Катионноингибирующий буровой раствор

Катионноингибирующий буровой раствор

Реферат

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к буровым растворам на водной основе, и может найти применение при бурении нефтяных и газовых скважин, преимущественно при бурении неустойчивых глинистых пород.

Из уровня техники известен эмульсионный буровой раствор (Патент RU 2213761 С2, С09К 7/06, 10.10.2003), содержащий углеводородную фазу, карбонат кальция, минеральную соль, стабилизатор и минерализованную воду. В качестве стабилизатора раствор содержит крахмал ФИТО-РК, а в качестве минеральной соли - двухлористый магний MgCl₂ и хлористый калий KCl и дополнительно - поверхностно-активное вещество ПАВ комплексного действия ПКД-515 при следующем соотношении ингредиентов, мас.%: углеводородная фаза 10-20, ПАВ комплексного действия ПКД-515 5-7, крахмал ФИТО-РК 3-4, MgCl₂ 5-10, KCl 3-5, карбонат кальция 5-30, минерализованная вода остальное. Известный раствор имеет низкие значения удельного электрического сопротивления, что отрицательно влияет на качество геофизических исследований.

Наиболее близким к предлагаемому раствору является буровой раствор, включающий воду, глинопорошок и понизитель фильтрации полиэлектролит ВПК-402 (заявка на изобретение RU 2011142948 А, С09К 8/00, 27.04.2013) при следующем соотношении компонентов, масс.%:

Глинопорошок	5-8
ВПК-402	7-15
Вода	Остальное

Недостаток известного состава состоит в низких ингибирующих свойствах раствора. Технический результат, на достижение которого направлено предлагаемое изобретение, заключается в устранении указанного недостатка, а именно в повышении ингибирующих свойств раствора.

Данный технический результат достигается за счет того, что в буровом растворе, включающем воду, глинопорошок и полимер хлорида диаллилдиметиламмония (Полидадмах), в качестве дополнительного ингибитора глин используют хлорид калия (KCl) при следующем соотношении компонентов, масс.%:

Глинопорошок	5-8
Полидадмах	7-15
KCl	3-5
Вода	остальное

Для приготовления предлагаемого раствора возможно использование глинопорошка различных марок. Оптимальная концентрация глинопорошка зависит от его марки. В предлагаемом буровом растворе может использоваться бентонитовый глинопорошок любой из марок ПБМА, ПБМБ, ПБМВ, ПБМГ, который выпускается в соответствии с ТУ 2164-004-0013836-2006 «Глинопорошок», за исключением модифицированного анионными полимерами. С ухудшением марки глинопорошка концентрация его увеличивается, а с повышением качества концентрация уменьшается. Марка, т.е. сорт глинопорошка, в предлагаемом составе не оказывает существенного влияния на технологические показатели раствора, а характеризует его расход.

Полимер хлорида диаллилдиметиламмония - Полидадмах - синтезируют из диметиламина и аллилхлорида. Продукт представляет собой органическое вещество с высокой плотностью катионного заряда, который нейтрализует положительно заряженные коллоидные частицы. Реагент может изготавливаться в виде растворов (FLOQUATTM FL или ВПК-402 35%-ной концентрации) или порошков (FLOQUATTM TS от 1,05 до 2, 10% на сухое вещество).

Порошкообразные Полидадмахи имеют насыпную плотность от 0,4 до 0,6. Приблизительная вязкость вещества составляет 15, 50 или 250 сПз, в зависимости от серии продуктов. Максимальная рабочая концентрация вещества - 50 г/л. Диапазон температур хранения порошкообразных Полидадмахов FLOQUATTM TS составляет 0-35°C. Время полного растворения в воде при 25°C - 30 дней.

Изобретение поясняется таблицами 1-2. В табл.1 приведены результаты исследований по влиянию KCl на технологические показатели буровых растворов с содержанием Полидадмаха. В процессе бурения в глинистых отложениях происходит обогащение раствора глинистой фазой и рост реологических показателей пластической вязкости η_пл и динамического напряжения сдвига τ₀. Из табл.1, п.8 видно, что улучшение реологических показателей предлагаемого раствора при вводе 15% глинистого шлама не значительно, в сравнении с прототипом (табл.1, п.3).

Табл.2 отражает результаты исследований по усилению ингибирующих свойств раствора. При этом проводилась оценка ингибирующей способности раствора по количеству впитанной воды в образцы глин: чем меньше количество впитанной воды в образце, тем выше ингибирующая способность раствора и наоборот.

Для проведения исследований использовали образцы сухой глины, изготовленные на основе бентонитового глинопорошка в виде таблеток с исходной массой 8,28 г. Наблюдения проводились по воздействию на образец различного состава ингредиентов раствора, масса которого составляет 200 г. Предварительно готовились составы, содержащие воду, хлорид калия и полидадмахи различных марок. При проведении испытаний проводились исследования с использованием катионных полимеров из серии Полидадмах, таких как ВПК-402, препараты марки Floquat, изготовленные во Франции, FL 4450 и FL 4540. При этом в течение 4 суток проводились наблюдения за приращением массы Δm глинистого образца. Результаты наблюдений проведенных исследований иллюстрируются табл.2, в которой приведены сведения о разнице масс образцов до и после выдержки в испытуемой среде. Из табл.2 можно видеть, что различные марки катионных полимеров не ухудшают положительных ингибирующих свойств предлагаемого раствора и что при содержании KCl ниже 3% ингибирующие свойства (табл.2, п.1-2) раствора ухудшаются (табл.2, п.3-6). Отсюда минимально допустимое содержание KCl в предлагаемом растворе должно составлять 3% (табл.2, п.3). Как показали результаты экспериментов, увеличение содержания KCl более 5% неэффективно (табл.2, п.7), так как приводит к перерасходу KCl, при незначительном повышении ингибирующих свойств раствора.

Таким образом, из табл.2 видно, что использование Полидадмаха и KCl в указанных количествах приводит к улучшению ингибирующих свойства раствора.

Увеличение плотности бурового раствора можно обеспечить добавками барита. Предлагаемый буровой раствор обладает повышенной устойчивостью к солевой агрессии: добавка хлоридов кальция, натрия практически не влияет на технологические показатели системы

Предлагаемый буровой раствор можно приготовить следующим образом. Сначала перемешивают воду с глинопорошком до его распускания, затем в глинистую суспензию добавляют Полидадмах, затем KCl и при необходимости баритовый утяжелитель.

Таблица 1
№	Состав раствора, масс.%	Показатели раствора
Ф, см3	при 25°C	при 82°C
ηпл, мПа·с	τ0, Па	ηпл, мПа·с	τ0, Па
Известный раствор
1	6% гл.; 7% ВПК-402; 87% вода	6	29	7,3	17	4,4
2	6% гл.; 15% ВПК-402; 79% вода	3	48	8,3	28	6,8
Предлагаемый	раствор
4	6% гл.; 7% ВПК-402; 3% KCl; 84% вода	5	27	7,2	18	4,2
5	6% гл.; 10% ВПК-402; 3% KCl; 81% вода	4	38	7,8	26	6,6
6	6% гл.; 10% ВПК-402; 4% KCl; 80% вода	3	41	8,2	28	7,1
7	6% гл.; 15% ВПК-402; 5% KCl; 74% вода	3	48	8,4	29	7,4
8	6% гл.; 10% ВПК-402; 4% KCl; 15% глинистого шлама; 65% вода	4	44	10,2	15	8,3
Примечание: гл. - глинопорошок марки ПБМВ; ВПК-402 - высокомолекулярный катионный полимер, товарный продукт выпускается в виде 35%-ной концентрации; KCl - хлорид калия, ингибитор глин; Ф - показатель фильтрации; ηпл - пластическая вязкость; τ0 - динамическое напряжение сдвига.

Таблица 2
Состав раствора, масс.%	Изменение массы образца, в г
Исходный	через 4 суток	Δm
1	6% гл.; 7% ВПК-402; 87% вода	8,28	15,57	7,29
2	6% гл.; 6% ВПК-402; 2% KCl; 86% вода	15,22	7,14
3	6% гл.; 7% ВПК-402; 3% KCl; 84% вода	14,02	5,74
4	6% гл.; 7% ВПК-402; 5% KCl; 82% вода	13,14	4,86
5	6% гл.; 10% ВПК-402; 5% KCl; 79% вода	12,74	4,46
6	6% гл.; 15% ВПК-402;5% KCl; 74%вода	12,01	3,73
7	6% гл.; 17% ВПК-402;6% KCl; 71% вода	11,99	3,71
8	6% гл.; 7% FL4540; 87% вода	15,72	7,44
9	6% гл.; 7% FL4540; 3% KCl; 84% вода	14,18	5,9
10	6% гл.; 7% FL4540; 5% KCl; 82% вода	13,89	5,61
11	6% гл.; 7% FLTS45; 87% вода	15,81	7,53
12	6% гл.; 7% FLTS45; 3% KCl; 84% вода	14,16	5,88
13	6% гл.; 7% FLTS45; 5% KCl; 82% вода
Примечание: значение Δm<6 г, принято за положительный результат.

Катионноингибирующий буровой раствор, включающий воду, глинопорошок и Полидадмах, отличающийся тем, что в качестве дополнительного ингибитора глин используют хлорид калия (KCl) при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Глинопорошок	5-8
Полидадмах	7-15
KCl	3-5
Вода	остальное