Способ приготовления бурового реагента

 

Изобретение относится к области бурения нефтяных и газовых скважин, в частности к буровым растворам. Техническим результатом является получение бурового реагента на основе шлам-лигнина, обеспечивающего качественное вскрытие продуктивного пласта за счет профилактики гипсообразования во внутрипоровом пространстве продуктивных пород. В способе приготовления бурового реагента, включающем растворение шлам-лигнина в щелочи и последующую обработку химическим соединением, обеспечивающим буровому реагенту устойчивость к воздействию температуры до 80°С и к кальциевой агрессии до 7,5 г/л, щелочной шлам-лигнин обрабатывают карбамидом и нагревают до 35-45°С в течение 1,5-2 ч, причем щелочь и карбамид используют в количестве от 0,28 до 0,35 и от 0,38 до 0,625 мас. ч. соответственно к 1 мас. ч. шлам-лигнина. 4 табл.

Изобретение относится к области бурения нефтяных и газовых скважин, в частности к буровым растворам.

Известен безглинистый буровой реагент, содержащий шлам-лигнин и каустическую соду [I]. Щелочной шлам-лигниновый реагент неустойчив к воздействию температур выше 60°С вследствие протекания радикальных процессов, приводящих к сшивке макромолекул лигнина и снижению его растворимости в водно-щелочной среде. Кроме того, щелочной реагент теряет седиментационную устойчивость при обогащении бурового раствора ионами кальция. Под влиянием указанных факторов величина показателя фильтрации бурового раствора увеличивается от 3-5 до 40 см и буровой раствор утрачивает свои эксплуатационно-технологические свойства.

Известен способ приготовления бурового реагента путем термощелочного сульфитирования водной пасты шлам-лигнина [2]. Сернисто-кислый натрий дезактивирует свободные радикалы и тем самым предотвращает сшивку макромолекул лигнина и потерю растворимости бурового реагента. Сульфит натрия, трансформируясь в процессе окислительно-восстановительного акта в сульфат натрия, становится поглотителем ионов кальция и защищает карбоксильные группы лигнина от коагулирующего действия агрессивного катиона. В результате реакции сульфата натрия с ионами кальция образуется труднорастворимый мелкодисперсный осадок гипса. Образование этого компонента в буровом растворе ограничивает применение последнего в технологии промывки скважин. Буровой раствор с сульфитированным шлам-лигнином может быть использован только для промывки ствола скважины при бурении непродуктивных толщ.

Для вскрытия продуктивных пластов буровой раствор на основе сульфитированного шлам-лигнина непригоден, поскольку содержит в своем составе до 12 г/л сульфат-анионов, что чревато образованием в транспортных каналах пород околоскважинной зоны пласта труднорастворимого осадка (гипса) при взаимодействии фильтрата с пластовой водой:

SO^2-₄+Ca²⁺ → CaSO₄ ↓

Закупорка гипсом внутрипорового пространства продуктивных пород приведет к снижению (потере) их проницаемости и уменьшению продуктивности скважины.

Задачей изобретения является получение бурового реагента на основе шлам-лигнина, обеспечивающего качественное вскрытие продуктивного пласта за счет профилактики гипсообразования и предотвращения закупорки внутрипорового пространства продуктивных пород при сохранении достигнутых в прототипе термо- и кальциевой устойчивости.

Поставленная задача решается тем, что в способе приготовления бурового реагента, включающем растворение шлам-лигнина в щелочи и последующую обработку химическим соединением, обеспечивающим буровому реагенту устойчивость к воздействию температуры до 80°С и к кальциевой агрессии до 7,5 г/л, щелочной шлам-лигнин обрабатывают карбамидом и нагревают до 35-45°С в течение 1,5-2 ч, причем щелочь и карбамид используют в количестве от 0,28 до 0,35 и от 0,38 до 0,625 мас. ч. соответственно к 1 мас.ч. шлам-лигнина.

Шлам-лигнин является побочным продуктом целлюлозно-бумажного производства. Он образуется в тоннажных количествах в результате очистки сточных вод на Байкальском целлюлозно-бумажном комбинате. В соответствии с ТУ 13-0279488-01-88 шлам-лигнин должен удовлетворять следующим нормам (см. табл. 1).

Карбамид представляет собой кристаллическое вещество без цвета и запаха, холодящее на вкус. Молекулярная масса 60,06. Карбамид растворим в воде, спиртах, жидких аммиаке и сернистом ангидриде; мало растворим в эфире, нерастворим в хлороформе. Он широко применяется в промышленности и сельском хозяйстве. Является исходным материалом для получения карбамидных смол, гидразина, фармацевтических снотворных препаратов, некоторых красителей и др. В нефтяной промышленности карбамид применяют для депарафинизации масел. В растениеводстве карбамид применяется в качестве высококонцентрированного азотного удобрения, в животноводстве - в качестве добавки к кормам для жвачных животных. Карбамид увеличивает растворимость углеводородов, алифатических и ароматических аминокислот, а также воздействует на конформационные свойства водорастворимых полимеров. В частности, с его помощью осуществляют денатурацию белков [3-6].

Улучшение свойств щелочного шлам-лигнина после обработки его карбамидом обусловливается тем, что карбамид ослабляет силы гидрофобного взаимодействия и улучшает растворимость молекул органических веществ в воде.

Пример

В химический реактор помещают 50 г шлам-лигнина (ТУ 13-0279488-01-88), добавляют 125 г 13,3%-ного водного раствора едкого натра. Смесь тщательно размешивают для растворения шлам-лигнина. В полученный раствор щелочного шлам-лигнина добавляют 25 г карбамида, нагревают до 40°С и выдерживают в этом режиме 2 ч. Охлаждают. Получают густую гомогенную пастообразную массу.

К полученному реагенту добавляют 800 г (672 мл) рассола хлорида натрия плотностью 1190 кг/м³. Перемешивают в течение 0,5 ч и определяют технологические показатели бурового раствора (табл. 2).

Испытание кальцийрезистентности бурового раствора

К буровому раствору, полученному по примеру 1, добавляют прокаленный хлористый кальций до массовой концентрации катионов кальция в буровом растворе 7,5 г/л. Перемешивают в течение 2 ч. Повторно определяют технологические показатели бурового раствора (табл. 3).

Испытание термостойкости бурового раствора

Полученный по примеру 1 и минерализованный хлоридом кальция буровой раствор термостатируют при 80°С в течение 6 ч. Охлаждают и определяют технологические показатели бурового раствора (табл. 4).

Аналогичным образом были приготовлены и испытаны все остальные растворы, в том числе и раствор-прототип. Результаты приведены в табл. 2-4. Сопоставление свойств буровых растворов, полученных из шлам-лигнинового реагента согласно предлагаемому техническому решению, позволило определить оптимальное соотношение ингредиентов шлам-лигнин:NаОН:карбамид = 1:(0,28-0,35):(0,38-0,625). Превышение содержания щелочи и карбамида нецелесообразно из соображений экономии, а снижение содержания карбамида ниже 0,38 не позволяет достичь поставленной цели (пример 3). Проведение обработки при температурах ниже 35°С и выше 45°С не дает желаемого эффекта (примеры 7, 8).

Заявленное техническое решение отличается от прототипа тем, что для повышения качества реагента за счет профилактики гипсообразования и предотвращения закупорки внутрипорового пространства продуктивных пород после обработки щелочью шлам-лигнин дополнительно обрабатывают не сульфитом, а карбамидом при нагревании до 35-45°С в течение 1,5-2 ч.

Источники информации

1. А. с. СССР №1067024, С 09 К 7/02, 1982.

2. А. с. СССР №1799896, С 09 К 7/02, 1991.

3. Клотц И. Горизонты биохимии. - М.: Мир, 1964, с. 339-410.

4. Жоли М. Физическая химия денатурации белков. - М.: Мир, 1968, 332 с.

5. Фрайфелдер Д. Физическая биохимия. - М.: Мир, 1980, 582 с.

6. Кричевская А.А., Лукаш А.И., Шугалей В.И., Бондаренко Л. А. Аминокислоты, их производные и регуляция метаболизма. - Ростов: Изд-во РГУ, 1983, 112 с.

Формула изобретения

Способ приготовления бурового реагента, включающий растворение шлам-лигнина в щелочи и последующую обработку химическим соединением, обеспечивающим буровому реагенту устойчивость к воздействию температуры до 80°С и к кальциевой агрессии до 7,5 г/л, отличающийся тем, что в качестве указанного соединения используют карбамид при нагревании до 35-45°С в течение 1,5-2 ч, причем щелочь и карбамид используют в количестве от 0,28 до 0,35 и от 0,38 до 0,625 мас.ч. соответственно к 1 мас.ч. шлам-лигнина.