Комплексный реагент-стабилизатор полимерных и малоглинистых буровых растворов и способ его приготовления

 

Изобретение относится к бурению нефтяных и газовых скважин с наклонным или горизонтальным профилем ствола, в частности к составам реагентов-стабилизаторов буровых растворов малой плотности, с улучшенными значениями реологических и фильтрационных свойств, применяемых при разбуривании продуктивных коллекторов с пониженным пластовым давлением. Техническим результатом является создание универсального комплексного реагента на основе совмещенного комплекса технических лигносульфонатов, таллового пека и акрилового полимера с высокой молекулярной массой, эффективного регулятора вязкости, фильтрации, реологических и структурно-механических свойств в безглинистых и малоглинистых буровых растворах при оптимальном его расходе. Комплексный реагент-стабилизатор полимерных и малоглинистых буровых растворов, включающий талловый пек, дополнительно содержит технические лигносульфонаты, каустическую соду, структурообразующий агент – сополимер акриламида и акрилата натрия с молекулярной массой 14·10⁶ г/моль – Праестол марки 2530 или высоковязкий реагент на основе Гипана - ВПРГ и воду при следующем соотношении ингредиентов, мас. %: технические лигносульфонаты 15 – 17, каустическая сода 5 – 6, указанный структурообразующий агент 15 – 17, талловый пек 59 – 62, вода остальное. В способе приготовления комплексного реагента-стабилизатора полимерных и малоглинистых буровых растворов, включающем растворение в талловом пеке в условиях перемешивания, при приготовлении указанного выше реагента-стабилизатора предварительно растворяют в воде каустическую соду, затем осуществляют растворение в талловом пеке всех указанных ингредиентов, смесь всех ингредиентов омыляют и одновременно упаривают при температуре 80–90⁰С в условиях перемешивания и вакуумирования до остаточной влажности 2–3 мас.% и щелочности 8,3–8,5. 2 н.п. ф-лы, 7 табл.

Изобретение относится к бурению нефтяных и газовых скважин с наклонным или горизонтальным профилем ствола, в частности к составам реагентов-стабилизаторов буровых растворов малой плотности, с улучшенными значениями реологических и фильтрационных свойств, применяемых при разбуривании продуктивных коллекторов с пониженным пластовым давлением.

Известны глинистые буровые растворы, содержащие комбинированные реагенты на основе лигносульфонатов и таллового пека - КРТБ (авторское свидетельство СССР №1204625, С 09 К 7/02, 1983) и сульфатного лигнина и таллового пека - КРТСЛ (авторское свидетельство СССР №1315464, С 09 К 7/02, 1985).

Такие реагенты отличаются низкой эффективностью при регулировании значений (увеличении) вязкости и (уменьшении) фильтрации бурового раствора; их расход в расчете на единицу веса бурового раствора может достигать 50-60 мас.%, реагенты готовят и используют в виде эмульсий (вода + дизельное топливо) с содержанием сухих веществ не более 20% и 22,5% соответственно.

Известен комплексный реагент-стабилизатор глинистых буровых растворов карболигносульфонат пековый (КЛСП), содержащий, мас.%: технические лигносульфонаты 36,5-39,0; талловый пек 36,5-39,0; каустическую соду 2,5-5,0; карбоксиметилцеллюлозу 13,0-17,5; глинопорошок остальное (патент РФ №2001091, С 09 К 7/02,1993).

Недостатками известного комплексного реагента-стабилизатора в безглинистом буровом растворе и глинистом с малым содержанием твердой фазы (менее 6,0% глинопорошка) плотностью до 1030-1040 кг/м³ при бурении наклонных и горизонтальных скважин на месторождениях с пластовым давлением, равным или ниже гидростатического; в том числе на подземных хранилищах газа, когда пластовое давление минимально, являются: невозможность обеспечить необходимый уровень статического и динамического напряжения сдвига и низкая эффективность при регулировании условной вязкости и фильтрации.

Наиболее близким к заявленному изобретению являются комплексный реагент-стабилизатор различных типов буровых растворов, в том числе полимерных и малоглинистых буровых растворов, включающий в мас.%: талловый пек 50–60 и катализат риформинга остальное, и способ его приготовления, включающий получение смеси растворением катализата риформинга в талловом пеке в условиях перемешивания (см., например, авторское свидетельство СССР №1320218, С 09 К 7/02, 30.06.1987).

Заявленное изобретение направлено на решение задачи по повышению качества первичного вскрытия продуктивных коллекторов с низким пластовым давлением в результате использования эффективного комплексного реагента-стабилизатора и буровых растворов на его основе с малым содержанием твердой фазы, улучшенными реологическими и фильтрационными свойствами.

Техническим результатом является создание универсального комплексного реагента на основе совмещенного комплекса технических лигносульфонатов, таллового пека и акрилового полимера с высокой молекулярной массой, эффективного регулятора вязкости, фильтрации, реологических и структурно-механических свойств в безглинистых и малоглинистых буровых растворах при оптимальном его расходе.

Для этого комплексный реагент-стабилизатор полимерных и малоглинистых буровых растворов, включающий талловый пек, дополнительно содержит технические лигносульфонаты, каустическую соду, структурообразующий агент – сополимер акриламида и акрилата натрия с молекулярной массой 14·10⁶ г/моль – Праестол марки 2530 или высоковязкий реагент на основе Гипана - ВПРГ и воду при следующем соотношении ингредиентов, мас.%: технические лигносульфонаты 15–17, каустическая сода 5–6, указанный структурообразующий агент 15–17, талловый пек 59–62, вода остальное.

В способе приготовления комплексного реагента-стабилизатора полимерных и малоглинистых буровых растворов, включающем растворение в талловом пеке в условиях перемешивания, при приготовлении указанного выше реагента-стабилизатора предварительно растворяют в воде каустическую соду, затем осуществляют растворение в талловом пеке всех указанных ингредиентов, смесь всех ингредиентов омыляют и одновременно упаривают при температуре 80–90⁰С в условиях перемешивания и вакуумирования до остаточной влажности 2–3 мас.% и щелочности 8,3–8,5.

Высоковязкий реагент на основе Гипана – ВПРГ получают путем сушки жидкого Гипана на барабанной сушилке с ножевым съемом на заводе в г. Богородске Горьковской области по технологии, разработанной ВНИИБТ. Реагент имеет ТУ 2458-258-05757593-99.

В предлагаемом изобретении комплексный реагент-стабилизатор полимерных и малоглинистых буровых растворов - Лигносульфонат пековый акриловый (Липакрил) - в соответствии с заявляемым соотношением ингредиентов и способом его приготовления позволяет получать безглинистые и малоглинистые буровые растворы, удовлетворяющие условиям вскрытия продуктивных пластов и требованиям при разбуривании неустойчивых набухающих и (или) осыпающихся глинистых пород скважинами с наклонным и горизонтальным профилем ствола.

Скоординированный состав комплексного реагента учитывает взаимное влияние компонентов на свойства друг друга; при достижении эффекта наибольшей стабилизации расход реагента уменьшается в полтора, два и более раза в сравнении с прототипом.

В целом состав реагента Липакрил можно охарактеризовать как единый лигносульфонатно-пековый акриловый комплекс: смесь омыленных жирных, смоляных, лигносульфоновых кислот и полимеризованного акрилового соединения. Реагент отличается постоянством свойств и однородной структурой водного раствора, обладает свойством поверхностно-активного вещества и эмульгатора углеводородных жидкостей в водных эмульсиях.

С целью исследований состава комплексного лигносульфонатно-пекового акрилового реагента приготовили 9 различных его комбинаций с широким спектром значений концентрации ингредиентов (см. табл.1). Затем проверили эффективность указанных реагентов по влиянию на свойства глинистой суспензии с содержанием глинопорошка 4 мас.%, а именно на изменение ее вязкости, реологических свойств и фильтрации.

По результатам, представленным в табл.1, установили, что наиболее эффективными из перечисленных являются реагенты под №№4-6, состав которых определяется концентрациями ингредиентов, мас.%: технических лигносульфонатов 15-17, каустической 5-6, Праестол-2530 или ВПРГ 15-17, таллового пека 59-62 и остаточной влажностью (содержанием воды) 2-3.

Указанные концентрации ингредиентов являются граничными в составе комплексного реагента Липакрил, поскольку при концентрации в нем Праестол-2530 менее 15 мас.%, лигносульфонатов технических - менее 15 мас.% и соответственно таллового пека - более 62 мас.% уменьшаются значения условной вязкости (менее 200 с), пластической вязкости (менее 30 сПз), динамического напряжения сдвига (менее 200 дПа) и возрастает фильтрация (более 2,0 см³/30 мин) малоглинистой суспензии (см. позиции №№3, 2, 1 в табл.1).

С увеличением концентрации в составе комплексного реагента Праестол-2530 более 19 мас.% при одновременном увеличении концентрации технических лигносульфонатов до 28 мас.% и уменьшении содержания таллового пека до 38 мас.% отмечается неполное растворение полимера с образованием комковатых включений, которые нарушают технологичность процесса варки (синтеза) комплексного реагента и плохо растворяются затем в водной среде - буровом растворе. Малоглинистый раствор при этом характеризуется уменьшением значений условной вязкости (до 127 с) и показателей реологических свойств (см. позиции №№7, 8, 9 в табл.1):

пластической вязкости - до 25 сПз;

динамического напряжения сдвига - до 143 дПа.

При концентрации ВПРГ менее 15 мас.% уменьшаются значения условной и пластической вязкости, динамического напряжения сдвига, возрастает водоотдача.

С увеличением концентрации ВПРГ в составе комплексного реагента-стабилизатора Липакрил более 17 мас.% нарушается технологичность процесса приготовления комплексного реагента-стабилизатора за счет интенсивного роста его вязкости в реакторе. Кроме того, при неполном растворении полимера в талловом пеке, концентрация которого уменьшается менее 59 мас.%, образуются комковые включения. Комплексный реагент-стабилизатор Липакрил такого состава плохо растворяется в глинистом растворе, одновременно вызывает частичную коагуляцию глинистых частиц. В результате - вязкость глинистой суспензии уменьшается.

Таким образом, заявляемые концентрации ингредиентов в составе комплексного реагента-стабилизатора Лигносульфоната пекового акрилового соответствуют оптимизированным значениям, установленным на основании лабораторных исследований особенностей структурообразования в глинистом растворе, технологичности процесса приготовления реагента, соответствия его физических и химических свойств предъявляемым требованиям.

Для экспериментальной проверки эффективности комплексного лигносульфонатно-пекового акрилового реагента провели испытания в водных растворах с концентрацией от 1,0% до 8,0%. Результаты представлены в табл. 2.

Исследовали также малоглинистые и глинистые растворы (содержание глинопорошка 2,0%; 4,0%; 6,0%) с добавками комплексных реагентов КЛСП и Липакрила - до 5,5 мас.%. Полученные результаты представлены в табл. 3, 4, 5.

В соответствии с данными табл. 2 безглинистые водные растворы КЛСП и Липакрила существенно различаются по показателям условной вязкости, фильтрации, СНС и реологических свойств: пластической вязкости η_пл и динамическому напряжению сдвига τ_о. Сопоставимыми остаются лишь значения таких параметров, как плотность и рН.

Согласно существующим требованиям водные растворы КЛСП не соответствуют качеству полимерной или безглинистой промывочной жидкости из-за низких значений условной вязкости (Т_mах=15-27 с), пластической вязкости (η_{пл. mах}=4-17 сПз) и динамического напряжения сдвига (τ_{0 mах}=4-5 дПа).

Безглинистые или полимерные водные растворы Липакрила с концентрацией 3,0-5,0 мас.% отвечают всем требованиям промывки вертикальных и наклонных скважин и характеризуются следующими значениями параметров:

Плотности 1,00-1,01 г/см³

Условной вязкости 92-375 с

Фильтрации 5-8 см³/30 мин

Пластической вязкости 18-42 сПз

Динамического напряжения сдвига 115 -201 дПа

СНС за 1 мин, дПа 6-21

СНС за 10 мин, дПа 9-47

С малой плотностью (1,00-1,01 г/см³), сопоставимой с плотностью воды, и минимальной фильтрацией (фильтрационной коркой), составляющей 0,1-0,2 мм, растворы Липакрила обеспечат наилучшие условия вскрытия продуктивных пластов с низким давлением, в том числе в режиме падающей добычи нефти или газа.

В малоглинистых буровых растворах с содержанием бентонитового глинопорошка 2,0 и 4,0 мас.% стабилизация реагентом КЛСП не обеспечивает необходимый уровень вязкости, реологических и структурно-механических свойств. Указанные параметры имеют минимальные значения, которые не удовлетворяют требованиям бурения наклонного или горизонтального ствола (см. табл. 5). При концентрации КЛСП до 5,5 мас.% условная вязкость растворов не превысила 22 с, пластическая вязкость - 7 сПз, динамическое напряжение сдвига - 5,0 дПа, СНС за 1 мин - 1,0 дПа, СНС за 10 мин - 3,0 дПа. Минимальные значения фильтрации составили 2,4 и 2,6 см³/30 мин.

В малоглинистых растворах добавки Липакрила в количестве до 3,0-5,5 мас.% (см. табл. 3, 4) позволяют эффективно контролировать необходимый уровень показателей технологических свойств в пределах следующих значений:

Условной вязкости, с 56-364

Пластической вязкости, сПз 17-37

Динамического напряжения сдвига, дПа 75-212

Статического напряжения сдвига: СНС за 1 мин, дПа 4-22

СНС за 10 мин, дПа 10-33

фильтрации, см³/30 мин 5,2-1,4

В глинистой суспензии с содержанием 6,0 мас.% глинопорошка сопоставимые значения условной вязкости, СНС и реологических параметров наблюдаются, например, при концентрации КЛСП 4,5 мас.% и концентрации Липакрила 2-3 мас.% (см. табл. 3, 4, 5). Следовательно, расход заявляемого реагента в глинистом растворе по сравнению с прототипом уменьшается в среднем в 1,5-2 раза.

Экономическая эффективность использования лигносульфонатно-пекового акрилового реагента Липакрил подтверждена промышленными испытаниями при бурении 3-х скважин в интервале 1350-3760 м под эксплуатационную колонну на Северо-Уренгойском месторождении за счет:

- уменьшения ассортимента и расхода (количества) химических реагентов и материалов;

- сокращения затрат производительного времени на приготовление и химическую обработку бурового раствора, промывку и проработку ствола скважины.

Уменьшение расхода сопутствующих реагентов и материалов см. в табл. 6.

Экономия от сокращения расхода химических реагентов и материалов в ценах на 01.12.2002 г. представлена в табл. 7.

Общая экономия от сокращения расхода химических реагентов и материалов по 3-м скважинам составила 2635422 руб.

В случае использования базовой технологии обработки бурового раствора по 3-м скважинам следовало ожидать, что при проходке 4903 м в указанном интервале будет затрачено 1432 час на работы, связанные с буровым раствором, проработкой и промывкой скважины. Однако фактические затраты времени составили 1246 час.

В итоге, затраты времени уменьшились на 1432-1246=186 (час).

При стоимости 1 суток работы буровой бригады 121876 руб сокращение затрат производительного времени позволило сэкономить 121876×186: 24=944539 (руб.).

С учетом уменьшения затрат на химические реагенты и сокращения сроков строительства 3-х скважин общая экономия от использования нового комплексного реагента Липакрил составила 2635422+944539=3579961 (руб.).

Формула изобретения

1. Комплексный реагент-стабилизатор полимерных и малоглинистых буровых растворов, включающий талловый пек, отличающийся тем, что он дополнительно содержит технические лигносульфонаты, каустическую соду, структурообразующий агент - сополимер акриламида и акрилата натрия с молекулярной массой 14·10⁶ г/моль - Праестол марки 2530 или высоковязкий реагент на основе Гипана - ВПРГ и воду при следующем соотношении ингредиентов, мас. %:

Технические лигносульфонаты 15–17

Каустическая сода 5–6

Указанный структурообразующий агент 15–17

Талловый пек 59–62

Вода Остальное

2. Способ приготовления комплексного реагента-стабилизатора полимерных и малоглинистых буровых растворов, включающий растворение в талловом пеке в условиях перемешивания, отличающийся тем, что при приготовлении указанного реагента-стабилизатора по п.1 предварительно растворяют в воде каустическую соду, затем осуществляют растворение в талловом пеке всех указанных ингредиентов, смесь всех ингредиентов омыляют и одновременно упаривают при температуре 80 - 90°С в условиях перемешивания и вакуумирования до остаточной влажности 2 - 3 мас.% и щелочности 8,3 - 8,5.

РИСУНКИРисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7