БУРОВОЙ РАСТВОР
DRILLING MUD

Изобретение относится к технологиям приготовления буровых растворов и может быть использовано в нефтедобывающей промышленности.
Известны глинистые буровые растворы на водной основе, в которые с целью повышения эксплуатационных характеристик вводятся специальные добавки, например, КССБ-4; комплексную соль (патент РФ №2103311, С09К 7/00, опубл. 27.01.1998); каустическую соду, многофункциональные ПАВы, специальный полимер (патент РФ №2231534, С09К 7/02, опубл. 27.06.2004); крахмал, КССБ, УЩР, ФХЛС, нитролигнин, талловый пек, электролиты, маслосодержащую присадку ЯМР-1, хромпик и др. (патент РФ №2027734, С09К7/06, опубл. 27.01.1995).
Недостатки известных составов заключаются в том, что одни, решая вопросы стабилизации раствора по солестойкости, ухудшают свойства буровых растворов по формированию пены, другие, напротив, не применимы в минерализованных средах, третьи имеют сложную технологию приготовления или содержат дорогостоящие компоненты.
Наиболее близким по технической сущности и технологическому эффекту является глинистый буровой раствор на водной основе, содержащий нефть, сульфонол, реагент-стабилизатор - амидированный стиромаль (авт.св. 956539, С09К 7/02).
Недостатками прототипа являются относительно большие значения статического напряжения сдвига, что может приводить к осложнениям в процессе бурения (прихват бурового инструмента), дороговизна применяемых реагентов.
Задача изобретения состоит в разработке бурового раствора, обладающего низкими показателями величины статического напряжения сдвига и водоотдачи, высокими значениями вязкости и солестойкости при одновременном уменьшении себестоимости приготовления бурового раствора.
Поставленная задача решается тем, что буровой раствор на водной основе, включающий глину и стабилизирующий полимер, согласно изобретению, в качестве стабилизирующего полимера содержит модифицированный стиромаль, представляющий собой продукт радикальной сополимеризации стирола с малеиновым ангидридом в среде осушенного бензола, модифицированный путем его сшивания, аммонолиза и переамидирования в течение 3-4 часов, с последующей нейтрализацией оставшихся бензола и малеиновой кислоты раствором едкого натра, содержащий звенья стирола, малеинового ангидрида и звенья последнего, подвергшиеся модификации, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
глинопорошок
8,0
модифицированный стиромаль
0,1-0,25
вода
остальное
При этом модифицированный стиромаль имеет следующую структурную формулу:
Буровой раствор готовится путем предварительного растворения модифицированного стиромаля в технической воде с последующим гидроразмывом глинопорошка в специальной емкости.
Стиромаль представляет собой продукт радикальной сополимеризации стирола с малеиновым ангидридом в среде осушенного бензола.
Модификацию стиромаля осуществляли путем его сшивания, аммонолиза и переамидирования в течение 3-4 часов, с последующей нейтрализацией оставшихся бензола и малеиновой кислоты раствором едкого натра. В состав полимерной цепи входят звенья как стирола и малеинового ангидрида, так и звенья последнего, подвергшиеся модификации.
В начале раствор стиромаля в бензоле нагревали до кипения в атмосфере азота и добавляли смесь этиленгликоля, диэтиленгликоля, пропиленгликоля (мольное соотношение 1:0,2:0,05, соответственно; общая мольная доля 5%). Процесс сшивания полимерных молекул продолжают 4-4,5 часа. Схема процесса представлена на фигуре. Не прекращая нагрева и перемешивания, в реакционную смесь подают газообразный аммиак. Аммонолиз и переамидирование ведут 3-4 часа до образования хорошо набухающего в воде продукта. Набухание продукта определяли визуально. Для этого отбирали пробы, высушивали их воздухом до порошкообразного состояния, растворяли в дистиллированной воде и выдерживали 1 час. Гель должен быть прозрачным или слегка опалесцирующим и не должен выпадать в осадок. В процессе сшивания между макромолекулами образуются межмолекулярные сшивки-мостики, придающие продукту свойства геля. Они могут быть двух видов: сложноэфирного и амидного. Сложноэфирные фрагменты образуются в ходе процесса сшивания, а амидные - на стадии аммонолиза и последующего переамидирования. Стиромаль в патенте-прототипе имеет только амидные группы.
Модифицированный стиромаль имеет пространственную сетчатую структуру, в воде не растворяется (в отличие от амидированного стиромаля, использованного в прототипе), а сильно набухает за счет наличия межмолекулярных сложноэфирных сшивок, которые обеспечивают гибкость геля благодаря этиленовым и пропиленовым группировкам-мостикам, образующимся в ходе алкоголиза стиромаля. Образующийся в процессе аммонолиза модифицированный стиромаль способен выдерживать температуры до 190-195°С.
Пример 1. Для проведения опыта готовились глинистые буровые растворы без добавок, а также буровые растворы в соответствии с заявляемым составом (мас.%: глинопорошок - 8; модифицированный стиромаль - 0,19; вода - остальное) и прототипом. Сравнительный анализ полученных буровых растворов проводили по стандартным показателям, применяемым для определения качества буровых растворов: условная вязкость, водоотдача и статическое напряжение сдвига через 1 и 10 мин [РД 39-2-645-81 Методика контроля параметров буровых растворов]. Повторность опыта пятикратная. Результаты исследований представлены в табл. 1.
Как видно из табл. 1, буровой раствор, приготовленный в соответствии с заявляемым составом, обладает более низкими показателями величины статического напряжения сдвига и водоотдачи, высокими значениями вязкости и солестойкости по сравнению с глинистыми буровыми растворами и образцами, приготовленными в соответствии с рекомендациями, указанными в прототипе.
Пример 2. Опыт ставился по схеме примера 1. Готовились буровые растворы в соответствии с составом заявляемой смеси, с различным процентным соотношением входящих компонентов (табл. 2).
Сравнительный анализ полученных образцов проводили по основным показателям, указанным в примере 1. Результаты представлены в табл. 3.
Как видно из табл. 3, с увеличением доли модифицированного стиромаля в смеси, наблюдается повышение значения удельной вязкости, при этом значения статического напряжения сдвига практически не изменяются, однако наблюдается некоторое увеличение величины водоотдачи.
Таким образом, на основании полученных данных, можно сделать выводы о том, что оптимальным является следующий состав бурового раствора, мас.%: глинопорошок - 8,0; модифицированный стиромаль - 0,1-0,25; вода - остальное.