безглинистый буровой раствор

Формула изобретения

БЕЗГЛИНИСТЫЙ БУРОВОЙ РАСТВОР, включающий карбоксиметилцеллюлозу, хлорид цинка и воду, отличающийся тем, что, с целью улучшения технологических показателей раствора при одновременном повышении его утяжеляющей способности и термостойкости, он дополнительно содержит карбонат калия, а в качестве карбоксиметилцеллюлозы - карбоксиметилцеллюлозу со степенью полимеризации 700 при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Карбоксиметилцеллюлоза со степенью полимеризации 700 - 1,5 - 2,5

Хлорид цинка - 10 - 55

Карбонат калия - 4 - 12

Вода - Остальное

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к буровым растворам на водной основе для бурения скважин на нефть и газ, используемым при бурении, вскрытии и освоении продуктивных пластов, преимущественно в условиях аномально высоких пластовых давлений.

Известен безглинистый раствор, содержащий хлористый магний, каустическую соду, воду и понизитель фильтрации (Хахаев В.Н. и др. Опыт применения гидрогеля магния в качестве бурового раствора при проводке сверхглубоких скважин на площади Шубаркудук. "Бурение" РНТС, 1975, N 7, с.14-17). Данный раствор без содержания твердого утяжелителя (барита и гематита) обладает низкой плотностью (не выше 1220-1250 кг/м³, что не позволяет его применять при высоких аномально-пластовых давлениях). Кроме того, раствор содержит пятиокисные оксихлориды магния, абсолютно нерастворимые в кислотах, которые закупоривают каналы пласта, особенно в коллекторах трещиного типа.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является безглинистый буровой раствор, содержащий карбоксиметилцеллюлозу, хлорид цинка, каустическую соду и воду [1] Недостатком этого раствора являются неудовлетворительные технологические свойства, низкие утяжеляющая способность и термостойкость. Так, при плотности 1400 кг/м³ и выше раствор имеет условную вязкость по СПВ-5 от 400 с до "нетечет", при небольшом СНС и поэтому практически неприменим для бурения глубоких скважин.

Целью изобретения является улучшение технологических показателей, повышение утяжеляющей способности и термостойкости раствора.

Достигается это тем, что безглинистый буровой раствор включает карбоксиметилцеллюлозу, хлорид цинка, воду и карбонат калия при следующем соотношении компонентов, мас. Хлорид цинка 10-55 Карбонат калия 4 -12

Карбоксиметилцел-

люлоза (КМЦ) со степенью полимеризации 700 1,5-2,5 Вода Остальное

Содержание в составе бурового раствора хлорида цинка позволяет решить задачу утяжеления до величины плотности 1800-1850 кг/м³ без использования твердых утяжелителей, а также получить при взаимодействии с карбонатом калия высококоллоидальную конденсированную твердую фазу в виде карбонатов гидроокисей цинка, которые полностью растворимы в кислотах.

Сопоставительный анализ позволяет сделать вывод, что предлагаемый состав безглинистого бурового раствора отличается от известного наличием карбонат калия, в результате взаимодействия которого с хлоридом цинка получается конденсированная твердая фаза в виде карбонатов и гидроокисей цинка, являющихся одновременно активной твердой фазой структурообразователем и утяжелителем.

Заявленное техническое решение соответствует критерию "новизны".

В табл.1 дана зависимость показателей безглинистого бурового раствора от количественного соотношения ингредиентов; в табл.2 то же, от прогрева.

Анализ известных составов безглинистых буровых растворов (табл.1, п,1-3), используемых при бурении нефтяных и газовых скважин, показал, что некоторые введенные в предлагаемый раствор вещества известны. Однако их применение в известных составах в сочетании с другими известными ингредиентами не обеспечивают растворам таких свойств, которые они проявляют в предлагаемом растворе.

В предлагаемом составе конденсируется активная коллоидная твердая фаза карбонат и гидроокись цинка, являющаяся одновременно структурообразователем и утяжелителем, которые полностью растворимы в минеральных кислотах.

Предлагаемый состав не только улучшает технологические свойства раствора, но и повышает утяжеляющую способность, что позволяет при доутяжелении баритом получать термостойкие сверхтяжелые растворы плотностью 2600 кг/м³ и выше с хорошими показателями.

Таким образом, заявляемое решение соответствует критерию "существенные отличия".

Для экспериментальной проверки предлагаемого состава было приготовлено 16 смесей (табл. 1, п. 4-19), при различных соотношениях ингредиентов, из которых оптимальными являются 13 (п.6-15, 17-19).

Аналогичные показатели для известного состава приведены в табл.1 (п.1-3).

Из данных табл. 1 видно, что уменьшение КМЦ ниже 1,5 мас. приводит росту фильтрации (п.4),а выше 2,5 мас. незначительно снижает фильтрацию (п.9).

Уменьшение содержания хлорида цинка ниже 10 мас. приводит к росту фильтрации и нулевым значениям СНС (табл.1, п.4,5), а увеличение выше 55 мас. ограничено его растворимостью.

Уменьшение содержания карбоната калия ниже 4 мас. приводит к росту фильтрации и нулевым значениям СНС (табл.1, п.4,5), а увеличение выше 12 мас. значительно повышает вязкость (табл.1, п.16).

Опытным путем установлено, что количество хлорида цинка и карбоната калия необходимо вводить в стехиометрическом соотношении столько, чтобы раствор после завершения их ввода имел первоначальную плотность 1130-1850 кг/м³. При первоначальной плотности менее 1130 кг/м³ раствор не обладает удерживающей способностью (табл.1, п.4,5).

П р и м е р. Набирают 300 мл воды и вводят хлорид цинка и карбонат калия по 150 и 40 г соответственно и КМЦ 10 г. После тщательного перемешивания вводят необходимое количество барита (п.11-13).

В полученном таким образом безглинистом буровом растворе достигается следующее оптимальное содержание ингредиентов, мас. Хлорид цинка 10-55 Карбонат калия (натрия) 4-12

КМЦ со степенью по- лимеризации 700 1,5-2,5 Вода Остальное

Барит вводится после приготовления раствора для повышения плотности до 2600 кг/м³ и выше.

Для сравнения в аналогичных условиях готовым известный безглинистый буровой раствор, состав которого приведен в табл.1. п.1-3.

Из данных табл.1 и 2 следует, что безглинистый буровой раствор предлагаемого состава при оптимальном содержании ингредиентов обладает рядом преимуществ по сравнению с известным, а именно достигается улучшение технологических свойств раствора, повышение утяжеляющей способности и термостойкости раствора.