Инвертный эмульсионный буровой раствор

Инвертный эмульсионный буровой раствор

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ИНВЕРТНЫЙ ЭМУЛЬСИОННЫЙ БУРОВОЙ РАСТВОР, содержащий воду Щ1И глинистый раствор на в.одной основе, дизельное топливо, эмульгатор и стабилизатор , отличающийся тем, что, с целью повышения термостойкости раствора до 120 С и его агрегативной устойчивости к загрязнению гидрофильными породами, раствор дополнительно содержит мелкодисперсньй мел, а в качестве эмульгатора содержит талловый пек, омыленный углекислым натрием, и в качестве стабилиза .тора - побочный продукт производства фитостерина при следующем соотношении компонентов, мас.%: Глинистый раствор на водной основе или вода ;23-39 Талловый пек, омыленный углекислым натрием 10-12 Дизельное топливо 40-50 Побочный продукт производства фитостерина 1-3 Мелкодисперсный мел

СО1ОЗ СОВЕТСНИХ

СОЩМЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

4(51) С 09 К 7/06

ОПИСАНИЕ ИЗСБРЕ1ЕК4Я

К АВТОРСИОМ / СВКДЕТеЛЬСТВу

10-12

40-50

t-3

10-12

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ HOMHTET СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЬПИЙ (21) 3612456/23-03 (22) 23.06.83 (46) 15.01. 85. Бюл. h» 2 (72) А.Ф. Усынин, В.Д. Тур, В.С. Войтенко, А.И. Телицина и С.Н. Горецкий (71) Всесоюзный научно-исследовательский геологоразведочный нефтяной институт (53) 622. 243. 445. (088. 8) (56) 1. Патент США ¹ 3002923, кл, 252-8 5, опублик. 1961.

2. Ильин Г.A. и др. Преобразование глинистого раствора в инверткую эмульсию. Экспресс-информация ВНИИЭГазпром, сер. Геология, бурение и разработка газовых месторождений", ¹ 16 (40), 1977, с. 19-22 (прототип). (54)(57) ИНВЕРТНЫЙ ЭМУЛЬСИОННЫЙ БУРОВОЙ РАСТВОР, содержащий воду или глинистый раствор на водной основе, дизельное топливо, эмульгатор и стабилизатор, отличающийся тем, что, с целью повышения термостойо кости раствора до 120 С и его агрегативной устойчивости к загрязнению гидрофильными породами, раствор дополнительно содержит мелкодисперсный мел, а в качестве эмульгатора содерKHT талловый пек,,омыленный углекислым натрием, и в качестве стабилиза.тора — побочный продукт производства фитостерина при следующем соотношении компонентов, мас.Ж:

Глинистый раствор ка водной основе или вода 23-39

Талловый пек, омыпенный углекислым натрием

Дизельное топливо

Побочный продукт производства фитостерина

Мелкодисперсный мел

1 1 134594

Изобретение относится к бурению нефтяных и газовых скважин, в част- э ности к буровым растворам на углеводородной основе типа- инвертных (обэ ратных) эмульсий, 5

Известен инвертно-эмульсионный н буровой раствор, состоящий из вод- а ной фазы, нефтяной фазы и эмульгатон ра в количестве 2,9-3,2 кг на 1 м . (Эмульгатор, в основном, состоит из 10 в растворимого в нефти поверхностно- . ч активного вещества, относящегося б к группе амидов жирных кислот ангидро-алкилглюкамина и эфиров данных о амидов. Способ приготовления этой 15 обратной эмульсии заключается в до- м бавлении к воде нефти (дизельного а топлива) с растворенным эмульгатон ром (1) .

28„5-54

32-35

16-18

2-5

18-26

10-! 2

Недостатками этого раствора являются сложность и многоступенчатость получения эмульгатора, его дефицитность и высокая стоимость.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является инвертный эмульсионный буровой раствор, содержащий в качестве водной фазы воду или глинистый раствор на водной основе, а в, качестве углеводородной фазы — смесь дизельного топлива или нефти с окисленным битумом, СМАД-1 и эмульталом при следующем соотношении компонентов, вес.7.:

Вода или глинистый 35 раствор на водной основе

Дизельное топливо или нефть 40-60

Высокоокисленный 40 битум 2-4,5 СМАД-1 2-4 0

Эмультал 2-3i0

Приготовление указанного инвертного эмульсионного бурового раствора осуществляется по следующей технологии. При непрерывной циркуляции глинистый раствор предварительно обогащается дизельным топливом до 27 вес.X высокоокисленным битумом до 2,0 вес.7 50 и СМАД-1 до 2,0 вес.%. Параллельно заготавливается углеводородная фаза (УФ), содержащая эмульгатор (эмультал) и оставшуюся от расчетного количества часть дизельного топлива, 55

СМАД-1 и высокоокисленного битума.

Приготовленная УФ перемешивается с циркулирующим глинистым раствором до преобразования его в инвертную мульсию 2 .

Г 1

Недостатком этого инвертного мульсионного бурового раствора, получаемого из глинистого раствора а водной основе, является низкая грегативная устойчивость при загрязении частицами выбуренной породы более 15X) и увеличении температуры

ыше 70 С, что в свою очередь ограни0 ивает использование раствора при урении глубоких скважин, а также при вскрытии горизонтов, сложенных сыпающимися и набухающими породами.

Цель изобретения — повышение теростойкости раствора до 120 С и его грегативной устойчивости к загрязнеию гидрофильными породами.

Поставленная цель достигается тем, что инвертный эмульсионный буровой раствор, содержащий воду или глинистый раствор на водной основе, дизельное топливо, эмульгатор и стабилизатор, дополнительно содержит мелкодисперсный мел, а в качестве эмульгатора содержит талловый пек, омыленный углекислым натрием, и в качестве стабилизатора — побочный продукт производства фитостерина при следующем соотношении компонентов, мас.7:

Глинистый раствор на водной основе или вода 23-39

Талловый пек, омыленный углекислым натрием 10-12

Дизельное топливо 40-50

Побочный продукт производства фитостерина 1-3

Мелкодисперсный мел 10-12

Содержание глины в глинистом растворе на водной основе должно составлять не более 10 мас.X.

Талловый пек, омыленный углекислым натрием, имеет следующий состав, мас.X:

Нейтральные вещества

Окнсленные вещества

Смоляные кислоты

Жирные кислоты

Натриевые соли жирных кислот 10-20

Натриевые соли смоляных кислот 8-10

Побочный продукт производства фитостерина ППФ содержит, мас.7.:

Натриевые соли жирных кислот 12-22

Натриевые соли смоляных кислот

113 45

94 4

Неомыляемые вещества (спирт алифатический

С14 -С ь, углеводороды)

1-3

Этиловый спирт 2-10

Вода Остальное 5

Талловый пек, омыленный углекислым натрием, и ППФ вЂ” побочный продукт производства фитостерина, выпускаются Соломбальским ЦБК согласно

ТУ 13-4000 177-174-83 и ТУ 13-05

ТУ 13-4000 177-174-83 и ТУ 13-05-109-82 соответственно.

Способ приготовления предлагаемого инвертно-эмульсионного бурового раствора заключается в следующем. 15

В воде или глинистом растворе на водной основе, содержащем не более 10 мас.% глины, при непрерывном перемешивании (циркуляции) растворяют талловый пек, омыленный углекис- 20 лым натрием (50 мас. от расчетного количества). Затем вводят дизельное топливо с растворенной в нем оставшейся частью таллового пека — УФ.

В образующуюся эмульсию добавляют 25

ППФ и мелкодисперсный мел (с размером частиц меньше 0.25 мм) ° После 40-60 мин перемешивания технологические параметры эмульсии стабилизируются и она .

° готова к применению. 30

Предлагаемый способ получения инвертной эмульсии аналогично известному предусматривает технологический прием, согласно которому во избежание интенсивного загущения в процес- 35 се добавления к воде или глинистому раствору углеводородной фазы некоторое количество ингредиентов, в данном случае часть эмульгатора, предварительно растворяется в воде или в 4g глинистом растворе на водной основе, а другая часть — в углеводородной жидкости, т.е. представляет собой низкоконцентрированную УФ. Благодаря такому разделению, а также влиянию природы эмульгатора (его способности растворяться одновременно в воде и углеводородной жидкости) и концентрации составляющих компонентов эмульгированне — обращение фаз, начи-у> нается при содержании в растворе

75-100 мас. от расчетного количества углеводородной жидкости и эмульга. тора, т.е. когда соотношение между . содержанием воды иЛи между глинистым раствором на водной основе и УФ (смеси дизельного топлива с талловым пеком, омыленным углекислым натрием) является сбалансированным. При этом эмульгирование протекает равномерно и обеспечиваются хорошие реологические показатели эмульсии (табл. 1).

На заключительном этапе вводится высокоэффективный стабилизатор ППФ и мелкодисперсный мел.

Поскольку увеличение концентрации глины в растворе на водной основе свыше 10 мас.% сопровождается образованием в процессе обращения фаз плотного осадка из гидратированных глинистых частиц (табл. 5), то содержание глинистой фазы на требуемом уровне в промысловых условиях регулируется предварительной механической очисткой глинистого раствора на водной основе в сочетании с разбавлением его водой или водным раствором эмульгатора.

Для выбора оптимального содержания таллового пека, омыленного углекислым натрием (табл. 2), ППФ (табл.3), мелкодисперсного мела (табл. 4), дизельного топлива и воды или глинистого раствора на водной основе (табл. 5), а также содержания глины в исходном глинистом растворе (табл. 6) провели ряд последовательных лабораУ торных исследовании.

Пример. Приготовление инверт-., . ного эмульсионного бурового раствора.

50 г таллового пека растворяли в 300 г воды. Параллельно растворяли 50 r таллового пека в 480 г дизельного топлива ° При интенсивном перемешивании постепенно вводили углеводородную фазу в водную. В процессе образования эмульсии вводили 20 г

ППФ и 100 г мелкодисперсного мела.

Через 40-60 мин после введения в систему всех компонентов и последующего непрерывного перемешивания Определяли технологические параметры полученной эмульсии.

В табл. 2-6 приведены технологические параметры рапворов различного состава, приготовленных по описанному способу.

Из табл. 2 следует, что оптимальной добавкой таллового пека, омыленного углекислым натрием, следует считать 10-12 мас. . Увеличение содержания пека свыше 12 мас.X нецеле-. сообразно, поскольку оно практически не влияет на изменение технологических параметров эмульсии, в частности величины фильтрации и напряже1134594 ния пробоя. При концентрации пека менее 10 мас,X увеличивается фильтрация и снижаются структурно-механические показатели эмульсий (СНС и условная вязкость).

Из данных табл. 3 видно, что добавка ППФ в количестве 1-3 мас.X является наиболее приемлемой, так как при содержании ППФ менее 1 и более 3 мас.% увеличивается фильтрация эмульсии.

Из табл. 4 видно,, что при содержании мела менее !О мас.7 снижаются

СНС и вязкость, а при содержании более 12 мас.7 — СНС эмульсии. Исходя из этого рекомендуемая добавка мела 10-12 мас.%.

На основании данных табл. 5 содержание воды в эмульсии принято равным 23-39 мас.%, а дизельного топлива 40-50 мас.% поскольку при содержании воды более 39 мас.%, а дизельного топлива менее 40 мас.X увеличивается вязкость и величина фильтрации; при содержании воды менее 23 мас.7, а дизельного топлива более 50 мыс.% снижаются структурномеханические показатели (вязкость и CHC) эмульсии и возрастает фильтрация.

Из данных, гриведенных в табл.б, видно, что образование плотного осадка из гидратированных глинистых частиц начинается при содержании в исходном растворе более 10 мас.X глинопорошка.

Результаты сравнительных испыта. ний предлагаемого инвертного эмульсионного бурового раствора (по его граничным и средним значениям концентраций компонентов) с известным составом (прототипом) приведены в

Изменение условной вязкости, с, образующейся инвертной эмульсии в зависимости оТ добавки низкоконцентрированной УФ, мас.X

50 75 90 100

0 10 20 30

Вода 80

Глинопорошок 10

Талловый пек 10

40 41 42 45 48 98 119 120

Состав бурового раствора на водной основе, мас.7 табл. 7. Из данных табл. 7 следует, что после добавления до 20 мас.X негидратированного бентонитового глинопорошка и термостатирования в те5 чение 2 ч при 120 С и давлении бО КПа эмульсии 1-3 имеют практическн неизменяющиеся значения показателя фильтрации и структурно-механические показатели (вязкость и СНС).

Эмульсия 4 (известный состав) разрушается уже при температуре выше ?О С и содержании глинопорошка более

15 вес.X.

Длч приготовления глинистого раствора на водной основе можно использовать любые глинопорошки, поскольку представленные исследования выполнены в экстремальных условиях с помощью одного из лучших бентонитов аскангеля, высокая дисперсность и коллоидальность которого являются одной из причин загущения в процессе преобразования глинистого раствора в обратную эмульсию (табл. 6). Во избежание выпадения из эмульсии гидратированных глинистых частиц и формирования на их основе нелрокачиваемой пасты содержание глинопорошка не должно превышать 10 мас..7..

ЗО В состав эмульсии наряду с необработанными глинистыми суспензиями могут входить и стабилизированные химреагентами глинистые растворы.

Однако уже предварительные исследоЗ5 вания показывают, что изменение свойства глинистого раствора на водной основе за счет введения химических

Ф добавок может быть использовано для регулирования параметров получаемой

40 эмульсии — улучшения ее свойств (фильтрационных, реологических, диэлектрических и т.д.).

Таблица 1

1134594

Таблица 2

;Состав инвертной эмульсии, мас.7

Корка, СНС, Па

УсловПлотность, г/см ильтраия, м /30 мин

U, В ная

1 мин 10 мин

Вяз кость, с.

Э

Вода 32

Талловый пек 5

>250

1,04

1,04 65

0,8 >250

Мел 12

Мел 12

1,04 87

1,04 100

2,0 )250

То )ке 1,2

Талловый пек 15

Дизельное топливо 49

ППФ 2

Мел 12

Вода 31

Талловый пек 8

Дизельное топливо 47

ППФ 2

Вода 30

Талловый пек 10

Дизельное топливо 46

ППФ 2

Вода 29

Талловый пек 12 .Дизельное топливо 45

ППФ 2

Мел 12

Вода 28

Дизельиое топливо 43

ППФ 2

Технологические параметры эмульсии

3, 0 Пленка 0

1,0 Пленка 0,4

То же 0,84 . 1,80 >250

1134594 гические параметры эмульсии

Состав иивертн эмульсии, кас.

/3 мин 10

) 250

1,4 2,4

1,04 125

Иел 12 ,Вода 26.

ППФ 2

Иел 12

1,04 200

Та блица 3

Технологические параметры эмульсии

Состав инвертной эмульсии, мас.7

Корка, СНС, 1 мин

ПлотВяз Па

U, В ность, г/смз. кость с

10 мин

1,03

Иел 10

ППФ 1

Иел 10 1,03

Вода 31

Талловый пек 10

Талловый пек 20

Дизельное топливо 40

Вода 33

Талловый пек 10

Дизельное топливо 47

ППФ 0

Вода 32

Талловый пек 10

Дизельное топЛиво 47!

Фильтрация, см /30 мин

Продолжение табл. 2

Пленка 2,08 3,0 >250

Пленка 0,2 0,3 >250

То же 0,3 0,6 >250

1134594

12 Продолжение табл.3

Состав инвертной эмульсии, мас.X

Филь

ЦИЯ см / !

ИИЯ

Вяэ. кость, С

0,8

1,6 )250

1,03 77

О 8

О

0,88 ) 250

1,03

1,03 140

Мел 10

Вода 28

Талловый пек 10

Дизельное топливо 47

ППФ 5

Мел 10

1,03

Т аблица 4

Состав инвертной эмульсии, мас.Е

Фильтрация, см /30 мин

Па

ВязСНС, Корка, Плотность, г/см и, в кость, с.

1 мин 10 мин

Вода 30 (Талловый пек 10 Дизельное топливо 47 .ППФ 2

Мел 10

Вода 30

Талловый пек 10

Дизельное топливо 47

ППФ 3

Мел 10

Вода 29

Талловый пек 10

Дизельное топливо 47

ППФ 4 нологические параметры эмульсии

О, 5 Пленка О, 88 О, 96 р 250

189 3,0 -"- 0,98 1,2 >250

Технологические параметры эмульсии

1134594

)3 остав инвертной

I: эмульсии,мас.X уВ

СНС, Па

Корка, ВязФильтрацияя, см/30 мин

Плотость, /см кость, с мин lO ми

О )250

Пленка О

1,02 50

О

1,02 55

1,03 65

То же

1,03 77

1,04 87

Мел 12

Вода 30

Талловый пек 10

Дизельное топливо 55

ППФ 2

Мел 3

Вода 30

Талловый пек 10

Дизельное топливо 53

ППФ 2.

Мел 5

Вода 30

Талловый пек 10

Дизельное топливо 50

ППФ 2

Мел 8

Вода 30

Талловый пек 10

Дизельное топливо 48

ППФ 2

Мел 10

Вода 30

Талловый пек 10

Дизельное топливо 46

ППФ 2

l4

Продолжение табл.4

Технологические параметры эмульсии

Пленка О, 06 О, 12 ) 250

0 4 08 )250

0,8 1,6 >250

0,84 i 80 )250

1134594.15

Технологические параметры эмульсии

Состав инвертной эмульсии, мас.X.

Па

1,05 85

Таблица

Состав инвертной эмульсии, мас.%

Технологические параметры эмульсии

ПлотКорка, ВязСНС, Па

U,В ность, г/ MЗ кость, с

1 мин 10 мин

Вода 20

Талловый пек 10 250

Пленка 0

1,03

Мел 10

Вода 23

Талловый пек 12

1,03

Мел 12

Вода 28

Талловый пек 10

0,98 1 )250

Мел 10

1,03

Вода 33

Дизельное топливо 43

ППФ 2

Мел 15

Дизельное топливо 58

ППФ 2

Дизельное топливо 50

Дизельное топливо 50

ППФ 2 от- Вяэсть . кость см

Фильтра ция g смз /30

Фильтрация, см /30 мин

Продолжение табл.4

О, 12 0,52 >250

То же 0,06 0,12 >250

1134594

Состав инвертной эмульсии,.мас.X хнологические параметры эмульсии

СНС, Па

ВязКорка, мм кость с мин 10 мин

Талловый пек 10

Мел 10

1,03

ППФ 1

Мел 1О

1,03

100

ППФ 2

Мел 10

1, 03 250

Дизельное топливо 45

ППФ 2

Вода 39

Талловый пек 10

Дизельное топливо 40

Вода 45

Талловый пек 10

Дизельное топливо 33

Ф

Фильтрация, см /30 мин

Пленка 0,8 1, 6 р250, То же 1,2 2,0 7250

2,08 3,0 7250. 19

1134594

t î ф л

Х Ф

И

Х О сч о

1

1

f

o o. o1

И И И

CV CV CV

О О О сГ " И И

C»t N СЧ

h, л л

1 I л t

1 0 . 1

1—

1 1

1 1 х

I cd I Е

I Х I ! О сч

0О 3 л л л сЧ О О

00 СЧ СЧ л л

О СЧ СП

I ! л о х о

1 1

1 )

1 — » л 1

1 0 1

1 I E" I

1 0) О

1 Х О О

I СР Х

I л

I 0 и

О О О

I!!

О С> О! с»Ъ 0 00

О О О л л

Q а

Ф П 01. О

О О С0

Р Х

О О О Б»

1

1

И О !

О Р U

Х С0 СО

5 с0 О

Х Х

Р

Cf

О

О и

)g О !

О

0l с0 !

»

О (Р! I

I I

1 I, I

° 1

I l

1 1

1

1 ,1

I

I

t

I!

»

Е

Cd

Й

Х

Х

Ф х

Х

О

Ц

О х

Х !

- л

1 Ф

1 Х

I Р

I й4

I1

1 Х

t Х

1 I Х

Д л ! Х Х Е

t e av!

1 !

1

I

I

1

1 !

I

1

I эх

О

Х

В

О

I0 сб О

»

Р. Х

О Ф

lCt 1» !

-е

U Я ал 0!

С»1 О

О Ф

С0 С0

О О & а Х

О

С0 О б Р сч о сч сч л л л л л л о сч сч о о

Cd

Х Ф х K

Ф 1 I 1 I

Д

О

Н l I 1 I

О О О О О О 1

О О О И О С-00 СЧ CO 00 00 Л

И 00 О СЧ

Ф

О х

А О

Ц M ° Ф

Ф И и с3ь ц

Ф О х х х &»

1134594

21 ь а

С4 и, ь и

CV л

Clj

Q о ь

1ГЪ

С«С л

О а О

ФЧ а

ФЧ

С«С

Cl а

«Ф

o > о!» ь о вФ ! 6

Ol О коо ь

С4 с4

l»

Q о

X а ь сч ь л ь ю

СЧ л а ю и с ъ м

I а

С4 ь

OO а

СЧ а со

OQ а

CV а

» ь

СЧ ь; О ь ь

%11

Ф о о

Ю !

1! х хх

О де

»

I (" 11

И о М

Ь О

3 + ь х

РЪ

Е» к

4)

3 !%

Я

Ф" Е а о о

Е к о к а 6, Ю у о, + и ф, О4 5 и о м

Й Й Зл

24 л а. л о

СЧ

Юб о

С 3

ЮФ

Ф о м

I и 1а

Ю Р 1

CL I

И ф а ю

1 s0 л .

lk u е 55 ты 3

X о

) 134594

t4 ФЬ

° з о е а о о о а

Ю

Ю ° \ о о ч о 4 Ф 3 о о

Ф ) С о о л cv