Биополимерный буровой раствор

 

Изобретение относится к области бурения скважин на нефть и газ, в частности к безглинистым буровым растворам, применяемым для промывки скважин в процессе бурения и вскрытия продуктивного пласта вертикальным, наклонно-направленным или горизонтальным участком ствола. Техническим результатом является снижение количества компонентов биополимерных растворов, повышение их термостойкости, упрощение способа приготовления, химической дообработки, снижение стоимости системы в целом без ухудшения реологических и фильтрационных показателей. Биополимерный буровой раствор на основе воды и ксантанового биополимера, содержащий гуматный реагент, отличается тем, что он содержит в качестве ксантанового биополимера Flo-Vis, в качестве гуматного реагента - порошкообразный углещелочной реагент ПУЩР при следующем соотношении компонентов, мас.%: Flo-Vis 0,3–0,5, ПУЩР 10,5–15,0, вода остальное. 1 табл.

Изобретение относится к области бурения скважин на нефть и газ, в частности к безглинистым буровым растворам, применяемым для промывки скважин в процессе бурения и вскрытия продуктивного пласта вертикальным, наклонно направленным или горизонтальным участком ствола.

Известен (см. Теория и практика заканчивания скважин: В 5 т. /А.И.Булатов, П.П.Макаренко и др. Под ред. А.И.Булатова, - М.: ОАО "Издательство "Недра", 1997. - Т.1. - С.109-111) буровой раствор на водной основе состава: вода - 0,15 м³; Poly-Рас - 2,85 кг/м³; КОН - 0,71 кг/м³; Lube-167 - 2%; ХСД - 1,43 кг/м³; M-Igel - 28,53 кг/м³; Lo-Wate - 57,06 кг/м³. Проникновение фильтрата в пласт ограничивается за счет образования фильтрационной корки реагентами M-I Gel (бентонит), Lo-Wate (карбонат кальция) и Poly-Рас (полианионная целлюлоза), которая увеличивает твердость глинистой корки, способствует регулированию фильтратоотдачи и вязкости бурового раствора. Понизителем фильтратоотдачи и смазочной добавкой является реагент Lube-167 (модифицированный крахмал). Требуемые реологические характеристики обеспечиваются реагентом ХСД (ксантановый биополимер).

Известный буровой раствор является многокомпонентным, что затрудняет приготовление, регулирование свойств раствора в процессе бурения, увеличивает его стоимость. Подверженность полисахаридных реагентов биодеструкции требует применения бактерицидов. Указанный буровой раствор имеет низкие флокулирующие свойства, что приводит к накоплению коллоидной фракции выбуренной породы в растворе, а значит к росту плотности раствора, снижению механической скорости бурения. При этом не рекомендуется при работе с данными системами буровых растворов использование песко- и илоотделителей из-за подверженности полимерных реагентов механодеструкции.

Известен буровой раствор (см. А.И.Пеньков, Л.П.Вахрушев, В.Н.Кошелев, Е.В.Беленко, О.А.Лушпеева. Совершенствование биополимерных систем полианионными стабилизаторами буровых растворов. //Тр. института ОАО НПО "Бурение". - 1998. - с.293-298) на водной основе состава, мас.%: Кет-Х (ксантановый биополимер, структурообразователь) - 0,3; модифицированный крахмал (Hibtrol LV, понизитель фильтратоотдачи) - 1,0.

Этот малокомпонентный биополимерный раствор, содержащий полианионный понизитель фильтратоотдачи, характеризуется псевдопластичной реологией и низкими фильтрационными свойствами наряду с простотой их регулирования.

Недостатком известного бурового раствора является сравнительно невысокая ингибирующая и флокулирующая способность, что может приводить к значительному загущению растворов в процессе бурения, сопровождающемуся ростом пластической вязкости и сдвиговых характеристик, а значит гидравлических сопротивлений в циркуляционной системе. Кроме того, данный буровой раствор обладает малой устойчивостью к температурному воздействию.

Наиболее близким к заявленному является биополимерный буровой раствор на основе воды и ксантанового полимера, содержащий в маc.%: ксантановый биополимер 0,1-0,5, гуматный реагент 1-8,10, водную фазу остальное (авторское свидетельство СССР №1808856, 15.04.1993, С 09 К 7/02).

Технический результат изобретения - снижение количества компонентов биополимерных буровых растворов, упрощение способа приготовления, химической дообработки, снижение стоимости системы в целом без ухудшения реологических и фильтрационных показателей, повышение их термостойкости.

Предлагаемый биополимерный буровой раствор на основе воды и ксантанового биополимера, содержащий гуматный реагент, отличающийся тем, что он содержит в качестве ксантанового биополимера Flo-Vis, в качестве гуматного реагента - порошкообразный углещелочной реагент ПУЩР при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Flo-Vis 0,3-0,5

ПУЩР 10,5-15,0

Вода Остальное

Как нами установлено, указанные реагенты при найденном нами соотношении обеспечивают достижение цели.

Пример приготовления

Для приготовления предлагаемого бурового раствора брали 0,3 г ксантанового биополимера Flo-Vis, 10,5 г гуматного реагента-порошкообразного углещелочного реагента ПУЩР или, что также возможно, конденсированной сульфит-спиртовой барды КССБ и 89,7 г технической воды, все ингредиенты перемешивали и получали предлагаемый буровой раствор со следующим содержанием ингредиентов, мас.%: ксантановый биополимер 0,3; ПУЩР или КССБ 10,5 и вода остальное.

Аналогичным образом готовили другие составы предлагаемого безглинистого бурового раствора с различным соотношением ингредиентов.

Результаты испытаний

В ходе лабораторных исследований определялись следующие свойства предлагаемых буровых растворов: условная вязкость (УВ₁₀₀, с), фильтратоотдача (Ф, см³/30 мин), динамическое напряжение сдвига (τ₀, дПа), пластическая вязкость (η_пл, мПа·с), показатель консистентности (К, Па·сⁿ), показатель неньютотновского поведения (n), рН среды. Реологические показатели буровых растворов определялись методом наименьших квадратов с использованием реологических моделей Оствальда-де Ваале и Шведова-Бингама.

Данные о покомпонентном составе предлагаемых и известных по аналогу безглинистых биополимерных буровых растворов и показатели их свойств после приготовления и термостатирования при температуре 80°С в течение 3 ч приведены в таблице.

Данные, приведенные в таблице, показывают, что предлагаемый безглинистый биополимерный буровой раствор при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:

Ксантановый биополимер Flo-Vis 0,3-0,5

Гуматный реагент ПУЩР 10,0-15,0

Вода до 100

имеет низкую фильтратоотдачу, снизившийся после термостатирования с 5,6 до 3,4 см³ за 30 мин в отличие от возросшей фильтратоотдачи известного раствора. Низкие по сравнению с известным раствором величины динамического напряжения сдвига и пластической вязкости, а также условной вязкости будут способствовать снижению гидравлических потерь при бурении. При этом показатели неньютоновского поведения, главным образом определяющие транспортирующую способность бурового раствора, находятся практически на одном уровне.

Указанные технические преимущества предлагаемого бурового раствора при использовании на производстве позволят повысить проходку на долото за счет низких реологических показателей, значительно снизить стоимость бурового раствора за счет снижения расхода химреагентов, упростить процесс приготовления и дообработки бурового раствора в процессе бурения.

Формула изобретения

Биополимерный буровой раствор на основе воды и ксантанового биополимера, содержащий гуматный реагент, отличающийся тем, что он содержит в качестве ксантанового биополимера Flo-Vis, в качестве гуматного реагента - порошкообразный углещелочной реагент (ПУЩР) при следующем соотношении компонентов, маc.%:

Flo-Vis 0,3–0,5

ПУЩР 10,5–15,0

Вода Остальное