Псевдопластичный буровой раствор

 

Изобретение относится к области бурения нефтегазовых скважин, в частности к буровым растворам для бурения и заканчивания скважин. Псевдопластичный буровой раствор, включающий неполярную водонерастворимую фазу, эмульгатор, поверхностно-активное вещество (ПАВ) в кислой форме, воду, гидроколлоидный наполнитель и алканоламин для нейтрализации ПАВ в кислой форме, содержит в качестве как неполярной водонерастворимой фазы, так и ПАВ в кислой форме ненасыщенные жирные кислоты с числом углеродных атомов С₁₄-C₁₈, в качестве эмульгатора - маслорастворимые сополимеры окиси этилена и окиси пропилена с содержанием окиси этилена не более 15 мол. % в качестве гидроколлоидного наполнителя - производные целлюлозы и крахмала, выбранные из группы, включающей карбоксиметилцеллюлозу, карбоксиметилгидроксиэтилцеллюлозу, полианионную целлюлозу, гидроксиэтилцеллюлозу, карбоксиметилкрахмал, карбоксиметилгидроксиэтилкрахмал, а в качестве алканоламина - моно-, ди-, триалканоламины при следующем соотношении компонентов, мас.%: неполярная водонерастворимая фаза и ПАВ в кислой форме 0,2-0,7, эмульгатор 15-20, гидроколлоидный наполнитель 0,1-0,5, алканоламин 0,5-1,5, вода остальное. Техническим результатом является создание высокоструктурированных гелевых систем на основе доступных производных целлюлозы и крахмала без применения дорогостоящих биополимерных реагентов за счет использования жирных кислот одновременно в качестве неполярной фазы и ПАВ в кислой форме, обеспечение коагуляционной устойчивости системы в условиях повышенной минерализации среды, а также значительного антивспенивающего действия. 2 табл.

Изобретение относится к области бурения нефтегазовых скважин, в частности к буровым растворам для бурения и заканчивания скважин.

Известны безглинистые промывочные системы, представляющие собой композиции маслорастворимого компонента (ненасыщенных жирных кислот, их эфиров, триглицеридов, оксиалкилированных производных) и вододиспергируемого гидроколлоидного компонента (неионогенных поверхностно-активных веществ ПАВ или производных полисахаридов). Так, в патенте США 5919738, С 09 К 007/02, 1999 г. описан метод приготовления структурированной жидкости для бурения и заканчивания скважин, которая включает соль щелочноземельного металла в комплексе с неионогенным водорастворимым коллоидным материалом, в качестве которого используют ПАВ со значением гидрофильно-липофильного баланса ниже 8 (этоксилированные спирты, диолы, масла, углеводы, амины, амиды, полиалкиленгликоли). В роли маслорастворимого компонента такая жидкость содержит этоксилированное касторовое масло. Более широкий выбор маслорастворимых компонентов представлен в патенте США 6180572, С 09 К 007/04, 2001 г. В нем приведен состав бурового раствора, жидкая фаза которого содержит олеофильные органические масла из группы сложных эфиров карбоновых и поликарбоновых кислот, простых эфиров, жирных спиртов и их смесей. Гидроколлоидный компонент представлен гуаровой смолой и ее производными.

В качестве прототипа, по совокупности свойств, выбран буровой раствор на водной основе (патент США 5858928, С 09 К, 007/02, 1999 г.), содержащий гель, включающий водонерастворимую неполярную среду, жидкие макроцепные ПАВ в кислой форме, диспергируемые в неполярной среде, агент для нейтрализации макроцепного ПАВ, эмульгатор, гидроколлоидный наполнитель и воду. Водонерастворимая неполярная среда отобрана из группы триглицеридов насыщенных или ненасыщенных жирных кислот (с C₁₂ и выше), ароматических нефтяных производных, смеси диалкиловых сложных эфиров адипиновой, глутаровой кислот, алифатических углеводородов, эфирных масел и их смесей. В роли макроцепного ПАВ выступают сложные диэфиры фосфорной кислоты и алкоксилированные спирты, линейные или разветвленные спирты (с С₆ по С₃₀) и их смеси. Агент для нейтрализации ПАВ в кислой форме выбирается из группы первичных, вторичных аминов и алканоламинов. Гидроколлоидный компонент представлен водорастворимыми эфирами целлюлозы и биополимерами.

Данный буровой раствор имеет ряд недостатков, которые существенно снижают эффективность его применения. Так, при использовании различных производных целлюлозы описанная промывочная жидкость характеризуется весьма низкими структурными свойствами, что в значительной степени снижает удерживающую способность раствора и не удовлетворяет требованию эффективной очистки ствола скважины. Необходимые значения статического напряжения сдвига достигаются только за счет применения дорогостоящих биополимерных реагентов. Кроме того, для эмульгирования неполярной среды в данном геле используют мономерные эмульгаторы неионного и анионного рядов (оксипропилированные жирные кислоты, додецилбензинсульфонаты натрия и др.), которые способствуют существенному вспениванию раствора, а также обуславливают синерезис раствора в условиях повышенной минерализации.

Задачей изобретения является создание безглинистого псевдопластичного бурового раствора с высокими структурными характеристиками, сохраняющего коагуляционную устойчивость в условиях повышенной минерализации среды.

Сущность изобретения состоит в том, что псевдопластичный буровой раствор, включающий неполярную водонерастворимую фазу, эмульгатор, ПАВ в кислой форме, воду, гидроколлоидный наполнитель и алканоламин для нейтрализации ПАВ в кислой форме, содержит в качестве как неполярной водонерастворимой фазы, так и ПАВ в кислой форме ненасыщенные жирные кислоты с числом углеродных атомов С₁₄-C₁₈, в качестве эмульгатора - маслорастворимые сополимеры окиси этилена и окиси пропилена с содержанием окиси этилена не более 15 мол.%, в качестве гидроколлоидного наполнителя - производные целлюлозы и крахмала, выбранные из группы, включающей карбоксиметилцеллюлозу, карбоксиметилгидроксиэтилцеллюлозу, полианионную целлюлозу, гидроксиэтилцеллюлозу, карбоксиметилкрахмал, карбоксиметилгидроксиэтилкрахмал, а в качестве алканоламина - моно-, ди-, триалканоламины при следующем соотношении компонентов, мас.%: Неполярная водонерастворимая фаза и ПАВ в кислой форме - 15-20 Эмульгатор - 0,2-0,7 Гидроколлоидный наполнитель - 0,1-0,5 Алканоламин - 0,5-1,5 Вода - Остальное Приготовление предлагаемого бурового раствора осуществляется путем последовательного смешения исходных реагентов.

Примеры приготовления раствора в лабораторных условиях Пример 1. 0,2 г эмульгатора (сополимер окиси этилена и окиси пропилена с содержанием окиси этилена, составляющим 10 мол.%) смешивают с 20 г ненасыщенной карбоновой кислоты с C₁₆, а затем смесь диспергируют в 78,3 г 0,1%-ного раствора карбоксиметилгидроксиэтилцеллюлозы (КМОЭЦ). Полученный гель тщательно перемешивают, а затем в него постепенно вводят 1,5 г моноэтаноламина. После 20-30 минутного перемешивания буровой раствор готов к применению.

Пример 2. 0,5 г эмульгатора (сополимер окиси этилена и окиси пропилена с содержанием окиси этилена, составляющим 10 мол.%) смешивают с 17,5 г ненасыщенной карбоновой кислоты с C₁₈. Затем смесь растворяют в 81 г 0,3%-ного водного раствора карбоксиметилцеллюлозы (КМЦ). В полученный гель при тщательном перемешивании вводят 0,9 г моноэтаноламина. Буровой раствор готов к использованию.

Пример 3. 0,7 г эмульгатора (сополимер окиси этилена и окиси пропилена с содержанием окиси этилена, составляющим 10 мол.%) смешивают с 15 г высшей карбоновой кислоты с С₁₄, а затем образованную смесь медленно вводят в 84 г 0,5%-ного раствора гидроксиэтилцеллюлозы (ОЭЦ). При постоянном перемешивании в полученный гель вводят 0,5 г моноэтаноламина. Буровой раствор готов к применению.

Предлагаемый псевдопластичный буровой раствор имеет следующие преимущества по сравнению с прототипом. Во-первых, совокупность заявленных признаков изобретения позволила впервые получить высокоструктурированные гелевые системы на основе доступных производных целлюлозы и крахмала без применения дорогостоящих биополимерных реагентов за счет использования жирных кислот одновременно в качестве неполярной фазы и ПАВ в кислой форме. Во-вторых, маслорастворимые эмульгаторы, применяемые в рецептуре нового бурового раствора, обеспечивают коагуляционную устойчивость системы в условиях повышенной минерализации среды, а также обладают значительным антивспенивающим действием.

Эффективность действия предлагаемых составов оценивалась по следующим основным параметрам: - структурные характеристики растворов оценивались по величине статического напряжения сдвига, измеряемого на вискозиметре FANN фирмы "Baroid" (США) при скорости сдвига 0,2 об/мин; - показатель фильтрации (Ф, см³) - измерялся в течение 30 мин при давлении 0,1 МПа на фильтр-прессе фирмы "Baroid" (США);
- ингибирующая способность раствора оценивалась по показателю начальной скорости увлажнения По (см/ч), определяемому в соответствии с РД 39-2-813-82;
- смазочные свойства измерялись по коэффициенту трения (К_тр) на стандартном "LUBRICITY"-тестере фирмы "Baroid" (США);
- способность гелей к ценообразованию оценивалась по изменению их объемов после перемешивания 300 см³ бурового раствора на высокоскоростном миксере (9000 об/мин) в течение 1 мин и последующего выдерживания вспененных растворов в течение 1, 3 и 5 минут.

Устойчивость гелей в минерализованной среде оценивалась на модельных буровых растворах, содержащих 26% хлористого натрия и 2% хлористого кальция по величине показателя фильтрации.

Из табл. 1,2 видно, что по структурно-механическим и реологическим параметрам предлагаемый раствор не уступает известному, а по фильтрационным свойствам значительно превосходит его как в пресной, так и в соленасыщенной среде. Кроме того, новый буровой раствор, содержащий 1,5% алканоламина (рецептура 3, табл. 2) характеризуется наиболее высокими псевдопластичными свойствами, в два раза превосходящими соответствующие характеристики прототипа.

Формула изобретения

Псевдопластичный буровой раствор, включающий неполярную водонерастворимую фазу, эмульгатор, поверхностно-активное вещество (ПАВ) в кислой форме, воду, гидроколлоидный наполнитель и алканоламин для нейтрализации ПАВ в кислой форме, отличающийся тем, что содержит в качестве как неполярной водонерастворимой фазы, так и ПАВ в кислой форме ненасыщенные жирные кислоты с числом углеродных атомов С₁₄-C₁₈, в качестве эмульгатора - маслорастворимые сополимеры окиси этилена и окиси пропилена с содержанием окиси этилена не более 15 мол. %, в качестве гидроколлоидного наполнителя - производные целлюлозы и крахмала, выбранные из группы, включающей карбоксиметилцеллюлозу, карбоксиметилгидроксиэтилцеллюлозу, полианионную целлюлозу, гидроксиэтилцеллюлозу, карбоксиметилкрахмал, карбоксиметилгидроксиэтилкрахмал, а в качестве алканоламина - моно-, ди-, триалканоламины при следующем соотношении компонентов, мас. %:
Неполярная водонерастворимая фаза и ПАВ в кислой форме - 15-20
Эмульгатор - 0,2-0,7
Гидроколлоидный наполнитель - 1-0,5
Алканоламин - 0,5-1,5
Вода - Остальное

РИСУНКИ

Рисунок 1