Буровой раствор на углеводородной основе
Изобретение относится к бурению и заканчиванию нефтяных и газовых скважин, в частности к буровым растворам на углеводородной основе. Техническим результатом является создание экологически безопасного бурового раствора на углеводородной основе с требуемыми вязкостными и структурными показателями в широком диапазоне водосодержания. Буровой раствор содержит в мас.%: касторовое масло 50,0 - 83,0, загуститель - кальциевый резинат канифоли 4,0, хлористый кальций 10,0, эмульгатор - неонол АФ-9/12 0 - 0,3, органофильный бентонит 2,0 - 3,0, воду 0 - 30,0, гидрофобизатор - пенозолин 0 - 2,0. 1 з. п. ф-лы, 2 табл.
Изобретение относится к бурению и заканчиванию нефтяных и газовых скважин.
В мировой практике все более широкое распространение при бурении и особенно при заканчивании скважин находят растворы на углеводородной основе (РУО). Известны два класса РУО: безводные углеводородные растворы (известково-битумные растворы и загущенные нефти) и гидрофобно-эмульсионные буровые растворы (ГЭР) с большим содержанием водной фазы (см. А.И.Булатов, А.Г.Аветисов. Справочник инженера по бурению в двух томах. М.: Недра, 1985 г., том 1, стр. 360; В.И.Токунов, И.Б.Хейфец. Гидрофобно-эмульсионные буровые растворы. М.: Недра, 1983 - аналоги).
Основной проблемой использования буровых растворов на углеводородной основе (РУО) является их потенциальное отрицательное влияние на окружающую среду, особенно в экологически чувствительных зонах (морские акватории, поймы рек). Особую остроту этой проблеме придает тенденция к ужесточению требований к охране окружающей среды во всем мире.
Проблема снижения токсичности РУО была поставлена за рубежом в конце 70-х годов XX века и ее решение связано с использованием углеводородных жидкостей под объединенным общим названием «минеральные масла». Однако использование минеральных масел не решало до конца проблемы экологической безопасности РУО. Биологическая разлагаемость растворов на их основе не превышала 5 %, что не позволило снять ограничения на их сброс в море.
В связи с этим была выдвинута проблема создания биологически разлагаемых буровых растворов на синтетической неводной основе, являющихся альтернативой РУО и обладающих всеми их достоинствами.
Известен эмульсионный буровой раствор, содержащий касторовое масло, не загрязняющий окружающую среду, который представляет собой прямую эмульсионную систему, основой этого бурового раствора является сложный гель, биоразлагаемый в аэробных и анаэробных условиях, содержащий неполярную дисперсионную среду, жидкое полимерное поверхностно-активное вещество ПАВ, в кислой форме, растворенное или диспергированное в указанной неполярной среде, агент для нейтрализации полимерного ПАВ, содержащий от 0,2 до 5 молекул воды на молекулу ПАВ, эмульгатор и/или твердый наполнитель, растворимый или нерастворимый в неполярной среде.
Гель используется для приготовления бурового раствора на водной основе (см. пат. США № 5858928 А, С 09 К 7/02, 112.01.1999 г. - ПРОТОТИП).
Недостатком этого технического решения является то, что сам гидрофобный (неполярный) гель в качестве промывочной жидкости (согласно патенту US 5858928 А, С 09 К 7/02) не используется, а приготовленный из него буровой раствор является водным, т. е. в основе своей он содержит от 97 до 99,09% воды. Следовательно, несмотря на его высокую водоудерживающую способность Ф=18-20 см3/30 мин по API, выделившаяся влага может гидратировать и разупрочнять водочувствительные горные породы, слагающие стенки скважин, а также вызывать процесс набухания глинистой части скелета, нефтеносного пласта, что ведет к снижению его продуктивности или полной закупорке.
Техническим результатом изобретения является создание экологически безопасного бурового раствора на углеводородной основе (РУО) с требуемыми вязкостными и структурными показателями в широком диапазоне водосодержания путем применения новой широко доступной углеводородной основы.
Буровой раствор, содержащий касторовое масло, эмульгатор, хлористый кальций, бентонит и воду, содержит органофильный бентонит, в качестве эмульгатора - неонол АФ-9/12 и дополнительно - загуститель - кальциевый резинат канифоли при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| касторовое масло | 50,0 - 83,0 |
| кальциевый резинат канифоли | 4,0 |
| хлористый кальций | 10,0 |
| неонол АФ-9/12 | 0 - 0,3 |
| органофильный бентонит | 2,0 - 3,0 |
| вода | 0 - 30,0 |
Буровой раствор дополнительно может содержать гидрофобизатор - пенозолин 0 - 2,0 мас.%.
Совокупность заявленных компонентов в заявляемых соотношениях обеспечивает получение такой обратной эмульсии, которая при бурении, фильтруясь в горные породы, не вызывает их набухания и, как следствие, их разупрочнения. А при вскрытии нефтегазоносного пласта заявляемый буровой раствор не вызывает набухания глинистой части его скелета, что обеспечивает полное сохранение коллекторских свойств продуктивного пласта.
В ходе лабораторных исследований были приготовлены образцы РУО обоих классов - раствор, не содержащий водной фазы и гидрофобно-эмульсионные буровые растворы (ГЭР) с минимальным (10%) и 30%-ным содержанием водной фазы.
Образцы РУО готовили согласно способам и методикам, приведенным в работах «Гидрофобно-эмульсионные буровые растворы», В.И.Токунов, И.Б.Хейфиц. - М.: Недра, 1983 г. «Применение обратных эмульсий в нефтедобыче», Г.А.Орлов, М.Ш.Кендис, В.М.Глущенко. - М.: Недра, 1991 г.
При исследованиях использовались методики и аппараты согласно РД 39-2-645-81 «Методика контроля параметров буровых растворов», Краснодар: ВНИИКРнефть, 1981 г.
Результаты исследований растворов на углеводородной основе (РУО) по предлагаемому техническому решению представлены в таблицах 1 и 2.
| Таблица 1 | ||||
| Составы РУО на основе касторового масла | ||||
| Наименование компонентов | Марка, сорт, ТУ, ГОСТ | Содержание компонентов, мас.% | ||
| Загущенное касторовое масло | ГЭР-1 | ГЭР-2 | ||
| Касторовое масло | Коммерческое | 83,0 | 73,7 | 50,0 |
| Загуститель. Кальциевый резинат канифоли | Экологически безопасен | 4,0 | 4,0 | 4,0 |
| Хлористый кальций | ГОСТ 540-77 | 10,0 | 10,0 | 10,0 |
| Неонол АФ-9/12 (эмульгатор) | ТУ 38.507-635-171-91 | - | 0,3 | 0,2 |
| Пенозолин (гидрофобизатор) | ОП | - | - | 2,0 |
| Вода | техническая | - | 10 | 30,0 |
| Органофильный бентонит | ТУ 95-27-52-2000 | 3,0 | 3,0 | 2,0 |
Указанный технический результат достигается при любых значениях из указанного интервала, например, буровой раствор содержит в мас.%: касторовое масло 80, кальциевый резинат канифоли 4,0, хлористый кальций 10,0, неонол АФ-9/12 0,1, органофильный бентонит 2,5, воду 3,3, пенозолин 0,1 или касторовое масло 60, кальциевый резинат канифоли 4,0, хлористый кальций 10,0, неонол АФ-9/12 0,25, органофильный бентонит 2, воду 23,6, пенозолин 0,15.
| Таблица 2 | ||||
| Параметры буровых растворов (РУО) на основе касторового масла | ||||
| Показатели свойств | Единица измерения | Классы РУО | ||
| Загущенное касторовое масло | ГЭР-1 | ГЭР-2 | ||
| Плотность(ρ) | г/см3 | 0,997 | 0,886 | 1,04 |
| Вязкость эффективная (ηэф.) | мПа·с | 70 | 64 | 101 |
| Вязкость пластическая (ηпл.) | мПа·с | 68 | 55 | 81 |
| Динамическое напряжение сдвига (τ0) | дПа | 19,2 | 57,6 | 196 |
| Статическое напряжение сдвига (СНС) через 1 мин покоя через 10 мин покоя | дПа | 1 | 1 | 3 |
| дПа | 2 | 1 | 6 | |
| Показатель фильтрации (Ф20) | см3/30 мин | 5,4 | 1,1 | 0 |
| Глиноемкость | % | 22,5 | 22,5 | 22,5 |
| Устойчивость | часов | не ограничено | не ограничено | >340 |
| Электростабильность (Э) | В (вольт) | 951 | 375 | 211 |
| Показатель фильтрации (Ф90) | см3/30 мин | 15,97 | 19,17 | 1,27 |
| Ингибирующая способность (П0) | см/час | 0,187 | 0,187 | 0,187 |
| Поверхностное натяжение (σ) фильтрата | μН/м | 7,80 | 7,82 | 6,52 |
| Термостабильность | °С | >120 | 120 | 120 |
Согласно экспериментальным данным, приведенным в таблицах 1 и 2, растворы (РУО) на основе касторового масла имеют технологические параметры отвечающие всем требованиям ведения буровых работ. Их реологические характеристики имеют достаточно низкие значения. Так эффективная вязкость (см. табл.2) у всех трех типов растворов находится в пределах 60-70 мПа·с, что соответствует величинам вязкости практически используемых растворов на нефтяной основе. Значения величин пластической вязкости в интервале 68-50 мПас, у растворов на основе касторового масла, практически идентичны величинам растворов на нефтяной основе. Динамическое напряжение сдвига в диапазоне 19-20 дПа у предлагаемых растворов согласуется с величинами классических РУО на нефтяной основе и обеспечивает им надежную выносящую способность. Показатель горячей фильтрации (Ф90) в пределах 1,27-19,17 см3 за 30 минут позволяет растворам на касторовом масле иметь низкие потери раствора в процессе циркуляции в забойных условиях и по величине соответствует показателям классических РУО. Что касается таких показателей (у предлагаемых растворов), как глиноемкость, устойчивость, электростабильность, то их величины характеризуют предлагаемые жидкости как чрезвычайно устойчивые (см. табл.2). Термическая стабильность у предлагаемых систем соответствует 120°С.
Надо еще отметить как положительные качества их высокую ингибирующую способность (П0=0,187 см/час) и низкое поверхностное натяжение их фильтратов (σ=6,52-7,82 μН/м), что предопределяет качественное вскрытие продуктивных пластов и высокие дебиты извлекаемого сырья.
Кроме того, предлагаемые буровые растворы на основе касторового масла являются экологически абсолютно безопасными и могут быть использованы при разбуривании шельфовых месторождений нефти и газа, так как допускают сброс отработанных буровых растворов непосредственно в акваторию без ущерба для природы. Ведь основа (касторовое масло) и загуститель являются биоразлагаемыми и полностью утилизируются микроорганизмами из окружающей среды.
Таким образом, поставленная задача данного изобретения решена путем загущения касторового масла кальциевым резинатом канифоли и созданием инвертных (обратных) эмульсий на его основе.
1. Буровой раствор, содержащий касторовое масло, эмульгатор, хлористый кальций, бентонит и воду, отличающийся тем, что он содержит органофильный бентонит, в качестве эмульгатора - неонол АФ-9/12 и дополнительно загуститель - кальциевый резинат канифоли при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| Касторовое масло | 50,0 - 83,0 |
| Кальциевый резинат канифоли | 4,0 |
| Хлористый кальций | 10,0 |
| Неонол АФ-9/12 | 0 - 0,3 |
| Органофильный бентонит | 2,0 - 3,0 |
| Вода | 0 - 30,0 |
2. Буровой раствор по п. 1, отличающийся тем, что он дополнительно содержит гидрофобизатор пенозолин - 0 - 2,0 мас.%.
