Катионный буровой раствор для бурения неустойчивых глинистых пород
CATION DRILLING MUD FOR UNSTABLE CLAY ROCKS DRILLING

Изобретение относится к буровым растворам на водной основе и может найти применение при бурении нефтяных и газовых скважин, преимущественно при бурении неустойчивых набухающих пластичных глин и аргиллитов.
Из уровня техники известен ингибирующий буровой раствор для бурения в неустойчивых глинистых породах (патент RU №2327725 С2, кл. C09K 8/20, 27.06.2008), содержащий солестойкую глину, хлорид калия, гидроксид бария, крахмал, конденсированную сульфит-спиртовую барду КССБ или окзил и воду, в котором в качестве полимера содержится оксиэтилцеллюлоза ОЭЦ при соотношении компонентов, мас. %:
Солестойкая глина
5-10
Хлорид калия
5-30
Гидроокись бария
5-10
Крахмал
2-3.
КССБ или Окзил
5-6
ОЭЦ
0,75-1,5
Вода
Остальное
Известный раствор обладает повышенной прочностью и водоустойчивостью глинистых пород, однако он имеет недостаток, который заключается в многокомпонентности и высоких фильтрационных свойствах раствора.
Известен буровой раствор, включающий воду, глинопорошок и понизитель фильтрации полиэлектролит ВПК-402 (патент RU №2492208 С2, C09K 8/24, опубл. 10.09.2013), при следующем соотношении компонентов, мас. %:
Глинопорошок
5-8
ВПК-402
7-15
Вода
Остальное
Недостаток известного состава состоит в высоких фильтрационных свойствах раствора. Использование такого раствора не обеспечивает эффективного бурения за счет высокого содержания в составе глинопорошка.
Наиболее близким к предлагаемому раствору является катионноингибирующий буровой раствор (патент RU №2534546 С1, C09K 8/24, опубл. 27.11.2014), включающий воду, глинопорошок и полимер хлорида диаллилдиметиламмония (Полидадмах). В качестве дополнительного ингибитора глин и понизителя фильтрации используют катионный сополимер акриламида при следующем соотношении компонентов, мас. %:
Глинопорошок
6-8
Полидадмах
3-6
Катионный сополимер акриламида
0,2-0,4
Вода
Остальное
Известный раствор обладает повышенной ингибирующей способностью к глинам. Однако раствор имеет высокие показатели фильтрации и не обеспечивает эффективного бурения за счет высокого содержания в составе раствора глинопорошка.
Задача, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, состоит в создании бурового раствора, лишенного указанного недостатка, который может быть использован для бурения нефтяных и газовых скважин в неустойчивых набухающих пластичных глинах и аргиллитах.
Технический результат изобретения - повышение эффективности бурения при улучшенных фильтрационных свойствах раствора.
При прочих равных условиях сохранение устойчивости глинистых пород во многом определяется показателем фильтрации: чем он ниже, тем выше устойчивость стенок скважины.
Технический результат изобретения достигается за счет того, что в состав бурового раствора, включающего воду, глинопорошок и катионный сополимер, дополнительно введены ксантановая камедь, а в качестве катионного сополимера в составе раствора используют Силфок-2540. В качестве вспомогательного реагента состав содержит полисахарид ПолиКР-К при следующем соотношении компонентов, мас. %:
Глинопорошок
2-4
Силфок-2540
7-15
Ксантановая камедь
0,1-0,2
Полисахарид ПолиКР-К
1,5-2
Вода
Остальное
Для приготовления предлагаемого раствора возможно использование глинопорошка различных марок. В буровом растворе может использоваться бентонитовый глинопорошок любой из марок: ПБМА, ПБМБ, ПБМВ, ПБМГ, которые выпускаются в соответствии с ТУ 2164-004-0013836-2006 «Глинопорошок», за исключением модифицированного анионными полимерами. С ухудшением марки глинопорошка концентрация его увеличивается, а с повышением качества концентрация уменьшается. Марка, т.е. сорт глинопорошка, в предлагаемом составе не оказывает существенного влияния на технологические показатели раствора, а характеризует его расход.
Оптимальная концентрация глинопорошка зависит от его марки. Так, для глинопорошка ПМБА концентрация 2-3% достаточна, принята как базовая, а для глинопорошка марки ПБМВ концентрация составляет от 3% до 4%.
Для приготовления предлагаемого раствора возможно использование ксантановой камеди, которая выпускается в соответствии с ГОСТ 33333-2015 «Добавки пищевые. Камедь ксантановая Е415».
Для приготовления предлагаемого раствора возможно использование полисахарида ПолиКР-К, обладающего повышенной загущающей способностью, который выпускается в соответствии с ТУ 2262-035-97457491-2010.
Полиэлектролит Силфок-2540 выпускается в соответствии с ТУ 2227-001-92802291-2013 и представляет собой бесцветную до желтого цвета однородную по консистенции (гелеобразную) жидкость без посторонних включений. Силфок-2540 - водорастворимый полимер линейно-циклической структуры, средней молекулярной массы с высоким катионным зарядом, получаемый путем радикальной полимеризации мономера диаллилдиметиламмонийхлорида. Он является коагулянтом и флокулянтом и применяется для интенсификации процессов водоподготовки при осаждении взвешенных частиц, активного ила, обеспечения эффективной очистки мутных вод.
При необходимости буровой раствор утяжеляется баритовым концентратом.
Для приготовления раствора сначала перемешивают воду с глинопорошком до его распускания, затем в глинистую суспензию добавляют водорастворимый катионный сополимер, например Силфок-2540, после чего вводят ксантановую камедь, полисахарид ПолиКР-К и при необходимости - баритовый утяжелитель.
Изобретение поясняется таблицей, в которой приведены результаты исследований по влиянию полисахарида на показатели фильтрации буровых растворов, стабилизированных катионным сополимером Силфок-2540.
В таблице приняты следующие сокращения и обозначения:
ГП - глинистый порошок;
Силфок - катионный сополимер Силфок-2540;
Камедь - ксантановая камедь;
ПолиКР-К - полисахарид ПолиКР-К;
3
ПФ - показатель фильтрации (см за 30 мин) при комнатной температуре.
Из таблицы следует, что при содержании Силфок-2540, ксантановой камеди и ПолиКР-К ниже 7%, 0,1% и 1% соответственно показатель фильтрации увеличивается (таблица, п. 3). С увеличением содержания ПолиКР-К от 1% до 2%, камеди - от 0,1% до 0, 2% и Силфок-2540 - от 7% до 15% фильтрационные свойства бурового раствора улучшаются (таблица, пп. 4-12). Дальнейшее увеличение содержания Силфок-2540, ксантановой камеди и ПолиКР-К более 15%, 0,2% и 2% соответственно неэффективно (таблица, п. 13) и приводит к перерасходу понизителя фильтрации и структурообразователя без значительного снижения показателя фильтрации.
Таким образом, из таблицы следует, что использование ПолиКР-К в сочетании с Силфок-2540 и ксантановой камедью позволяет обеспечить эффективное управление показателем фильтрации, тем самым повышая устойчивость глинистых пород.
По сравнению с известным решением в предлагаемом растворе уменьшено количество глинопорошка, что позволяет уменьшить плотность бурового раствора, тем самым повысить скорость бурения и снизить износ оборудования, а, следовательно, повысить эффективность бурения.
Увеличить плотность бурового раствора можно, добавляя барит в количестве от 5 до 100 мас. ч. на 100 мас. ч. раствора.