качестве поверхностно-активного вещества и смазочной добавки этилендиамиды жирных кислот - продукт конденсации этилендиамина и фосфатидного концентрата, в качестве полимерного понизителя фильтрации - полианионную целлюлозу, или карбоксиметилцеллюлозу, или карбоксиметилокси-этилцеллюлозу, или оксиэтилцеллюлозу, или гидролизованный полиакрилонитрил и дополнительно - гуматы щелочных металлов - углещелочной реагент УЩР или гуматно-калиевый реагент ГКР и соли щелочных и/или щелочноземельных металлов - KCl, NaCl, CaCl, MgC, бишофит при следующем соотношении компонентов, мас. %: указанный понизитель фильтрации 0,1-1,0,биополимер ксантанового типа 0,2-0,5, указанные этилендиамиды жирных кислот 0,05-3,0, УЩР или ГКР 3,0-6,0, указанные соли 3,0-40,0, вода остальное.
Недостатком данного раствора являются недостаточные структурно-реологические свойства, а именно не высокая удерживающая, выносящая, смазочная и ингибирующая способность.
Задачей заявляемого технического решения является получение высокоингибирующего состава бурового раствора с минимальным содержанием твердой фазы для вскрытия продуктивных пластов (в том числе и горизонтальными скважинами) в неустойчивых отложениях, обладающего высокой удерживающей, выносящей, смазочной и ингибирующей способностью, удовлетворяющего высоким экологическим требованиям к сохранению окружающей природной среды.
Техническим результатом изобретения является улучшение структурно-реологических свойств биополимерного бурового раствора (БПБР), обеспечивающего повышенную удерживающую и транспортирующую способность, при одновременном сохранении фильтрационных свойств.
Технический результат достигается тем, что биополимерный буровой раствор содержит полимерный понизитель фильтрации - карбоксиметилцеллюлозу, биополимер ксантанового типа, смазочную добавку и воду, при этом карбоксиметилцеллюлоза имеет степень замещения 300-1300 и использована в виде двух типов карбоксиметилцеллюлоз с различной степенью замещения в соотношении 1:1, реагент гликойл в качестве смазочной добавки и дополнительно разнофракционный утяжелитель - сернокислый барий, бактерицид и гидроксид натрия при следующем соотношении компонентов, мас. %:
Биополимер ксантанового типа(ксантановый реагент)
0,2-0,5
Карбоксиметилцелюллоза со степенью замещения 300-1300
2,4-3,2
Разнофракционный утяжелитель - сернокислый барий
до 40,0
Бактерицид
0,01-0,2
Реагент гликойл
0,5-1,0
Гидроксид натрия
0,01-0,06
Вода
остальное
3
При этом буровой раствор имеет удельный вес 1020-1350 кг/м.
Компоненты заявляемого биополимерного бурового раствора
В качестве ксантанового реагента может использоваться любой полисахарид на основе ксантана.
Полимер ксантанового ряда - природный высокомолекулярный полисахарид, повышающий выносящую способность раствора (ксантановая смола, Кет X, поликсан, гаммаксан).
Биополимеры ксантанового типа представляют собой водорастворимые порошковые полисахариды, полученные обработкой бактериями типа «ксантаномас» - «Barazan D» (ксантановый реагент - Halliburton/Baroid)
Карбоксиметилцеллюлоза (КМЦ) - понизитель фильтрации - анионоактивный полимерный реагент
КМЦ-9н (степень замещения 400 - ЗАО «Полицелл»). КМЦ-9 В (степень замещения 1000 - ЗАО «Полицелл»). КМЦ не обладает токсическим и раздражающим действием (см. ТУ 2231-001-50664923-2005).
Разнофракционный утяжелитель (сернокислый барий) - белый порошок (или прозрачный кристалл), практически нерастворим в воде (растворимость 0,0015 г/л при 18°C) и других растворителях, кристаллическое вещество(ОАО «Барит Урала)
Бактерицид (ЛПЭ-32 - НПО «Технолог») - обеспечивает полное подавление сульфатвосстанавливающих бактерий, полная растворимость в воде исключает загрязнение нефти и обеспечивает эффективное обеззараживание адгезионных форм бактерий в застойных зонах. Бактерицид относится к 3 классу опасности, и при использовании его нужно соблюдать меры предосторожности (см. ТУ 2458-324-05765670-2008).
Ингибитор (смазочная добавка на основе гликолей): гликойл - органический ингибитор глин, улучшающий смазывающие свойства раствора, (ТУ 0252-001-93231287-2006).
Реагент гликойл ПГ-40 (ОАО «Нижнекамскнефтехим») представляет собой олигомер окиси этилена (пропилена), полученный щелочной полимеризацией окиси этилена (пропилена), ТУ 2422-130-05766801-2003.
Гидроксид натрия NaOH - едкий натр относится ко второму классу опасности (см. ГОСТ2263-79) (ОАО «Сода»).
Биополимерный буровой раствор СБК-UNI (PLUS) имеет экологические преимущества раствора на водной основе.
Биополимерный буровой раствор СБК-UNI (PLUS) может готовиться как на пресной воде, так и на жидкости с высокой минерализацией.
Заявляемое изобретение показано на примерах, описанных ниже.
Узел для приготовления бурового раствора должен включать емкость (блок приготовления раствора), оборудованную механическими перемешивателями и эжектором для ввода сыпучих реагентов.
Пример 1
3
3
Способ приготовления 1 м бурового раствора с плотностью 1120 кг/м с концентрацией биополимера «Barazan D» (ксантановый реагент - Halliburton/Baroid) 0,2% мас. заключается в следующем.
3
3
Для приготовления 1 м бурового раствора с плотностью 1120 кг/м(на пресной основе) последовательно вводятся следующие реагенты в процентном соотношении:
Barazan D (биополимер ксантанового типа)
0,2%
(ксантановый реагент - Halliburton/Baroid)
КМЦ-9н (степень замещения 400 - ЗАО «Полицелл»)
1,2%
(Карбоксиметилцелюллоза)
КМЦ-9В (степень замещения 1000 - ЗАО «Полицелл»)
1,2%
(Карбоксиметилцелюллоза)
Баритовый утяжелитель (ОАО «Барит Урала»)
21,0%
Бактерицид (ЛПЭ-32 - НПО «Технолог»)
0,01%
Реагент гликойл ПГ-40 (ОАО «Нижнекамскнефтехим»
1,0%
(Ингибитор - смазочная добавка на основе гликолей)
NaOH (ОАО «Сода»)
0,01%
Вода
75,38%
Реагенты вводят последовательно в указанном порядке, причем Barazan D, КМЦ-9н и КМЦ-9в вводят через эжектор с интервалом 15 мин на 1 мешок реагента. В противном случае возможно образование полимерных комков, которые в дальнейшем не смогут полностью распуститься.
Пример 2
3
Способ приготовления 1 м бурового раствора с плотностью 1350 кг/м с концентрацией биополимера «Barazan D» (ксантановый реагент- Halliburton/Baroid) 0,5% мас. заключается в следующем.
3
3
Для приготовления 1 м бурового раствора с плотностью 1350 кг/м(на пресной основе) последовательно вводятся следующие реагенты в процентном соотношении:
Barazan D (биополимер ксантанового типа)
0,5%
(ксантановый реагент - Halliburton/Baroid)
КМЦ-9н (степень замещения 400 - ЗАО «Полицелл»)
1,6%
(Карбоксиметилцелюллоза)
КМЦ-9В (степень замещения 1000 - ЗАО «Полицелл»)
1,6%
(Карбоксиметилцелюллоза)
Баритовый утяжелитель (ОАО «Барит Урала»)
40,0%
Бактерицид (ЛПЭ-32 - НПО «Технолог»)
0,2%
Реагент гликойл ПГ-40 (ОАО «Нижнекамскнефтехим»
0,5%
(Ингибитор - смазочная добавка на основе гликолей)
NaOH (ОАО «Сода»)
0,06%
Вода
55,54%
Реагенты вводят последовательно в указанном порядке, причем Barazan D, КМЦ-9н и КМЦ-9в вводят через эжектор с интервалом 15 мин на 1 мешок реагента. В противном случае возможно образование полимерных комков, которые в дальнейшем не смогут полностью распуститься.
Пример 3
3
3
Способ приготовления 1 м бурового раствора с плотностью 1350 кг/м с концентрацией биополимера «Barazan D» (ксантановый реагент - Halliburton/Baroid) 0,5% мас. заключается в следующем.
3
3
3
Для приготовления 1 м бурового раствора с плотностью 1350 кг/м (на минерализованной основе - пластовой воде, плотностью 1060 кг/м) последовательно вводятся следующие реагенты в процентном соотношении:
Barazan D (биополимер ксантанового типа)
0,5%
(ксантановый реагент- Halliburton/Baroid)
КМЦ-9н (степень замещения 400 - ЗАО «Полицелл»)
1,6%
(Карбоксиметилцелюллоза)
КМЦ-9В (степень замещения 1000 - ЗАО «Полицелл») 1,6%
(Карбоксиметилцелюллоза)
Баритовый утяжелитель (ОАО «Барит Урала»)
35,0%
Бактерицид (ЛПЭ-32 - НПО «Технолог»)
0,2%
Реагент гликойл ПГ-40 (ОАО «Нижнекамскнефтехим»
0,5%
(Ингибитор - смазочная добавка на основе гликолей)
NaOH (ОАО «Сода»)
0,06%
Вода
60,54%
Реагенты вводят последовательно в указанном порядке, причем Barazan D, КМЦ-9н и КМЦ-9в вводят через эжектор с интервалом 15 мин на 1 мешок реагента. В противном случае возможно образование полимерных комков, которые в дальнейшем не смогут полностью распуститься.
Пример 4
3
3
Способ приготовления 1 м бурового раствора с плотностью 1120 кг/м с концентрацией биополимера «Barazan D» (ксантановый реагент - Halliburton/Baroid) 0.2% мас. заключается в следующем.
3
3
Для приготовления 1 м бурового раствора с плотностью 1120 кг/м (на минерализованной основе - пластовой воде, плотностью 1060 кг/м3) последовательно вводятся следующие реагенты в процентном соотношении:
Barazan D (биополимер ксантанового типа)
0,2%
(ксантановый реагент - Halliburton/Baroid)
КМЦ-9н (степень замещения 400 - ЗАО «Полицелл»)
1,2%
(Карбоксиметилцелюллоза)
КМЦ-9В (степень замещения 1000 - ЗАО «Полицелл»)
1,2%
(Карбоксиметилцелюллоза)
Баритовый утяжелитель (ОАО «Барит Урала)
10,0%
Бактерицид (ЛПЭ-32 - НПО «Технолог»)
0,01%
Реагент гликойл ПГ-40 (ОАО «Нижнекамскнефтехим»
1,0%
(Ингибитор - смазочная добавка на основе гликолей)
NaOH (ОАО «Сода»)
0,01%
Вода
86,38%
Реагенты вводят последовательно в указанном порядке, причем Barazan D, КМЦ-9н и КМЦ-9в вводят через эжектор с интервалом 15 мин на 1 мешок реагента.
В противном случае возможно образование полимерных комков, которые в дальнейшем не смогут полностью распуститься.
Пример 5
3
3
Способ приготовления 1 м бурового раствора с плотностью 1120 кг/м с концентрацией биополимера «Barazan D» (ксантановый реагент - Halliburton/Baroid) 0,1% мас. заключается в следующем.
3
3
Для приготовления 1 м бурового раствора с плотностью 1120 кг/м (на пресной основе) последовательно вводятся следующие реагенты в процентном соотношении:
Barazan D (биополимер ксантанового типа)
0,1%
(ксантановый реагент - Halliburton/Baroid)
КМЦ-9н (степень замещения 400 - ЗАО «Полицелл»)
1,2%
(Карбоксиметилцелюллоза)
КМЦ-9В (степень замещения 1000 - ЗАО «Полицелл»)
1,2%
(Карбоксиметилцелюллоза)
Баритовый утяжелитель (ОАО «Барит Урала)
21,0%
Бактерицид (ЛПЭ-32 - НПО «Технолог»)
0,01%
Реагент гликойл ПГ-40 (ОАО «Нижнекамскнефтехим»
1,0%
(Ингибитор - смазочная добавка на основе гликолей)
NaOH (ОАО «Сода»)
0,01%
Вода
75,48%
Реагенты вводят последовательно в указанном порядке, причем Barazan D, КМЦ-9н и КМЦ-9в вводят через эжектор с интервалом 15 мин на 1 мешок реагента. В противном случае возможно образование полимерных комков, которые в дальнейшем не смогут полностью распуститься.
Пример 6
3
3
Способ приготовления 1 м бурового раствора с плотностью 1350 кг/м с концентрацией биополимера «Barazan D» (ксантановый реагент - Halliburton/Baroid) 0,6% мас. заключается в следующем.
3
3
Для приготовления 1 м бурового раствора с плотностью 1350 кг/м (на пресной основе) последовательно вводятся следующие реагенты в процентном соотношении:
Barazan D (биополимер ксантанового типа)
0,6%
(ксантановый реагент - Halliburton/Baroid)
КМЦ-9н (степень замещения 400 - ЗАО «Полицелл»)
1,6%
(Карбоксиметилцелюллоза)
КМЦ-9В (степень замещения 1000 - ЗАО «Полицелл»)
1,6%
(Карбоксиметилцелюллоза)
Баритовый утяжелитель (ОАО «Барит Урала»)
40,0%
Бактерицид (ЛПЭ-32 - НПО «Технолог»)
0,2%
Реагент гликойл ПГ-40 (ОАО «Нижнекамскнефтехим»
0,5%
(Ингибитор - смазочная добавка на основе гликолей)
NaOH (ОАО «Сода»)
0,06%
Вода
55,44%
Реагенты вводят последовательно в указанном порядке, причем Barazan D, КМЦ-9н и КМЦ-9в вводят через эжектор с интервалом 15 мин на 1 мешок реагента. В противном случае возможно образование полимерных комков, которые в дальнейшем не смогут полностью распуститься.
Пример 7
3
3
Способ приготовления 1 м бурового раствора с плотностью 1120 кг/м с концентрацией биополимера «Barazan D» (ксантановый реагент - Halliburton/Baroid) 0,1% мас. заключается в следующем.
3
3
3
Для приготовления 1 м бурового раствора с плотностью 1120 кг/м (на минерализованной основе - пластовой воде, плотностью 1060 кг/м) последовательно вводятся следующие реагенты в процентном соотношении:
Barazan D (биополимер ксантанового типа)
0,1%
(ксантановый реагент - Halliburton/Baroid)
КМЦ-9н (степень замещения 400 - ЗАО «Полицелл»)
1,2%
(Карбоксиметилцелюллоза)
КМЦ-9В (степень замещения 1000 - ЗАО «Полицелл»)
1,2%
(Карбоксиметилцелюллоза)
Баритовый утяжелитель (ОАО «Барит Урала»)
10,0%
Бактерицид (ЛПЭ-32 - НПО «Технолог»)
0,01%
Реагент гликойл ПГ-40 (ОАО «Нижнекамскнефтехим»
1,0%
(Ингибитор - смазочная добавка на основе гликолей)
NaOH (ОАО «Сода»)
0,01%
Вода
86,48%
Реагенты вводят последовательно в указанном порядке, причем Barazan D, КМЦ-9н и КМЦ-9в вводят через эжектор с интервалом 15 мин на 1 мешок реагента.
В противном случае возможно образование полимерных комков, которые в дальнейшем не смогут полностью распуститься
Пример 8.
3
3
Способ приготовления 1 м бурового раствора с плотностью 1350 кг/м с концентрацией биополимера «Barazan D» (ксантановый реагент - Halliburton/Baroid) 0,6% мас. заключается в следующем.
3
3
3
Для приготовления 1 м бурового раствора с плотностью 1350 кг/м (на минерализованной основе - пластовой воде, плотностью 1060 кг/м) последовательно вводятся следующие реагенты в процентном соотношении:
Barazan D (биополимер ксантанового типа)
0.6%
(ксантановый реагент - Halliburton/Baroid)
КМЦ-9н (степень замещения 400 - ЗАО «Полицелл»)
1,6%
(Карбоксиметилцелюллоза)
КМЦ-9В (степень замещения 1000 - ЗАО «Полицелл»)
1,6%
(Карбоксиметилцелюллоза)
Баритовый утяжелитель (ОАО «Барит Урала)
35,0%
Бактерицид (ЛПЭ-32 - НПО «Технолог»)
0,2%
Реагент гликойл ПГ-40 (ОАО «Нижнекамскнефтехим»
0,5%
(Ингибитор - смазочная добавка на основе гликолей)
NaOH (ОАО «Сода»)
0,06%
Вода
60,44%
Реагенты вводят последовательно в указанном порядке, причем Barazan D, КМЦ-9н и КМЦ-9в вводят через эжектор с интервалом 15 мин на 1 мешок реагента. В противном случае возможно образование полимерных комков, которые в дальнейшем не смогут полностью распуститься.
Свойства биополимерного бурового раствора СБК-UNI(PLUS) замеряли по методике API R.P. 13В-1 (методика контроля параметров бурового раствора на водной основе).
В таблице 1 приведены примеры приготовления биополимерного бурового раствора при различных концентрациях компонентов и данные о смазочных, ингибирующих, противоприхватных свойствах биополимерного бурового раствора при различных концентрациях компонентов.
В таблице 1а приведены примеры, с граничными минимальным и максимальным содержанием биополимера.
В таблице 2 приведены сравнительные параметры заявляемого биополимерного бурового раствора CEK-UNI(PLUS) с параметрами ближайшего аналога (прототипа).
БП - биополимер,
КМЦ - карбоксилметилцеллюлоза
ρ - плотность
Т - условная вязкость
Ф - фильтруемость
PV - пластическая вязкость
AV - кажущаяся вязкость
YP - динамическое напряжение сдвига
10 сек/10 мин
GelsAPI  - статическое напряжение сдвига.
Из таблицы 2 видно, что заявляемый биополимерный буровой раствор обладает лучшими структурно-реологическими свойствами.
Из вышеприведенных примеров видно, что оптимальные концентрации полимеров составляют 0,2-0,5%. При изменении концентраций раствор не обладает необходимыми требованиями. Увеличение концентрации биополимера свыше 0,5% нецелесообразно, так как увеличивается расход химреагентов, а структурно-реологические и фильтрационные свойства существенно не улучшаются.
3
При этом превышении количества сернокислого бария свыше 40% плотность раствора будет выше 1,35 г/см3; при превышении количеств ксантанового реагента и карбоксиметилцеллюлозы свыше 1,6% реологические параметры будут превышены (условная вязкость, статическое и динамическое напряжение сдвига). Избыточная концентрация бактерицида никакого влияния не оказывает, только приводит к удорожанию раствора. Превышение указанных значений ингибитора не приводит к вредному влиянию, а только к удорожанию 1 м бурового раствора.
Основным преимуществом биополимерных растворов является их способность обладать свойствами твердого тела при низких скоростях сдвига и при нахождении в покое и свойствами жидкости при высоких скоростях. Эти свойства биополимерного раствора характеризует его вязкость при низких скоростях сдвига
Коэффициент восстановления проницаемости характеризует степень влияния бурового раствора на коллекторские свойства продуктивного пласта.
Низкое значение давления отрыва фильтрационной корки при освоении позволяет использовать биополимерный буровой раствор СБК-UNI (PLUS) для вскрытия продуктивных пластов.
Биополимерный буровой раствор СБК-UNI(PLUS) обладает превосходными ингибирующими способностями, обеспечивает высокую скорость проходки, сокращает время простоя, гарантирует стабильность скважины и способствует эффективному удалению шлама - и все это при минимальном воздействии на окружающую среду и адекватной стоимости.
При применении биополимерного бурового раствора СБК-UNI(PLUS) на месторождениях были отмечены низкий коэффициент разбавления и возможность приготовления раствора из экологически безопасных реагентов.
При использовании биополимерного бурового раствора СБК-UNI(PLUS) в раствор поступают ингибированные частицы шлама номинального размера, что способствует превосходной работе оборудования очистки и существенно облегчает оценку свойств пласта. Поддерживается крайне низкое содержание выбуренного шлама, благодаря чему сокращается коэффициент разбавления и затраты на утилизацию отходов бурения.
Приготовление и очистка бурового раствора в процессе проводки скважины осуществляется стандартным оборудованием
Биополимерный буровой раствор СБК-LINI(PLUS) имеет экологические преимущества раствора на водной основе. Он может готовиться как на пресной воде, так и на жидкости с высокой минерализацией.
Он свойственен раствору на углеводородной основе при экологических преимуществах раствора на водной основе.
Сравнительно небольшое количество компонентов, используемых для приготовления биополимерного бурового раствора СБК-UNI(PLUS), предоставляет большую свободу для конкретного применения.
Небольшое количество компонентов также означает легкость обслуживания системы и снижение общей стоимости раствора.
Заявляемое техническое решение соответствует критерию «новизна» и «изобретательский уровень», так как в данной области техники не выявлено аналогичных решений, и оно явным образом не является очевидным для специалиста.
Заявляемое техническое решение соответствует критерию «промышленная применимость», так как заявляемый биополимерный буровой раствор может быть получен из известных средств и известными способами.