[1]Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности, в частности к буровым растворам, применяемым при бурении в условиях, характеризующихся высокими забойными температурами и аномально высокими пластовыми давлениями.
[2]Для вскрытия пластов с АВПД необходимо использование утяжеленных буровых растворов, сохраняющих оптимальные структурно-реологические свойства при высоких забойных температурах.
[3]Известен инвертный эмульсионный раствор на основе минерального масла для вскрытия продуктивных пластов, содержащий, мас.%: масло гидравлическое минеральное ВМГЗ - 32,0-63,0; органофильный бентонит - 0,8-3,2; микрокальцит - 3,9-8,0; ксантановая смола - 0,2-0,8; эмульгатор ЭКС-ЭМ - 2,3; водный раствор хлорида кальция 10%-ный - 15,3-16,0; негашеная известь - 1,7, пеногаситель МАСС-200 - 0,5-0,8, барит - 7,5-40,0 [RU 2535723 С1, МПК С09К 8/36 (2006.01), опубл. 20.12.2014]. Известный раствор обеспечивает высокие флокулирующие и ингибирующие свойства раствора для удаления шлама.
[4]Недостатком известного раствора является низкая стабильность структурно-реологических и фильтрационных свойств при бурении скважин в условиях высоких пластовых давлений и температур.
[5]Известен буровой раствор на углеводородной основе, включающий высокоокисленный высокоплавкий битум, поверхностно-активное вещество - ПАВ и дизельное топливо, содержащий высокоокисленный высокоплавкий битум в виде 30-40% раствора в ксилоле или смеси ксилола и дизельного топлива с содержанием в растворителе ксилола от 50 до 99%, в качестве ПАВ - гидрофобизатор АБР и дополнительно - рапсовое масло, глинопорошок, или мрамор, или их смесь в соотношении 1:1 при следующих соотношениях компонентов, мас.%: указанный раствор высокоокисленного высокоплавкого битума 40-75, рапсовое масло 15-40, гидрофобизатор АБР 2-5, дизельное топливо 0-20, глинопорошок, или мелкодисперсный мрамор, или их смесь 0-30 [RU 2502774 C1, С09К 8/34, опубл. 27.12.2013]. Известный раствор обеспечивает оптимальные технологические показатели при упрощенной технологии приготовления.
[6]Недостатком известного раствора является использование битума как компонента бурового раствора. Битум является нетехнологичным компонентом, поскольку при приготовлении буровых растворов на его основе требуется нагревать смесь битума вместе с пожароопасным дизельным топливом до температуры выше температуры размягчения битума.
[7]Наиболее близким к предлагаемому составу и назначению является эмульсионный раствор на углеводородной основе, содержащий, мас.%: дизельное топливо - 14,98-84,55, органофильный бентонит - 0,39-4,26, «Эмульгатор МР» - 0,83-2,38, «Гидрофобизатор АБР» - 0,015-0,73, водную фазу, минерализованную хлоридом калия, или натрия, или кальция, - 1,5-36,73, 20%-ный раствор полиизобутилена с молекулярной массой 20000 в индустриальном масле И-20А - 0,33-3,81, окись кальция - 0,39-2,38, барит или мел - остальное [RU 2424269 С1, МПК С09К 8/02 (2006.01), С09К 8/467, опубл. 20.07.2011]. Известный раствор обеспечивает сохранение фильтрационных характеристик пород при вскрытии продуктивных пластов с АВПД.
[8]Недостатком данного раствора является использование в качестве дисперсионной среды пожаро- и взрывоопасного дизельного топлива, оказывающего негативное влияние на окружающую среду.
[9]Задачей, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, является разработка утяжеленного инвертно-эмульсионного бурового раствора с ограниченным содержанием твердой фазы и оптимизированными структурно-реологическими свойствами, применяемого при бурении в условиях, характеризующихся высокими забойными температурами (до 120°C) и аномально высокими пластовыми давлениями (с коэффициентом аномальности до 2,1).
[10]При осуществлении заявляемого технического решения поставленная задача решается за счет достижения технического результата, который заключается в оптимизации структурно-реологических свойств бурового раствора за счет применения специальных добавок и галенитового утяжелителя с целью обеспечения безаварийного бурения глубоких скважин в условиях высоких пластовых давлений и температур.
[11]Указанный технический результат достигается тем, что буровой раствор содержит в качестве дисперсионной среды смесь минерального масла и альфа-олефинов, в качестве дисперсной фазы минерализованную воду, органобентонит, синтетический полимерный латекс, эмульгатор, гидрофобизатор, оксид кальция при следующем соотношении компонентов, мас.%: минеральное масло ВМГЗ - 56,13-59,50, альфа-олефины фракции С12-С14 - 18,71-21,60, органобентонит BENTOLUX ОВМ - 1,82-2,18, синтетический (полимерный) латекс - 2,58-3,02, эмульгатор МР-150 - 2,61-3,09, оксид кальция (СаО) - 0,39-2,38, 30%-ный водный раствор хлорида кальция (CaCl2) - 7,44-15,32, гидрофобизатор АБР-40 - 1,86-2,14, галенитовый утяжелитель - до необходимой плотности сверх 100%.
[12]Достижение указанного технического результата обеспечивается за счет подбора компонентов (количественного и качественного) в заявляемом утяжеленном инвертно-эмульсионном буровом растворе, совместное применение которых позволяет получить раствор высокой плотности (до 2100 кг/м3), при этом обладающий оптимальными структурно-реологическими и фильтрационными свойствами, седиментационной устойчивостью, термостабильностью при температуре до 120°C.
[13]Для приготовления заявляемого бурового раствора использовали следующие компоненты.
[14]В качестве дисперсионной среды используется смесь органических жидкостей: минерального масла ВМГЗ и альфа-олефинов фракции С12-С14.
[15]ВМГЗ - высококачественное гидравлическое масло по ТУ 0253-001-81683819-2007, производится на основе маловязкого низкозастывающего базового масла с композицией присадок, отмечаются устойчивые вязкостные свойства в широком диапазоне температур (от минус 45°C до 50°C), антиокислительная, противоизносная и химическая стабильность, низкая пенообразующая способность. ВМГЗ используется в качестве основы дисперсионной среды.
[16]Альфа-олефины фракции С12-С14 по ТУ 2411-058-05766801-96 являются продуктом термокаталитической олигомеризации этилена. Представляют собой прозрачную бесцветную жидкость. В данной композиции используется для улучшения вязкостных характеристик эмульсии.
[17]В качестве дисперсной фазы применяется 30%-ный раствор хлорида кальция (CaCl2), выпускаемого по ГОСТ 450-77 в виде чешуек или гранул, размер которых не превышает 10 мм, с массовой долей хлористого кальция не менее 80%.
[18]Органобентонит BENTOLUX ОВМ по ТУ 2458-092-81065795-2016, представляющий собой продукт взаимодействия бентонитовой глины с аммониевой солью, используется в заявляемом растворе в качестве структурообразователя и для формирования на стенках скважины тонкой эластичной фильтрационной корки.
[19]Синтетический (полимерный) латекс по ГОСТ 11808-88, получаемый совместной полимеризацией бутадиена со стиролом в соотношении 70:30 в водной эмульсии с применением в качестве эмульгатора смеси сульфанола (алкилсульфаната) и натриевого мыла синтетических жирных кислот. Массовая доля сухого вещества не менее 40%, температура желатинизации не более 8°C. В инвертно-эмульсионном растворе используется для регулирования структурно-реологических и фильтрационных свойств.
[20]Эмульгатор MP-150 по ТУ 2458-097-17197708-2005 представляет собой углеводородный раствор сложных эфиров жирных кислот и триэтаноламина, используется для образования стабильной эмульсии.
[21]Оксид кальция по ГОСТ 8677-77 представляет собой белые куски или порошок, слипшиеся комки с массовой долей оксида кальция не менее 96%, используется для стабилизации водной фазы.
[22]Гидрофобизатор АБР-40 по ТУ 2483-081-17197708-2002 представляет собой углеводородный раствор продуктов конденсации жирных кислот и аминов, используется для гидрофобизации утяжелителя в заявляемом растворе.
[23]Утяжеление бурового раствора до необходимой плотности производят галенитовым утяжелителем по ТУ 1725-011-56864391-2007. Галенит, или свинцовый блеск, является мелкодисперсным порошком сульфида свинца (PbS), содержащим в своем составе 86,6% свинца и 13,4% серы. Плотность галенита - от 7,4 до 7,6 г/см3. Твердость по шкале Мооса 2-3. Галенит в качестве утяжелителя применяют для получения сверхтяжелых буровых растворов.
[24]Утяжеленный инвертно-эмульсионный буровой раствор в лабораторных условиях готовили следующим образом.
[25]Дисперсионную среду готовили путем смешивания минерального масла и альфа-олефинов на лабораторной мешалке, обеспечивающей скорость вращения швеллера (8000±1600) об/мин. При перемешивании дисперсионной среды на лабораторной мешалке вводили органобентонит и перемешивали в течение 20 минут. В полученную суспензию также при постоянном перемешивании вводили последовательно синтетический полимерный латекс, эмульгатор MP-150, окись кальция. Далее, не прекращая перемешивания, постепенно, по каплям, вводили 30% водный раствор хлорида кальция. Для эффективной диспергации раствора добавляли гидрофобизатор АБР-40, при этом перемешивали раствор на мешалке, обеспечивающей скорость вращения лопасти (11000±300) об/мин в течение 30 мин. Утяжеление раствора производили поэтапно галенитовым утяжелителем при постоянном перемешивании на смесительной установке.
[26]После этого измеряли технологические параметры бурового раствора с использованием аттестованных методик измерений при температуре (20±2)°C. Плотность бурового раствора определяли с помощью пикнометра. Электростабильность раствора определяли на анализаторе стабильности эмульсий. Для определения фильтрации использовали фильтр-пресс с площадью зоны фильтрации (45,8±0,6) см2, обеспечивающий перепад давления на фильтрующем элементе 0,1 и 0,7 МПа. Реологические свойства определялись при помощи 8-скоростного ротационного вискозиметра, оснащенного коаксиальными измерительными цилиндрами. Стабильность раствора оценивалась при помощи цилиндра стабильности ЦС-2. Влияние высоких температур и давлений на технологические свойства утяжеленного ингибированного раствора определяли с помощью высокотемпературного ротационного вискозиметра с программным управлением, обеспечивающего максимальную температуру в измерительной ячейке 150°C.
[27]В таблице представлены компонентный состав и технологические свойства раствора. Примеры приготовления и испытания составов, приведенных в таблице, аналогичны вышеописанному. Для выявления отличительных признаков заявленного технического результата изменяли массовые соотношения компонентов (примеры 1-6).
[28]Как видно из таблицы, заявляемый утяжеленный инвертно-эмульсионный буровой раствор за счет использования современных многофункциональных реагентов, в том числе материалов на органической основе, обладает оптимальными технологическими свойствами (таблица, поз. 1-3).
[29]Утяжеленный инвертно-эмульсионный буровой раствор при различных массовых соотношениях компонентов при температуре (20±2)°C имеет плотность (ρ) от 1907 до 2142 кг/м3, показатель электростабильности (U) - от 354 до 486 В, показатель фильтрации при перепаде давления на фильтрующем элементе 0,7 МПа (Ф) - 0 см3/30 мин, статическое напряжение сдвига через 1 минуту и 10 минут покоя (CHC1 мин/10 мин) от 76 до 114 и от 120 до 133 дПа соответственно, пластическую вязкость (ηпл) от 70 до 105 мПа⋅с, предельное динамическое напряжение сдвига (τ0) от 120 до 152 дПа, стабильность раствора (Δρ) от 6 до 7 кг/м3.
[30]Исследования влияния высоких температур оценивали по изменению технологических показателей заявляемого раствора после термостатирования в вальцевой печи при температуре 120°C в течение 4-х часов. Полученные результаты свидетельствуют об устойчивости бурового раствора к воздействию высоких температур (таблица, поз. 4).
[31]Заявляемый буровой раствор испытан на высокотемпературном вискозиметре. Полученные зависимости основных реологических показателей (1 - пластическая вязкость, 2 - предельное динамическое напряжение сдвига, 3, 4 - статическое напряжение сдвига) при нагреве до 120°C представлены на фиг. 1 и 2. Полученные зависимости позволяют сделать вывод о том, что хотя при повышении температуры до 120°C и происходит некоторое снижение реологических показателей, но они остаются на приемлемом уровне. Это обстоятельство позволяет говорить о термостабильности заявляемого состава.
[32]Использование в качестве дисперсионной среды смеси минерального масла ВМГЗ и альфа-олефинов фракции С12-С14 минимизирует негативное влияние на окружающую среду. Добавка синтетического латекса в дисперсионную среду инвертно-эмульсионного бурового раствора позволяет поддерживать оптимальные структурно-реологические свойства раствора, в том числе в условиях высоких температур. Снижение содержания утяжеляющей добавки в буровом растворе достигается за счет использования галенитового утяжелителя плотностью более 7 г/см3.
[33]Таким образом, заявляемый состав утяжеленного инвертно-эмульсионного бурового раствора при заявляемом соотношении компонентов в сравнении с прототипом имеет более высокую плотность при меньшем содержании утяжеляющей добавки. Ограниченное содержание твердой фазы в составе утяжеленного инвертно-эмульсионного бурового раствора обеспечивает оптимальные структурно-реологические свойства (показатели) бурового раствора в условиях высоких пластовых давлений и температур, что позволит осуществить безаварийный процесс бурения в данных условиях.
[34]
[35]CaCl2 водный раствор - 30%-ный раствор хлорида кальция.
