Безглинистый поликатионный буровой раствор
CLAY FREE POLYCATIONIC DRILLING FLUID

Изобретение относится к буровым растворам на водной основе, а именно к поликатионным буровым растворам, и может найти применение при бурении глинистых и продуктивных отложений и капитальном ремонте скважин с низкими пластовыми, давлениями на нефтяных и газовых месторождениях.
Известны различные ингибирующие буровые растворы - кальциевые, калиевые, силикатные, гликолевые и др. (например, Кистер Э.Г., «Химическая обработка буровых растворов», М., «Недра», 1972, 392 стр.).
Недостатком известных составов является многокомпонентность, высокая плотность и низкая эффективность при бурении глинистых и продуктивных отложений.
Известен буровой раствор, включающий глинопорошок, катионный полиэлектролит Полидадмах, гидрооксиэтилцеллюлозу и воду (RU 2567579 С1, МПК, С09К 8/24, ООО "Научно-исследовательский институт природных газов и газовых технологий - Газпром ВНИИГАЗ" (RU), опубл. 11.10.2015).
Недостатком известного состава является содержание глинопорошка и высокая плотность раствора, что не позволяет его использовать при бурении продуктивных отложений и при капитальном ремонте скважин с низкими пластовыми давлениями на нефтяных и газовых месторождениях.
Технической задачей, на решение которой направлено заявленное техническое решение, является создание безглинистого поликатионного бурового раствора, обладающего низкой плотностью, что позволяет использовать его при бурении продуктивных отложений, а также при ремонте скважин с низкими пластовыми давлениями на месторождениях.
Техническим результатом, на достижение которого направлено заявленное техническое решение, является повышение ингибирующей способности бурового раствора, а также повышение экологичности бурового раствора.
Указанный технический результат достигается за счет создания поликатионного бурового раствора, включающего в себя мел, крахмал, биополимер, поливинилпирролидон, катионный полимер, многоатомный спирт, низкомолекулярный электролит, облегчающую добавку и воду, причем в качестве катионного полимера буровой раствор содержит Силфок-2540С, в качестве многоатомного спирта - пропиленгликоль, в качестве облегчающей добавки - жидкий парафин, а в качестве низкомолекулярного электролита - ацетат аммония, при этом соотношение компонентов (мас.%) следующее:
В заявленном буровом растворе мел используется в качестве кольматанта.
Биополимер используется для управления структурными и реологическими показателями бурового раствора. Снижение показателя фильтрации обеспечивается за счет комплексного использования катионного полимера Силфок-2540С вместе с крахмалом.
Важную роль в управлении ингибирующих свойств поликатионного бурового раствора при сохранении его низкой плотности играют низкомолекулярный электролит, в качестве которого выбран ацетат аммония, и многоатомный спирт, в качестве которого берут пропиленгликоль. Кроме того, благодаря содержанию ацетата аммония достигается растворение полиэлектролитных комплексов. Предпочтительность ацетата аммония в сравнении с распространенными солями хлорида натрия, калия и другими объясняется низкой плотностью водных растворов ацетата аммония (пример таких растворов приведен в Таблице 1).
К сведению, для использования в заявленном поликатионном буровом растворе рекомендуется ацетат аммония ГОСТ 3117-78, но также возможно и использование ацетата аммония импортного производства.
Основной функцией жидкого парафина, как облегчающей добавки, является улучшение смазывающих свойств, снижение плотности бурового раствора и улучшение крепящих свойств раствора при бурении в глинистых отложениях. Для усиления крепящих свойств раствора также полезно использование гидрофобных кольматантов, таких как, например, битум и органофильный бентонит.
3
10
13
Низкая плотность 740-770 кг/м жидкого парафина с фракционным составом С-С марок А и Б, выпускаемых по ТУ 0255-043-04689375-95, позволяет их использовать в качестве облегчающей добавки в буровые растворы с водной дисперсионной средой.
10
13
К тому же, жидкий парафин относится к 4-му классу опасности, обладает высокой температурой вспышки и самовоспламенения, низкой температурой застывания и является доступной жидкостью, выпускаемой отечественной промышленностью. Характеристики жидких парафинов с фракционным составом С-С марок А и Б по ТУ 0255-043-04689375-95 приведены в таблице 2.
10
13
3
Температура застывания жидкого парафина, с фракционным составом С-С составляет минус 15-20 градусов. Плотность варьирует при 20°С в диапазоне 740-760 кг/м.
Поливинилпирролидон представляет собой высокомолекулярное соединение со следующей структурной формулой:
Выпускается поливинилпирролидон Санкт-Петербургским ООО «Оргполимерсинтез СПБ».
Поливинилпирролидон это неионный полимер, хорошо совместим с катионными реагентами, уменьшает скорость гидратообразования за счет замедления нуклеации гидратных кристаллов, поэтому используется для снижения рисков гидратообразования и соединений включений с прочными межмолекулярными связями, а также для улучшения ингибирующих свойств раствора,
6
6
5
5
5
5
Исследованы образцы поливинилпироллидона, выпускаемые в жидком виде Санкт-Петербургским ООО «Оргполимерсинтез СПБ». Это конкрепол марки «ВЦ», изготовленный по ТУ 20.16.52-001-13802623-2018 с молекулярной массой 1*10-2,5*10 и концентрацией основного вещества 12,35% (Таблица 3), импирон марок «V1000» и «V500», изготовленных по ТУ 9365-005-98540320-2014 с молекулярными массами 2,1*10-2,5*10 и 1,3*10-1,8*10 соответственно и концентрацией 29,50 (Таблица 4).
Следует отметить, что поливинилпироллидон даже при многократном замораживании и размораживании сохраняет свои функциональные характеристики. После размораживания реагента рекомендуется его перемешивание перед вводом в буровой раствор.
Заявляемый буровой раствор является одной из модификаций поликатионного бурового раствора Катбурр.
Безглинистый поликатионный буровой раствор готовят следующим образом: набирают воду и при перемешивании последовательно вводят биополимер, мел, крахмал, ацетат аммония, пропиленгликоль, жидкий парафин, поливинилпирролидон и Силфок-2540С в необходимом количестве (Таблица 5).
Результаты исследований по влиянию компонентов на технологические показатели (ДНС - динамическое напряжение сдвига, СНС - статическое напряжение сдвига, ПВ -показатель вязкости, ПФ - показатель фильтрации) бурового раствора приведены в таблице 5.
Из таблицы 5 видно, что при концентрациях компонентов менее: биополимера (БП) 0,3%, крахмала 0,9%, кольматанта мела 2,3%, поливинилпирролидона (ПВП) 0,8%, пропиленгликоля (ПГ) 3,8%, жидкого парафина (ЖП) 7,7%, ацетата аммония 4,6% и Силфок-2540С 3,0%, технологические показатели раствора имеют неудовлетворительные значения (п.3). Увеличение концентраций компонентов более: БП 0,4%, крахмала 1,7%, кольматанта мела 3,3%, ПВП 1,3%, ПГ 6,6%, ЖП 9,9%, ацетата аммония 6,6% и Силфок-2540С 4,0%, приводит к перерасходу реагентов, к тому же при этом наблюдается рост реологических показателей раствора до высоковязкой консистенции (п.8).
Высоковязкая консистенция бурового раствора приводит к возрастанию реологических показателей до неприемлемых значений: ухудшается прокачиваемость раствора, возрастают гидравлические потери и давление на стояке и т.д.
Также, как видно из таблицы 5, при соотношении компонентов раствора в диапазоне: биополимер (БП) 0,3-0,4 мас.%, крахмал 0,9-1,7 мас.%, кольматант (мел) 2,3-3,3 мас.%, поливинилпирролидон (ПВП) 0,8-1,3 мас.%, пропиленгликоль (ПГ) 3,8-6,6 мас.%, жидкий парафин (ЖП) 7,7-10,0 мас.%, ацетат аммония 4,6-6,6 мас.% и Силфок-2540С 3,0-4,0 мас.%, технологические показатели раствора имеют удовлетворительные значения (пп. 4-7).
Использование заявленного поликатионного бурового раствора обеспечивает высокое качество бурения продуктивных отложений за счет низкой плотности бурового раствора, а также ремонт скважин с низкими пластовыми давлениями.