Буровой раствор

Изобретение относится к области бурения глубоких скважин, а именно к безглинистым биополимерным буровым растворам, используемым преимущественно при бурении горизонтальных и наклонных участков скважин.

Известен полимерглинистый буровой раствор (см. патент РФ №21003313, МПК 6 С09К 7/02, опубл. в БИ № 3 ,1998 г.), содержащий следующие ингредиенты, мас. %:

Глина	40-60
Полиакриламид	0,018
Кальцинированная сода	0,5
Вода	остальное.

Как содержащий в большой доле глину, буровой раствор является устаревшим по характеристикам, имеет ряд недостатков: ухудшение условий работы долота и в результате — низкая механическая скорость бурения, высокая вязкость, приводящая к большим потерям давления при прокачивании раствора, сложность поддержания его свойств, их нестабильность, еще большее ухудшение свойств при переходе в состав раствора глины и солей, быстрый переход глины в состав бурового раствора и др.

Глина в состав бурового раствора переходит при разбуривании глиносодержащих пород при недостаточной степени ингибирования бурового раствора и неэффективной его очистке.

Известен буровой раствор (см. пат.РФ 2362793), содержащий , мас .% :

Полиакриламид ПАА	0,15-0,3
Карбоксиметилцеллюлозу КМЦ	0,3-0,5
Кальцинированную соду Nа2CO3	0,3-0,5
Биополимер «Сараксан» или «Сараксан Т»	0,1-0,2
Вода	остальное.

Данный буровой раствор безглинистый, но также не относится к ингибирующим гидратацию, пептизацию и переход в состав бурового раствора разбуриваемых глин. Поэтому при бурении в глиносодержащих породах он быстро насыщается глиной и требует сложной, дорогостоящей физико-химической обработки. Это его недостаток.

Подобным, но более совершенным является безглинистый буровой раствор (см. пат РФ 2226540), содержащий, мас.%:

Полиакриламид	0,2 ― 0,5
Ксантан	0,2 ― 0,4
Сульфат алюминия	0,02 ― 0,04
Карбонат кальция	2 ― 5
Вода	остальное

а также дополнительно раствор содержит хлорид калия в количестве 3-20 мас.%.

Благодаря наличию в составе безглинистого бурового раствора ксантана (биополимер-полисахарид) образуется объемная структура, при которой оказалось возможным значительно повысить динамическое и статическое напряжение сдвига бурового раствора, а следовательно- способность бурового раствора удерживать шлам при остановке циркуляции и выносить его в процессе циркуляции из скважины.

А содержащийся в буровом растворе хлорид калия сдерживает переход глины в состав бурового раствора. Но эффективности соли, как ингибитора пептизации глины недостаточно. Поэтому и такой раствор имеет нестабильные свойства в процессе разбуривания глин.

Известен буровой раствор PRIMOSOL, содержащий, кг/м3

Биополимер- ксантановую. смолу	1,5-2
Полианионнную целлюлозу	2-4
Карбонат кальция	60-80
Хлорид калия или хлорид натрия	30-40
Полиакриламид	1,5-2

(см. Опыт реализации инженерных решений по буровым растворам при строительстве горизонтальных скважин на Баженовскую свиту Польяновской площади Красноленинского месторождения. С.А Черевко и др. Журнал Бурение и Нефть. 2016, №3. С. 4-7)-прототип.

Это безглинистый ингибированный буровой раствор, в котором хлориды калия или натрия препятствуют в некоторой, но не в полной степени пептизации разбуриваемой глины, переходу ее в состав бурового раствора и отрицательному воздействию на свойства раствора. Но, как и в вышеназванных аналогах ― безглинистых буровых растворах — в нем содержится в большой доле полиакриламид (ПАА) — высокомолекулярный полимер, активно вступающий во взаимодействие с глиной, адсорбирующий ее. При таком высоком содержании ПАА глина, попадающая в раствор даже в малых количествах, сшивает молекулы полимера (или полимер связывает частицы глины в единую систему), образуется полимер-глинистая структура. Вязкость и структурно — механические свойства бурового раствора возрастают выше допустимых значений. Поэтому требуются частые дополнительные физико-химические обработки бурового раствора, его высококачественная, не всегда достижимая на практике, очистка, а значит ― дополнительные расходы.

Технический результат заявляемого изобретения ― обеспечение стабильности значений показателей реологических свойств бурового раствора, характеризующих его выносящую способность и влияющих на потери давления при его прокачивании, при попадании в буровой раствор глины.

Буровой раствор, особенно используемый при бурении горизонтальных и наклонных участков скважин, для обеспечения необходимой выносящей способности (способности транспортировать выбуренную породу ― шлам в заколонном пространстве скважины и удерживать шлам во взвешенном состоянии при остановке циркуляции) должен обладать способностью создавать структуру при низких скоростях сдвига или в покое. Эта способность оценивается косвенно такими реологическими показателями, как динамическое напряжение сдвига τ при использовании реологической модели Шведова ― Бингама или показателя нелинейности n при использовании реологической модели Оствальда. Последняя из названных моделей более адекватно описывает поведение безглинистых полимерных буровых растворов.

На величину потерь давления при прокачивании бурового раствора в первую очередь влияют значения таких его реологических показателей, как пластическая вязкость η (модель Шведова ― Бингама ) и коэффициент консистенции К (модель Оствальда).

Оптимизация реологических свойств бурового раствора подразумевает повышение до некоторого заданного уровня τ и минимальные значения η, К и n.(Принятые здесь обозначения использованы в таблице).

Заявляемое изобретение позволяет сохранять на близком к оптимальным уровням значения реологических показателей бурового раствора при попадании в него глины.

Технический результат достигается тем , что буровой раствор содержит, мас.%:

Полиакриламид АК 631 марки А 930	0,05
Крахмальный реагент для бурения «БурС»	1-3
Биополимер Сараксан	0,4-0,6
Нитрилотриметилфосфоновую кислоту НТФ	0,05
Карбонат кальция	6-8
Хлорид калия	3-6
Воду	остальное

Заявленный состав бурового раствора обеспечивает ему оптимальные- приемлемые технологические (реологические и фильтрационные) свойства.

Образцы буровых растворов готовили следующим образом. Заранее готовили водные растворы полимеров: ПАА, полианионной целюллоза (ПАЦ), Сараксана, БурС. Кальцинированную соду, НТФ, соли и карбонат кальция (молотый мрамор) при приготовлении образцов использовали в сухом виде. Смешивали реагенты,их растворы и добавки в заданном соотношении. Глину добавляли в готовые составы в виде свежеприготовленной глинистой пасты. При приготовлении заявленных составов их щелочность поддерживали в пределах 7-8 добавлением НТФ. После приготовления образцов их прогревали в автоклавах при температуре 80 ОС в течении 16 часов. Затем замеряли реологические показатели на ротационном вискозиметре Fann 35SA, показатель фильтрации ― на приборе ВМ-6 в комнатных условиях.

Составы, подвергшиеся испытанию, и полученные данные приведены в таблице. В таблице в составах буровых растворов не указана вода.Она составляла остальную часть. Составы под №№ 1-4- прототип. Составы под №№ 5 и 10 содержат ингредиенты в долях за пределами заявляемых и имеют неприемлемые значения показателей свойств.

Опыты показали, что предлагаемые составы буровых растворов, имеющие изначально приемлемые по значению показатели реологических и фильтрационных свойств, не изменяют их существенно при попадании в буровой раствор глины в доле до 3% масс. В то же время попадание глины в буровой раствор ―прототип существенно ухудшает его реологические свойства. При вводе в заявляемый буровой раствор глины более, чем 3% масс. стабильность показателей свойств раствора нарушается.

Полученный эффект не был ожидаемым. Видимо, он результат комплексного взаимодействия таких компонентов бурового раствора, как ПАА, БурС, НТФ и соли с попавшей в раствор глиной. Предположительно полученный эффект можно обьяснить тем, что при малых концентрациях ПАА именно выбранного качества (среднемолекулярный с низкой степенью гидролиза) в буровом растворе при попадании в раствор глины не возникает сплошная полимер-глинистая структура. Образуются только отдельные полимер-глинистые комплексы, замкнутые сами на себя, электрически нейтральные, а поэтому не взаимодействующие друг с другом и не создающие единую структуру и , как следствие, существенно не загущающие раствор. Иными словами, при малых концентрациях ПАА выводит глину, как структурообразователь из активного состояния. Получению указанного эффекта способствуют: а) замена понизителя фильтрации ПАЦ на крахмальный реагент для бурения «БурС», молекулы которого имеют сравнительно значительно меньшую молекулярную массу, адсорбционно неактивны, а поэтому не взаимодействуют с глиной; б) фосфоновый комплексон НТФ, который за счет прочных хелатных связей нейтрализует заряды на поверхности глинистых частиц, делает их неактивными, а за счет снижения щелочности раствора создает благоприятные условия для работы ПАА.; в) соли, которые вытесняют гидратные и создают сольватные оболочки вокруг частиц глины и тем самым также помогают полиакиламиду связывать глину в замкнутые разрозненные инертные комплексы. Таким образом, в буровом растворе реализуется сложный механизм нейтрализации глины.

В опытах использовали:

Полиакриламид среднемолекулярный с низкой степенью гидролиза АК 631 А марки 930 производства ООО «Акрипол», г.Саратов.

Ксантановый биополимер Сараксан производства ОАО «Биохимия», г. Саранск.

Крахмальный реагент для бурения «БурС» производства ООО «БурениеСервис»-ЗАО «Амилко», г.Милерово.

Фосфоновый комплексон НТФ производство ОАО «Химпром». г.Новочебоксарск.

Глину-отобранный при бурении скважины на Федоровском месторождении в Западной Сибири глинистый шлам, высушенный и затем размолотый.

Хлорид калия мелкий белый производства ОАО «Уралкалий» г.Березники.

В качестве кабоната кальция применяли молотый мрамор производства ООО «Минералресурс» г.Екатеринбург.

Проведя обзор патентов и технической литературы с целью определения технического уровня и новизны, авторы не обнаружили информацию о буровых растворах, характеризующихся заявленной совокупностью признаков. Следовательно, по мнению авторов, предложение ново.

Опыты показали неожиданно высокие положительные результаты. В то время, как с прототипом получен отрицательный результат. Реализация изобретения не требует каких-либо новых средств и технологий.

Формула изобретения

Буровой раствор, содержащий полиакриламид, полимер-понизитель фильтрации, биополимер ксантановый, карбонат кальция, хлорид калия и воду, отличающийся тем, что он содержит полиакриламид среднемолекулярный с низкой степенью гидролиза АК 631 марки 930, в качестве понизителя фильтрации крахмальный реагент для бурения «БурС», дополнительно нитрилотриметилфосфоновую кислоту НТФ при следующем содержании ингредиентов, мас.%:

Полиакриламид АК 631 марки А 930	0,05
Крахмальный реагент для бурения «БурС»	1-3
Биополимер ксантановый	0,4-0,6
Нитрилотриметилфосфоновая кислота НТФ	0,05
Карбонат кальция	6-8
Хлорид калия	3-6
Вода	остальное

Реферат

Технический результат изобретения заключается в обеспечении стабильности значений реологических показателей бурового раствора при попадании в него глины.

Буровой раствор содержит мас.%:

Полиакриламид АК 631 марки А 930	0,05
Крахмальный реагент для бурения «БурС»	1-3
Биополимер ксантановый	0,4-0,6
Нитрилотриметилфосфоновую кислоту НТФ	0,05
Карбонат кальция	6-8
Хлорид калия	3-6
Вода	остальное