Буровой раствор для стабилизации глинистых пород

Буровой раствор для стабилизации глинистых пород

Реферат

Изобретение относится к буровым растворам на водной основе и может найти применение при бурении нефтяных и газовых скважин в неустойчивых отложениях, в особенности при бурении интервалов неустойчивых глинистых пород.

Известен буровой раствор на водной основе (см. патент РФ №2492207 C1, C09K 8/18, 10.09.2013), который может найти применение при строительстве нефтяных и газовых скважин, преимущественно при бурении неустойчивых глинистых пород и солевых отложений в условиях действия высоких забойных температур до 220°C. Известный буровой раствор обладает повышенной ингибирующей способностью к глинам, сниженным показателем фильтрации, повышенными соле- и термоустойчивостью. Буровой раствор содержит, масс.%: глинопорошок 3,3-5,3; понизитель фильтрации ВПК-402 1,4-2,4; жидкий парафин C₁₀-C₁₆ 5,3-8,8; пеногаситель МАС-200 - 0,06-0,2; воду - остальное. Несмотря на повышенную ингибирующую способность раствора к глинам, данный раствор обладает низкой стабилизирующей способностью к неустойчивым трещиноватым сланцам, аргиллитам и алевролитам.

Наиболее близким по составу техническим решением к предлагаемому раствору является аэрированный глинистый раствор (см. патент РФ №2172760 C1, C09K 7/02, 27.08.2001), предназначенный для разбуривания "истощенных" пластов с аномально низким пластовым давлением. Аэрированный глинистый раствор содержит воду, бентонитовый глинопорошок, стабилизатор - карбоксиметилцеллюлозу - КМЦ и пенообразователь, в качестве пенообразователя содержит омыленный талловый пек - ОТП или эмультал при следующем соотношении компонентов, масс.%: глинопорошок 5-6, КМЦ 0,2-0,4, ОТП или эмультал 0,4-0,6, вода остальное. Известный буровой раствор имеет низкую стабилизирующую способность к сланцам, что не позволяет обеспечить устойчивость стенок скважин.

Задача, решаемая предлагаемым составом бурового раствора, заключается в создании раствора, обладающего высокой стабилизирующей способностью в сланцах и сохраняющего устойчивость ствола скважины, при этом состав должен отвечать требованиям безопасности и не должен включать токсичные компоненты.

Технический результат предлагаемого состава состоит в повышении стабилизирующих свойств раствора.

Технический результат изобретения достигается приданием раствору кольматирующих свойств гидрофобными материалами, что позволяет обеспечить устойчивость сланцев.

Сущность изобретения заключается в том, что буровой раствор, включающий воду, глинопорошок, понизитель фильтрации и стабилизатор, в качестве стабилизатора сланцев, обеспечивающего устойчивость стенок скважин, раствор содержит талловое масло, при следующем соотношении компонентов, масс.%:

Глинопорошок	4-8;
Талловое масло (ТМ)	5-15;
Понизитель фильтрации	0,2-1;
Вода	остальное.

В предлагаемом буровом растворе в качестве понизителя фильтрации используют или полианионную целлюлозу - ПАЦ, или крахмал, или карбоксиметилцеллюлозу - КМЦ, или Полидадмах, или гипан.

Талловое масло представляет собой смесь органических соединений, преимущественно жирных (C₈-C₂₄) и смоляных кислот. Оно является продуктом обработки серной кислотой сульфатного мыла, получаемого в качестве побочного продукта при варке целлюлозы сульфатным способом. Талловое масло выпускается в сыром и очищенном виде под марками СТМ, ХТМ, ЛТМ. ТУ 13-0281078-119-18.

Полианионная целлюлоза ПАЦ-H, ПАЦ-B используется для регулирования вязкости и фильтрации буровых растворов. Эффективны как стабилизирующие реагенты (защитные коллоиды) в любых типах буровых растворах на водной основе.

Благодаря инкапсулирующим свойствам использование в составе предлагаемого раствора ПАЦ обеспечивает стабилизацию стенок скважины при бурении в глинистых сланцах и способствует снижению твердой фазы в буровом растворе. ПАЦ выпускается по ТУ 2231-015-32957739-00.

Гипан - гидролизованный полиакрилонитрил получают в процессе гидролиза полиакрилонитрита каустической содой. Гипан представляет собой вязкую темно-желтоватую жидкость 8-10%-ной концентрации с плотностью 1,05-1,07 г/см³, pH=12 и более или порошок желтоватого, кремового или розового цвета влажностью 10%, который можно применять в товарном виде или в виде раствора 10%-ной концентрации с ρ=1,05 г/см³. Гипан, как и другие акриловые полимеры, образует с глинистыми частицами прочные полимерглинистые структуры за счет хелатных связей.

Предлагаемый состав раствора обладает более высокими стабилизирующими свойствами к неустойчивым глинистым породам, а использование таллового масла соответствует экологическим нормам.

Концентрация таллового масла для обеспечения стабилизации сланцев определяется экспериментальным путем, во время бурения, в зависимости от геолого-технических условий и составляет от 5 до 15%.

Например, на скважине №2062 Астраханского ГКМ на интервале 1557-1565 м процентное содержание ТМ перед вскрытием данного интервала составляло 5,5%. В трещиноватых глинисто-аргиллитовых породах этого содержания для гидрофобной кольматации оказалось недостаточно. Увеличением содержания ТМ до 10-11% в течение 2-3 циклов промывки удалось полностью остановить осыпание глинисто-аргиллитовых пород. В целом результат применения бурового раствора на данной скважине показал, что при соблюдении компонентного состава раствора он имеет достаточно хорошие кольматирующие свойства и способен стабилизировать ствол скважины с залеганием трещиноватых глинисто-аргиллитовых пород в интервале бурения 1557-3600 м в мульдовой зоне.

Результаты проведенных экспериментов подтверждаются фотоснимками, поясняющими влияние различных составов буровых растворов на устойчивость сланцев (см. фиг. а-е), и сведениями, приведенными в Таблице, где показаны зависимости изменений технологических показателей бурового раствора от концентрации таллового масла при использовании различных понизителей фильтрации.

При проверке влияния различных составов буровых растворов на устойчивость сланцев образцы выдерживали в течение 10 суток. Было замечено, что в воде аргиллит - осадочная горная порода, образовавшаяся в результате уплотнения, обезвоживания и цементации глин, быстро теряет устойчивость без набухания (см. фото а) растрескиваясь на мелкие пластинки различной геометрической формы. При добавлении 0,5% ПАЦ (фото б) увеличивается вязкость воды, что приводит к замедлению разрушения образца. Гидрофобный кольматант (фото в) оказался менее эффективен в малоглинистом растворе (3%-ный глинистый раствор + 0,5% ПАЦ + 10% ТМ), чем при его вводе в зашламленный вязкий раствор (10%-ный глинистый раствор + 0,5% ПАЦ + 10% шлама, фото г). Устойчивость образцов аргиллитов значительно возрастает в вязком растворе с достаточным количеством кольматантов (10%-ный глинистый раствор + 0,5% ПАЦ + 10% шлама + 10 ТМ) (фото д) и в безводном углеводородном растворе (фото е).

В предлагаемом буровом растворе может быть использован бентонитовый глинопорошок любой из марок ПБМА, ПБМБ, ПБМВ, ПБМГ и ПКГН, который выпускается в соответствии с ТУ 2164-004-0013836-2006 «Глинопорошок».

В качестве понизителя фильтрации вместо ПАЦ возможно использование КМЦ (строка 5), крахмала (строка 4), акрилата (гипана, строка 7), катионных реагентов серии Полидадмах (ВПК-402, строка 6) (см. Таблицу).

Таблица
№	Состав раствора, масс.%	Показатели раствора
Ф, см3	ηпл, мПа·с	τ0, Па
Предлагаемый раствор
1	6% ГП + 5% ТМ + 0,5% ПАЦ + 88,5% вода	5	25	10,2
2	6% ГП + 10% ТМ + 0,5% ПАЦ + 83,5% вода	4	29	12,8
3	6% ГП + 15% ТМ + 0,5% ПАЦ + 78,5% вода	3	34	14,6
4	6% ГП + 10% ТМ + 1,5% крахмал + 82,5% вода	3,5	33	16,2
5	6% ГП + 10% ТМ + 0,5% КМЦ + 83,5% вода	4	26	9,6
6	6% ГП + 10% ТМ + 7% ВПК-402 + 77% вода	2	36	6,6
7	6% ГП + 10% ТМ + 0,5% гипан + 83,5% вода	3	32	8,8
Примечание: ГП - глинопорошок марки ПМБВ; Ф - показатель фильтрации; ηпл - пластическая вязкость; τ0 - динамическое напряжение сдвига.

1. Буровой раствор, включающий воду, глинопорошок, понизитель фильтрации и стабилизатор, отличающийся тем, что в качестве стабилизатора сланцев, обеспечивающего устойчивость стенок скважин, вводят талловое масло, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Глинопорошок	4-8
Талловое масло	5-15
Понизитель фильтрации	0,2-1
Вода	остальное

2. Буровой раствор по п.1, отличающийся тем, что в качестве понизителя фильтрации используют или полианионную целлюлозу - ПАЦ, или крахмал, или карбоксиметилцеллюлозу - КМЦ, или Полидадмах, или гипан.