безглинистый буровой раствор

Формула изобретения

БЕЗГЛИНИСТЫЙ БУРОВОЙ РАСТВОР, включающий органический стабилизатор, каустическую соду, воду и минеральную добавку, отличающийся тем, что, с целью улучшения его технологических свойств и повышения термостойкости раствора, он в качестве минеральной добавки содержит оксид цинка при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:

Органический стабилизатор КМЦ или ГиПАН - 0,8 - 1,8

Каустическая сода - 0,5 - 3,5

Оксид цинка - 10 - 55

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 основании продуктивных пластов, преимущественно в условиях аномально высоких пластовых давлений (АВПД).

Известен безглинистый раствор, содержащий хлористый магний, каустическую соду, воду и понизитель фильтрации. Данный раствор, как и многие известные буровые растворы при необходимости повышения плотности их выше 1220-1250 кг/м³ (в случаях бурения в продуктивных пластах с АВПД), обязательно должен содержать твердый утяжелитель барит, гематит и т.п. Кроме того, часть конденсируемой твердой фазы раствора в виде гидроокиси магния Mg(OH)₂ самопроизвольно переходит в пятиокисные оксихлориды магния, абсолютно нерастворимые в минеральных кислотах.

Пятиокисные оксихлориды магния закупоривают каналы продуктивного пласта, особенно в коллекторах трещинного типа, что значительно снижает естественную проницаемость пласта.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является безглинистый буровой раствор, содержащий органический стабилизатор, хлорид цинка, каустическую соду и воду [1] Недостатками этого раствора являются неудовлетворительные технологические показатели и низкая термостойкость. Так при плотности 1400 кг/м³ и выше раствор имеет условную вязкость по СПВ-5 от 400 с до "не течет" и поэтому практически неприменим для бурения глубоких скважин; рН раствора колеблется в пределах 4-5.

Уменьшение вязкости можно достичь понижением рН, однако при этом происходит повышение коррозии и снижение термостойкости.

Кроме того, органическим стабилизатором в известном растворе является только карбоксиметилцеллюлоза (или его разновидности). Применение наиболее термостойких реагентов стабилизаторов акрилатов не представляется возможным из-за содержания в растворе 2 валентных катионов Zn²⁺.

Целью изобретения является улучшение технологических показателей и повышение термостойкости раствора.

Достигается это тем, что безглинистый буровой раствор, включающий органический стабилизатор, каустическую соду и воду, содержит в качестве дисперсной фазы оксид цинка при следующем соотношении ингредиентов, мас. Органический стабили- затор 0,8-1,8 Каустическая сода 0,5-3,5 Оксид цинка 10-55 Вода Остальное

Содержание в составе бурового раствора оксида цинка (ZnO) позволяет решить следующие задачи: улучшение технологических показателей и повышения термостойкости раствора. Взаимодействие оксида цинка с каустической содой приводит к получению тетрагидроксоцинкатов по следующей реакции:

ZnO+2NaOH+H₂O__ Na₂[Zn(OH)₄] которые в водной среде диссоциируют

Na₂[Zn(OH)₄] 2Na⁺+Zn(OH)²₄^-

Из приведенных реакций видно, что в составе раствора отсутствуют 2 валентные ионы Zn²⁺, а содержание ионов Na⁺ позволяет применять в качестве органического стабилизатора кроме карбоксиметилцеллюлозы и акриловые реагенты, например гидролизованный полиакрилонитрил (ГиПАН).

В предлагаемом составе соединения цинка находятся в виде оксида цинка (непрореагировавшая часть) и тетрагидроксицинката (прореагировавшая часть), которые полностью растворимы в минеральных кислотах.

Сопоставительный анализ позволяет сделать вывод, что предлагаемый состав безглинистого бурового раствора отличается от известного наличием оксида цинка. В результате взаимодействия оксида цинка с каустической содой получается тетрагидроксоцинкат Na₂[Zn(OH)₄]

Заявленное техническое решение соответствует критерию "новизны".

Анализ известных составов безглинистых буровых растворов (табл.I, II, 1-4), используемых при бурении нефтяных и газовых скважин, показал, что некоторые введенные в предлагаемый состав вещества известны. Однако их применение в известных составах в сочетании с другими известными ингредиентами не обеспечивают растворам таких свойств, которые они проявляют в предлагаемом составе.

В предлагаемом составе применение оксида цинка позволяет не только улучшить технологические показатели раствора (условную вязкость и рН), но и решает задачу использования более термостойкого реагента ГиПАНа (повышение термостойкости), которая достигается из-за отсутствия содержания 2-х ионов Zn²⁺.

Так, условная вязкость предлагаемого раствора составляет 20-70 с, а рН соответствует оптимальному значению для буровых растворов. Термостойкость раствора при применении ГиПАНа составляет 180^оС.

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

Для экспериментальной проверки предлагаемого состава было приготовлено 16 смесей (табл.1) при различных соотношениях ингредиентов, из которых оптимальными являются 13 (табл.1 п.5-10, 12, 14-19).

Аналогичные показатели для известного состава приведены в табл.1 (п.1-4). Из данных табл.1 видно, что уменьшение КМЦ ниже 0,8% приводит к росту фильтрации (п. 10 и 20), а увеличение выше 1,8% незначительно снижает фильтрацию и повышает вязкость (п.13). Уменьшение содержания оксида цинка ниже 10% приводит к потере структурообразующих свойств и повышению фильтрации (п. 20), а увеличение выше 55% ограничено ростом вязкости раствора (п.11).

Уменьшение содержания каустической соды ниже 0,5% приводит к росту фильтрации (п. 20), а увеличение выше 3,5% неэффективно по причине высокого рН (п.10).

Как видно из данных табл.1, эффективность комбинированной обработки (КМЦ + +ГиПАН) выше и в отличие от прототипа возможно из-за отсутствия 2 валентных ионов Zn²⁺.

В табл. 2 приведены данные, подтверждающие высокую термостойкость предлагаемого раствора. Применение комбинированной обработки позволяет повысить термостойкость раствора до 180^оС.

П р и м е р 1. Набирают 322 мл воды в которую при перемешивании добавляют оксид цинка (165 г), каустическую соду (6,5 г) и КМЦ (6,5 г) (табл.1. п.7). После перемешивания замеряют показатели раствора.

П р и м е р 2. Набирают 311 мл воды, в которую при перемешивании добавляют оксид цинка (175 г), каустическую соду (7,0 г), КМЦ (3,5 г), ГиПАН (3,5 г) и барит (765 г) (табл.1, п.18). После перемешивания замеряют показатели раствора.

В полученном таким образом безглинистом буровом растворе достигается следующее оптимальное соотношение ингредиентов, мас. Органический стабили- затор(КМЦ или ГиПАН) 0,8-1,8 Каустическая сода 0,5-3,5 Оксид цинка 10-55 Вода Остальное

Для сравнения в аналогичных условиях готовили известный безглинистый буровой раствор, состав которого приведен в табл.1. Из данных табл.1 и 2 следует, что безглинистый буровой раствор предлагаемого состава при оптимальном соотношении ингредиентов обладает рядом преимуществ по сравнению с известным, а именно достигается улучшение технологических показателей раствора (вязкости и рН) и повышение термостойкости раствора до 180^оС.