малосиликатный буровой раствор

Формула изобретения

1. Малосиликатный буровой раствор, содержащий глину, жидкое стекло, воду и полиакриламид, отличающийся тем, что он дополнительно содержит гидрофобный кольматант при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Глина - 7 - 9

Жидкое стекло - 2 - 5

Полиакриламид - 0,1 - 0,2

Гидрофобный кольматант - 0,5 - 2,0

Вода - Остальное

2. Буровой раствор по п.1, отличающийся тем, что в качестве гидрофобного кольматанта используют канифольно-битумный реагент.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к бурению нефтяных и газовых скважин, в частности к малосиликатным промывочным жидкостям, применяемым в процессе бурения.

Известны малосиликатные промывочные жидкости, применяемые при бурении в интервалах, сложенных рыхлыми неустойчивыми глинистыми породами [1]. Данные буровые растворы обладают низкой ингибирующей способностью и требуют дополнительной обработки химреагентами для улучшения фильтрационных и структурно-механических параметров.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является буровой раствор для бурения скважин в обливающихся породах [2], содержащих глину в мас.%: 5 - 7, силикат натрия 5 - 7, полиакриламид 0,3 - 0,5 и ГКЖ-94 0,5 - 1,5.

Недостатком указанного раствора, взятого нами в качестве прототипа, является способность к ингибированию только приствольной зоны скважины. По мере увеличения радиуса проникновения фильтрата в пласт его ингибирующие свойства теряются.

Задачей изобретения является повышение крепящих свойств малосиликатного бурового раствора при уменьшении содержания жидкого стекла и полиакриламида.

Поставленная задача решается тем, что в малосиликатный буровой раствор, содержащий бентонитовую глину, жидкое стекло, полиакриламид и воду, дополнительно вводят гидрофобный кольматант при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Бентонитовая глина - 7 - 9

Жидкое стекло - 2 - 5

Полиакриламид - 0,1 - 0,2

Гидрофобный кольматант - 0,5 - 2,0

Вода - Остальное

Малосиликатный буровой раствор по п. 1, отличающийся тем, что в качестве гидрофобного кольматанта он содержит канифольно-битумный реагент.

Роль гидрофобного кольматанта может выполнять любое вещество, способное гидрофобизировать поверхность глинистых частиц и одновременно с этим кольматировать поровые каналы и микротрещины, по которым происходит проникновение фильтрата бурового раствора в пласт. Результатом комбинированного воздействия гидрофобного кольматанта на склонные к набуханию неустойчивые породы является снижение гидратации глинистых частиц и уменьшение радиуса проникновения водной фазы в межпакетное пространство минералов. В конечном итоге снижается вероятность возникновения осложнений деформационного характера и разупрочнения стенок скважины.

Примером гидрофобного кольматанта является канифольно-битумный реагент (КБР), представляющий собой смесь канифольно-экстракционных полимеров КЭП и битумного структурообразователя (битума).

Канифольно-экстракционные полимеры (ТУ 81-05-39-79) являются продуктом лесопереработки и представляют собой сложную смесь углеводородов, включающую терпены, дитерпеноиды, жирные и смоляные кислоты и др.

Многие из химических веществ, входящих в состав КЭП, являются гидрофобизаторами. При растворении порошкообразного битума в канифольно-экстракционных полимерах происходит образование системы, способной гидрофобизировать глинистые частицы и кольматировать поровые каналы и микротрещины за частицами битума.

При приготовлении КБР в 95 мас.ч. КЭП помещают 5 мас.ч. порошкообразного битума, смесь перемешивают и оставляют на сутки, периодически повторяя перемешивание. По истечении суток КБР используют для обработки малосиликатного бурового раствора.

Наличие в малосиликатном буровом растворе канифольно-битумного реагента с одновременным уменьшением жидкого стекла с 5 - 7 мас.% до 2 - 5 мас.% и полиакриламида с 0,3 - 0,5 мас.% до 0,1 - 0,2 мас.% является отличительным признаком заявляемого изобретения.

Изобретение соответствует критерию "Изобретательский уровень", так как приведенное сочетание гидрофобных ингибиторов с гидрофобным кольматантом в приведенных соотношениях в малосиликатном буровом растворе является неочевидным для среднего специалиста в данной области знаний.

Вышеперечисленные признаки позволяют считать заявляемый состав малосиликатного бурового раствора новым, не описанным в научно-технической и патентной литературе.

Изобретение является промышленно применимым, что подтверждается прилагаемым актом лабораторных испытаний.

Буровой раствор заявляемого состава готовился с использованием следующих реагентов: глинистая суспензия на базе Ильского бентонита концентрации 7 - 9 мас. %; жидкое стекло, ТУ 6-15-433-75; полиакриламид сухой, ТУ 16-2531-81; канифольно-экстракционные полимеры, ТУ 81-05-39-79; битумный структурообразователь, ТУ 38-УССР, 20-184-84.

Ингибирующие свойства бурового раствора (T - L эффективность заявляемого технического решения) оценивали по показателю набухаемости - количеству жидкой фазы, которое поглощает образец глинистой породы, помещенной в среду исследуемого бурового раствора.

Испытание проводили на образцах из глинистого шлама со скв. 6101 Бованенковского месторождения. Предварительно измельченный шлам просеивали через сито 0,25 мм и увлажняли до 20%-ной влажности. Из полученной фракции отбирали навеску массой 5 г, помещали в пресс-форму и при давлении 40 МПа прессовали образец в виде таблетки. После взвешивания образец помещали в исследуемый буровой раствор, выдерживали в течение 4-х ч, извлекали и снова взвешивали. По разнице весов до и после опыта по результатам трех параллельных изменений рассчитывали количество влаги (в мас.%), поглощенное породой в расчете на 1 г исходной фракции.

Результаты проведенных испытаний показали, что наличие в малосиликатном буровом растворе только гидрофобизирующих ингибиторов - жидкого стекла и ГУЖ-94 (по прототипу) не обеспечивает значительного ингибирующего эффекта. Увлажненность глинистых образцов в среде такого раствора составляет от 4,64 мас.% (см. табл., оп. N 2) (в бентонитовом растворе без химической обработки эта величина составляет 9,78 мас.%, см. табл., оп. N 1).

После введения в состав бурового раствора гидрофобного кольматанта, в частности канифольно-битумного реагента (КБР), происходит углубление ингибирующих качеств раствора при одновременном снижении содержания жидкого стекла и полиакриламида (см. таблицу).

Снижение увлажненности глинистых образцов на 50 - 60% по сравнению с прототипом отмечено в малосиликатном глинистом растворе следующего состава в мас. %: глина 7 - 9, жидкое стекло 2 - 5, полиакриламид 0,1 - 0,2, гидрофобный кольматант (в частности, канифольно-битумный реагент) 0,5 - 2,0, вода - остальное (см. табл., оп. N 3 - 8).

Изменение ингредиентов в растворе качественно влияет на его характеристики.

Так, максимум эффективности канифольно-битумного реагента как гидрофобного кольматанта достигается при содержании его в растворе в количестве 0,2 - 2,0 мас.%. При содержании КБР ниже 0,5 мас.% эффективность обработки снижается (см. табл. , оп. N 9), повышение концентрации его более 2 мас.% незначительно увеличивает ингибирующий эффект и экономически нецелесообразно (см. табл., оп. N 7).

С увеличением содержания жидкого стекла более 5 мас.% происходит загущение раствора и рост pH (см. табл., оп. N 8), с уменьшением количества этого реагента ниже 2 мас.% ухудшаются ингибирующие свойства малосиликатного раствора (см. табл., оп. N 10).

При содержании полиакриламида менее 0,1 мас.% увеличивается фильтрация раствора и ухудшаются его крепящие свойства (см. табл., оп. N 11), увеличение содержания этого реагента выше 0,3 мас.% вызывает рост вязкости (см. табл., оп. N 12).

Пример 1

Приготавливается глинистая суспензия с содержанием глины в воде 7 мас.%, перемешивается в течение 30 мин. В полученный раствор добавляются последовательно жидкое стекло в количестве 5 мас.%, полиакриламид в количестве 0,2 мас.%, канифольно-битумный реагент в количестве 2 мас.%. После введения каждого реагента раствор перемешивается 15 мин.

Пример 2

Приготавливается глинистая суспензия с содержанием глины в воде 8 мас.%, перемешивается в течение 30 мин. После этого в раствор последовательно вводят: жидкое стекло в количестве 3 мас.%, полиакриламид в количестве 0,15 мас. %, гидрофобный кольматант (канифольно-битумный реагент) в количестве 1 мас.%, после добавления каждого реагента раствор перемешивается в течение 15 мин.

Пример 3

Приготавливается глинистая суспензия с содержанием глины в воде 9 мас.%, перемешивается 30 мин. После этого в раствор последовательно добавляется: жидкое стекло в количестве 3 мас.%, полиакриламид в количестве 0,15 мас.% гидрофобный кольматант (канифольно-битумный реагент) в количестве 1 мас.%, после добавления каждого реагента раствор перемешивается в течение 15 мин.

Пример 3

Приготавливается глинистая суспензия с содержанием глины в воде 9 мас.%, перемешивается 30 мин. После этого в раствор последовательно добавляется: жидкое стекло в количестве 2 мас.%, полиакриламид в количестве 0,1 мас.%, гидрофобный кольматант (канифольно-битумный реагент) в количестве 0,5 мас.%. После добавления каждого реагента раствор перемешивается в течение 15 мин.

Применение малосиликатного бурового раствора заявляемого состава на скв. 10 площади Белая (предприятие Севергазпром) позволило обеспечить длительную устойчивость нижнефаменских-верхнефранских пород, предотвратить прихваты бурильного инструмента в скважине, улучшить показатели работы долот, снизить затраты времени на проходку.