буровой раствор на углеводородной основе

Классы МПК:
Автор(ы):, , ,
Патентообладатель(и):Федосов Ростислав Иванович (RU),
Кошелев Владимир Николаевич (RU)
Приоритеты:
подача заявки:
2003-12-30
публикация патента:

Изобретение относится к бурению и заканчиванию нефтяных и газовых скважин, в частности к буровым растворам на углеводородной основе. Техническим результатом является создание экологически безопасного бурового раствора на углеводородной основе с требуемыми вязкостными и структурными показателями в широком диапазоне водосодержания. Буровой раствор содержит в мас.%: касторовое масло 50,0 - 83,0, загуститель - кальциевый резинат канифоли 4,0, хлористый кальций 10,0, эмульгатор - неонол АФ-9/12 0 - 0,3, органофильный бентонит 2,0 - 3,0, воду 0 - 30,0, гидрофобизатор - пенозолин 0 - 2,0. 1 з. п. ф-лы, 2 табл.

Формула изобретения

1. Буровой раствор, содержащий касторовое масло, эмульгатор, хлористый кальций, бентонит и воду, отличающийся тем, что он содержит органофильный бентонит, в качестве эмульгатора - неонол АФ-9/12 и дополнительно загуститель - кальциевый резинат канифоли при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Касторовое масло50,0 - 83,0
Кальциевый резинат канифоли 4,0
Хлористый кальций 10,0
Неонол АФ-9/120 - 0,3
Органофильный бентонит2,0 - 3,0
Вода0 - 30,0

2. Буровой раствор по п. 1, отличающийся тем, что он дополнительно содержит гидрофобизатор пенозолин - 0 - 2,0 мас.%.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к бурению и заканчиванию нефтяных и газовых скважин.

В мировой практике все более широкое распространение при бурении и особенно при заканчивании скважин находят растворы на углеводородной основе (РУО). Известны два класса РУО: безводные углеводородные растворы (известково-битумные растворы и загущенные нефти) и гидрофобно-эмульсионные буровые растворы (ГЭР) с большим содержанием водной фазы (см. А.И.Булатов, А.Г.Аветисов. Справочник инженера по бурению в двух томах. М.: Недра, 1985 г., том 1, стр. 360; В.И.Токунов, И.Б.Хейфец. Гидрофобно-эмульсионные буровые растворы. М.: Недра, 1983 - аналоги).

Основной проблемой использования буровых растворов на углеводородной основе (РУО) является их потенциальное отрицательное влияние на окружающую среду, особенно в экологически чувствительных зонах (морские акватории, поймы рек). Особую остроту этой проблеме придает тенденция к ужесточению требований к охране окружающей среды во всем мире.

Проблема снижения токсичности РУО была поставлена за рубежом в конце 70-х годов XX века и ее решение связано с использованием углеводородных жидкостей под объединенным общим названием «минеральные масла». Однако использование минеральных масел не решало до конца проблемы экологической безопасности РУО. Биологическая разлагаемость растворов на их основе не превышала 5 %, что не позволило снять ограничения на их сброс в море.

В связи с этим была выдвинута проблема создания биологически разлагаемых буровых растворов на синтетической неводной основе, являющихся альтернативой РУО и обладающих всеми их достоинствами.

Известен эмульсионный буровой раствор, содержащий касторовое масло, не загрязняющий окружающую среду, который представляет собой прямую эмульсионную систему, основой этого бурового раствора является сложный гель, биоразлагаемый в аэробных и анаэробных условиях, содержащий неполярную дисперсионную среду, жидкое полимерное поверхностно-активное вещество ПАВ, в кислой форме, растворенное или диспергированное в указанной неполярной среде, агент для нейтрализации полимерного ПАВ, содержащий от 0,2 до 5 молекул воды на молекулу ПАВ, эмульгатор и/или твердый наполнитель, растворимый или нерастворимый в неполярной среде.

Гель используется для приготовления бурового раствора на водной основе (см. пат. США № 5858928 А, С 09 К 7/02, 112.01.1999 г. - ПРОТОТИП).

Недостатком этого технического решения является то, что сам гидрофобный (неполярный) гель в качестве промывочной жидкости (согласно патенту US 5858928 А, С 09 К 7/02) не используется, а приготовленный из него буровой раствор является водным, т. е. в основе своей он содержит от 97 до 99,09% воды. Следовательно, несмотря на его высокую водоудерживающую способность Ф=18-20 см3/30 мин по API, выделившаяся влага может гидратировать и разупрочнять водочувствительные горные породы, слагающие стенки скважин, а также вызывать процесс набухания глинистой части скелета, нефтеносного пласта, что ведет к снижению его продуктивности или полной закупорке.

Техническим результатом изобретения является создание экологически безопасного бурового раствора на углеводородной основе (РУО) с требуемыми вязкостными и структурными показателями в широком диапазоне водосодержания путем применения новой широко доступной углеводородной основы.

Буровой раствор, содержащий касторовое масло, эмульгатор, хлористый кальций, бентонит и воду, содержит органофильный бентонит, в качестве эмульгатора - неонол АФ-9/12 и дополнительно - загуститель - кальциевый резинат канифоли при следующем соотношении компонентов, мас.%:

касторовое масло50,0 - 83,0
кальциевый резинат канифоли 4,0
хлористый кальций 10,0
неонол АФ-9/120 - 0,3
органофильный бентонит2,0 - 3,0
вода0 - 30,0

Буровой раствор дополнительно может содержать гидрофобизатор - пенозолин 0 - 2,0 мас.%.

Совокупность заявленных компонентов в заявляемых соотношениях обеспечивает получение такой обратной эмульсии, которая при бурении, фильтруясь в горные породы, не вызывает их набухания и, как следствие, их разупрочнения. А при вскрытии нефтегазоносного пласта заявляемый буровой раствор не вызывает набухания глинистой части его скелета, что обеспечивает полное сохранение коллекторских свойств продуктивного пласта.

В ходе лабораторных исследований были приготовлены образцы РУО обоих классов - раствор, не содержащий водной фазы и гидрофобно-эмульсионные буровые растворы (ГЭР) с минимальным (10%) и 30%-ным содержанием водной фазы.

Образцы РУО готовили согласно способам и методикам, приведенным в работах «Гидрофобно-эмульсионные буровые растворы», В.И.Токунов, И.Б.Хейфиц. - М.: Недра, 1983 г. «Применение обратных эмульсий в нефтедобыче», Г.А.Орлов, М.Ш.Кендис, В.М.Глущенко. - М.: Недра, 1991 г.

При исследованиях использовались методики и аппараты согласно РД 39-2-645-81 «Методика контроля параметров буровых растворов», Краснодар: ВНИИКРнефть, 1981 г.

Результаты исследований растворов на углеводородной основе (РУО) по предлагаемому техническому решению представлены в таблицах 1 и 2.

Таблица 1
Составы РУО на основе касторового масла
Наименование компонентовМарка, сорт, ТУ, ГОСТСодержание компонентов, мас.%
Загущенное касторовое масло ГЭР-1ГЭР-2
Касторовое маслоКоммерческое 83,073,7 50,0
Загуститель. Кальциевый резинат канифолиЭкологически безопасен 4,04,04,0
Хлористый кальцийГОСТ 540-7710,010,0 10,0
Неонол АФ-9/12 (эмульгатор)ТУ 38.507-635-171-91 -0,30,2
Пенозолин (гидрофобизатор) ОП-- 2,0
Водатехническая -10 30,0
Органофильный бентонит ТУ 95-27-52-20003,0 3,02,0

Указанный технический результат достигается при любых значениях из указанного интервала, например, буровой раствор содержит в мас.%: касторовое масло 80, кальциевый резинат канифоли 4,0, хлористый кальций 10,0, неонол АФ-9/12 0,1, органофильный бентонит 2,5, воду 3,3, пенозолин 0,1 или касторовое масло 60, кальциевый резинат канифоли 4,0, хлористый кальций 10,0, неонол АФ-9/12 0,25, органофильный бентонит 2, воду 23,6, пенозолин 0,15.

Таблица 2
Параметры буровых растворов (РУО) на основе касторового масла
Показатели свойств Единица измерения Классы РУО
Загущенное касторовое маслоГЭР-1ГЭР-2
Плотность(буровой раствор на углеводородной основе, патент № 2263701) г/см3 0,9970,8861,04
Вязкость эффективная (буровой раствор на углеводородной основе, патент № 2263701 эф.)мПа·с 7064 101
Вязкость пластическая (буровой раствор на углеводородной основе, патент № 2263701 пл.)мПа·с 6855 81
Динамическое напряжение сдвига (буровой раствор на углеводородной основе, патент № 2263701 0)дПа 19,257,6196
Статическое напряжение сдвига (СНС)

через 1 мин покоя через 10 мин покоя






дПа






1






1






3
дПа2 16
Показатель фильтрации (Ф20) см3/30 мин5,4 1,10
Глиноемкость%22,5 22,522,5
Устойчивостьчасов не ограниченоне ограничено >340
Электростабильность (Э)В (вольт)951 375211
Показатель фильтрации (Ф90) см3/30 мин15,97 19,171,27
Ингибирующая способность (П0 )см/час0,187 0,1870,187
Поверхностное натяжение (буровой раствор на углеводородной основе, патент № 2263701) фильтратабуровой раствор на углеводородной основе, патент № 2263701Н/м 7,807,82 6,52
Термостабильность °С>120120 120

Согласно экспериментальным данным, приведенным в таблицах 1 и 2, растворы (РУО) на основе касторового масла имеют технологические параметры отвечающие всем требованиям ведения буровых работ. Их реологические характеристики имеют достаточно низкие значения. Так эффективная вязкость (см. табл.2) у всех трех типов растворов находится в пределах 60-70 мПа·с, что соответствует величинам вязкости практически используемых растворов на нефтяной основе. Значения величин пластической вязкости в интервале 68-50 мПас, у растворов на основе касторового масла, практически идентичны величинам растворов на нефтяной основе. Динамическое напряжение сдвига в диапазоне 19-20 дПа у предлагаемых растворов согласуется с величинами классических РУО на нефтяной основе и обеспечивает им надежную выносящую способность. Показатель горячей фильтрации (Ф90) в пределах 1,27-19,17 см3 за 30 минут позволяет растворам на касторовом масле иметь низкие потери раствора в процессе циркуляции в забойных условиях и по величине соответствует показателям классических РУО. Что касается таких показателей (у предлагаемых растворов), как глиноемкость, устойчивость, электростабильность, то их величины характеризуют предлагаемые жидкости как чрезвычайно устойчивые (см. табл.2). Термическая стабильность у предлагаемых систем соответствует 120°С.

Надо еще отметить как положительные качества их высокую ингибирующую способность (П 0=0,187 см/час) и низкое поверхностное натяжение их фильтратов (буровой раствор на углеводородной основе, патент № 2263701=6,52-7,82 буровой раствор на углеводородной основе, патент № 2263701Н/м), что предопределяет качественное вскрытие продуктивных пластов и высокие дебиты извлекаемого сырья.

Кроме того, предлагаемые буровые растворы на основе касторового масла являются экологически абсолютно безопасными и могут быть использованы при разбуривании шельфовых месторождений нефти и газа, так как допускают сброс отработанных буровых растворов непосредственно в акваторию без ущерба для природы. Ведь основа (касторовое масло) и загуститель являются биоразлагаемыми и полностью утилизируются микроорганизмами из окружающей среды.

Таким образом, поставленная задача данного изобретения решена путем загущения касторового масла кальциевым резинатом канифоли и созданием инвертных (обратных) эмульсий на его основе.

Наверх