способ приготовления полимерсолевого бурового раствора для вскрытия глинистых пород, склонных к обвалообразованию

Формула изобретения

Способ приготовления полимерсолевого бурового раствора для вскрытия глинистых пород, склонных к обвалообразованию, включающий механическое перемешивание в воде полимера и соли, отличающийся тем, что перед приготовлением бурового раствора сначала по пробуренным скважинам разрабатываемой залежи выявляют интервалы, сложенные из неустойчивых глинистых пород, склонных к обвалообразованию, например, глинистыми сланцами, а приготовление его осуществляют с учетом осмотического давления пластовой воды Ппл вскрываемого интервала, гидростатического давления бурового раствора совместно с величиной потери давления его в затрубном пространстве Рг и пластового давления Рпл, при этом осмотическое давление приготавливаемого бурового раствора регулируют добавлением в него соли так, чтобы оно удовлетворяло условию, определяемому следующим математическим выражением:

Пр=(Ппл+Рг-Рпл)+2±4 (МПа), где

Пр - осмотическое давление приготавливаемого полимерсолевого бурового раствора, обеспечивающее осмотический дренаж проходимых неустойчивых глинистых пород, МПа;

Ппл - осмотическое давление пластовой воды вскрываемого интервала, склонного к обвалообразованию, МПа;

Рг - гидростатическое давление бурового раствора совместно с величиной потери давления его в затрубном пространстве, МПа;

Рпл - пластовое давление, МПа.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области бурения нефтяных и газовых скважин, а именно к способам приготовления бурового раствора, используемого для вскрытия бурением глинистых пород, склонных к обвалообразованию.

Известен буровой раствор для бурения в обваливающихся породах (1), приготавливаемый путем механического перемешивания в заранее приготовленной глинистой суспензии, входящих в состав компонентов в мас.%, а именно:

полигликоль 3-5;

реагент – стабилизатор 0,3-1,0;

жидкое стекло - силикат калия 0,5-3,0;

хлористый калий 3-15;

вода - остальное.

Известен также способ приготовления полимерсолевого бурового раствора (2) для вскрытия глинистых пород, склонных к обвалообразованию, путем механического перемешивания входящих в состав следующих компонентов: полиакриламида, оксиэтилцеллюлозы, сернокислого алюминия, пластовой воды, содержащей хлорид кальция.

Общим недостатком, как аналога, так и прототипа является то, что приготовление бурового раствора осуществляют без учета осмотического давления вскрываемых пластовых вод вскрываемых горизонтов с глинистыми породами, склонными к обвалообразованию. При применении бурового раствора известными способами в скважине будут происходить неуправляемые осмотические процессы, которые могут привести к большим осложнениям и аварийным ситуациям.

Задачей настоящего изобретения является создание способа приготовления бурового раствора с учетом осмотических давлений пластовых вод, обеспечивающего безаварийную проводку скважины в интервале глинистых пород, склонных к обвалообразованию, особенно при вскрытии их под большим зенитным углом при бурении наклонных и горизонтальных скважин, что приводит к повышению технико-экономических показателей бурения.

Поставленная задача решается описываемым способом приготовления полимерсолевого бурового раствора для вскрытия глинистых пород, склонных к обвалообразованию, включающим механическое перемешивание в воде полимера и соли.

Новым является то, что, перед приготовлением бурового раствора сначала по пробуренным скважинам разрабатываемой залежи выявляют интервалы, сложенные из неустойчивых глинистых пород, склонных к обвалообразованию, например, глинистыми сланцами, а приготовление его осуществляют с учетом осмотического давления пластовой воды (Ппл) вскрываемого интервала, гидростатического давления промывочной жидкости - бурового раствора совместно с величиной потери давления ее в затрубном пространстве (Рг) и пластового давления (Рпл), при этом для обеспечения осмотического дренажа проходимых неустойчивых глинистых пород и сохранении их механических свойств осмотическое давление приготавливаемого бурового раствора регулируют добавлением в него соли так, чтобы оно удовлетворяло условию, определяемому следующим математическим выражением:

Пр=(Ппл+Рг-Рпл)+2-4 (МПа), где

Пр - осмотическое давление приготавливаемого полимерсолевого бурового раствора, обеспечивающее осмотический дренаж, МПа;

Ппл - осмотическое давление пластовой воды вскрываемого интервала, склонного к обвалообразованию, МПа;

Рг - гидростатическое давление промывочной жидкости - бурового раствора совместно с величиной потери давления ее в затрубном пространстве, МПа;

Рпл - пластовое давление, МПа.

При этом в качестве структурообразователя бурового раствора используют оксиэтилцеллюлозу (ОЭЦ), стабилизатора - солестойкий полимер типа, например, проестол 2540, аккотрол S-622. Для равномерной сшивки полимера используют водный раствор сернокислого алюминия [Аl₂(SO₄)₃], а в качестве воды используют пластовую воду, например девонскую, причем в качестве солей для регулирования осмотического давления приготавливаемого бурового раствора используют водорастворимые соли, например, СаСl₂, MgCl₂, KCl или NaCl и др.

В качестве структурообразователя можно использовать ОЭЦ марки "Сульфацелл", выпускаемого по ТУ 6-55-221-1407-95.

Приготовление полимерсолевого бурового раствора осуществляют в следующей последовательности.

Перед приготовлением раствора для бурящейся скважины разрабатываемой залежи выявляют интервалы с глинистыми породами, например, по ранее пробуренным скважинам или скважинам разведочного бурения и определяют осмотическое давление пластовой воды для этого горизонта. Например, у Кыновских глин осмотическое давление пластовой воды составляет 22,75 МПа, у угленосного горизонта 20,13 МПа, у верейского горизонта 5,75 МПа.

Далее в попутно добываемую с нефтью пластовую воду, например девонскую воду расчетного объема, добавляют в необходимом количестве оксилэтилцеллюлозу (ОЭЦ) марки "Сульфацелл" и диспергируют до перехода мутной суспензии в прозрачный вязкий раствор ОЭЦ. Затем, продолжая перемешивание, в него добавляют солестойкий полимер, например праестол 2540, аккотрол S - 622 и т.п. в качестве стабилизатора, и далее не прекращая перемешивания, для равномерной сшивки полимера в полученный раствор вводят заранее приготовленный водный раствор сернокислого алюминия в необходимом количестве.

В приготовленный буровой раствор в зависимости от осмотического давления пластовой жидкости вскрываемого интервала Ппл, гидростатического давления промывочной жидкости - бурового раствора совместно с величиной потери давления ее в затрубном пространстве (Рг) и пластового давления (Рпл) добавляют водорастворимую соль, например, CaCl₂, MgCl₂, KCl или NaCl так, чтобы оно удовлетворяло следующему математическому выражению:

Пр=(Ппл+Рг-Рпл)+2÷4 (МПа), где [1]

Пр - осмотическое давление приготавливаемого полимерсолевого бурового раствора обеспечивающее осмотический дренаж, МПа;

Ппл - осмотическое давление пластовой воды вскрываемого интервала, склонного к обвалообразованию, МПа;

Рг - гидростатическое давление промывочной жидкости - бурового раствора совместно с величиной потери давления ее в затрубном пространстве, МПа;

Рпл - пластовое давление, МПа.

Ниже приведены расчеты согласно математическому выражению и формуле изобретения.

Определяют осмотическое давление Пр водного компонента приготавливаемого бурового раствора, обозначив величину 2÷4 через “К”.

Кыновский горизонт, находящийся на глубине 1630 м, имеет пластовое давление Рпл=17,85 МПа, осмотическое давление Ппл пластовой жидкости - девонской воды составляет 22,75 МПа.

Вычисляют плотность бурового раствора .

=1,08·Рпл·10 ⁶/g·Н=1,08·17,85·10⁶/9,81·1630-1205,6 кг/м³.

Тогда Рг - гидростатическое давление бурового раствора с учетом величины потери давления Рк в затрубном пространстве

Рг=·g·Н+Рк=[1205,6·9,81·1630/10 ⁶]+0,6=19,28+0,6=19,28+0,6=19,88 МПа

Находят осмотическое давление Пр приготавливаемого полимерсолевого бурового раствора, приняв К=3 (среднее значение)

Пр=(Ппл+Рг-Рпл)+3=22,75+19,88-17,85+3=27,78 МПа,

которое превышает осмотическое давление девонской воды на Пр-Ппл=22,78-22,75=5,03 МПа.

По графику изменения осмотических давлений от концентрации солей NaCl, MgCl₂ , KCl, CaCl₂, составленному авторами, с учетом информации “Каталоги химического анализа подземных вод нефтяных месторождений Татарстана”, том 1, Бугульма, ТатНИПИнефть, 1989 г. и книги Дытнерского Ю.И. “Баромембранные процессы”, М., Химия, 1986 г., с.272, определяем осмотические давления солевых растворов, в частности NaCl, MgCl ₂, СаСl₂ в зависимости от концентрации в % (см. график). По графику определяют, что дополнительное осмотическое давление 5,03 МПа достигается при добавлении NaCl - 6% концентрации водного компонента или

1180·0,06=70,8 кг/м³ , т.е. 70,8 кг NaCl добавить в 1 м³ бурового раствора.

Плотность бурового раствора при этом стала ₂=1217,6 кг/м³. Ввиду изменения плотности бурового раствора после добавления соли NaCl 1205,6 кг/м ³ до 1217,6 кг/м³ проверяют изменение величины К из формулы (1).

К=Пр-(Ппл+Рг-Рпл)=27,78-(22,75+1217,6·9,81·1630·10 ^-6+0,6-17,85)=2,81 МПа, что в допустимых пределах.

Перемешивание компонентов по вышеописанному методу можно осуществить и в промысловых условиях по схеме: емкость - буровой насос - чанок ЦА - буровой насос ЦА - емкость.

Таким образом, буровой раствор, приготовленный предлагаемым способом обладает хорошими реологическими показателями, не требует использования дефицитных и дорогостоящих компонентов для его приготовления, обеспечивает осмотический дренаж проходимых бурением интервалы неустойчивых глинистых пород, сохраняя их механические свойства, а это в свою очередь позволит осуществить проводку этих интервалов без осложнений и аварий, что обеспечивает повышение технико-экономических показателей бурения.

Источники информации

1. RU Патент №2163248, 7 С 09 К 7/02, Б.И. №28, 2000 г.

2. RU Патент №1556099, С 20.03.1995.